Описание лабораторной установки

Гониометр Федорова служит для измерения углов с точностью до одной минуты. Он находит широкое применение в оптических лабораториях при измерении преломляющих углов призмы и кристаллов, при определении показателя преломления света в различных веществах, измерения параметров дифракционных решеток, длин волн спектральных линий и т.д. В настоящей работе с помощью гониометра Федорова проводят измерения угла наименьшего отклонения и определяют угловую дисперсию стеклянной призмы.

Гониометр состоит из штатива, зрительной трубы, коллиматора со щелью, столика и лимба, имеющего градусные деления. Лимб закрепляется на оси прибора неподвижно. Зрительная труба, коллиматор и столик могут вращаться вокруг вертикальной оси прибора относительно лимба. На столике устанавливается исследуемая призма. Щель коллиматора находится в главном фокусе линзы. Поэтому выходящие из коллиматора лучи идут параллельным пучком. Ширина щели регулируется с помощью винта, расположенного на краю коллиматора, обращенного к источнику света.

Описание гониометра Федорова прилагается к лабораторной установке.

Порядок выполнения работы

В работе требуется определить показатели преломления и угловую дисперсию призмы для линий, указанных преподавателем. Определять показатель преломления можно лишь тогда, когда известен угол наименьшего отклонения.

Определение δ_min

I. Установить гониометр так, чтобы щель коллиматора находилась у источника света, зрительную трубу расположить на одной прямой с коллиматором.

2. Поворотом окуляра получить четкое изображение визирной нити.

3. Винтом, расположенным на коллиматоре у источника света, установить ширину щели 1–2мм и добиться, чтобы она была параллельна визирной нити. Перемещением окуляра к себе или от себя получить четкое изображение щели.

4. Навести визирную нить на середину щели. Снять отсчет α₀ по лимбу и нониусу с точностью до одной минуты. Значение α занести в таблицу 1.

5. Поставить призму матовой поверхностью на столик гониометра так, чтобы биссектриса преломляющего угла была приблизительно перпендикулярна оси коллиматора. Вращая зрительную трубу в сторону основания призмы, найти четкий спектр.

6. Вращая призму вместе со столиком гониометра в ту или иную сторону, наблюдать в зрительную трубу за перемещением спектра. Если спектр уходит из поля зрения, то надо вращать призму со столиком в обратном направлении. При некотором положении призмы спектр остановится и при дальнейшем вращении ее в прежнем направлении станет перемещаться в обратную сторону. Положение, при котором спектр начинает двигаться в обратную сторону, называется точкой возврата.

7. Заметив точку возврата спектра, вращение призмы прекратить. Оставив призму в этом положении, навести поочередно визирную нить зрительной трубы на середины указанных преподавателем линий и снять отсчеты α_i (под индексом i понимаются цвета исследуемых линий) по лимбу и нониусу прибора с точностью до одной минуты. Значения α_i занести в таблицу 1.

8. Разность отсчетов α₀ – α_i дает угол наименьшего отклонения призмы для этой линии δ _min. Например, для красной линии будем иметь α₀ – α_к = δ_{к min}.

9. Повторить пункты 4–7 не менее трех раз. Все измеряемые величины занести в таблицу 1.

10. По средним значениям α₀ и α_i таблицы рассчитать угол наименьшего отклонения для каждой исследуемой линии (см. п. 8). Значения углов наименьшего отклонения записать в таблицу 2.

11. Зная δ_min по формуле (12) вычислить показатели преломления для заданных линий. Значения показателей преломления занести в таблицу 2.

12. Зная длины волны λ (λ_ф = 410010^–10 м, λ_г = 470010^–10 м, λ₃ = 520010^-10 м, λ_ж = 570010^-10 м, λ_ср = 620010^-10 м, λ_кр = 710010^-10 м) и определив показатели преломления n исследуемых линий построить график зависимости n (λ).

13. Измерить угол Δφ между двумя линиями различных цветов спектра.

14. Вычислить линейное расстояние Δλ между этими линиям (длины волн даны в п.12).

15. По формуле (4) вычислить угловую дисперсию призмы для линий, указанных преподавателем.

Таблица 1 Значения углов преломления для линий разного цвета

№ п/п	λ1	λк	λор	λж	λз	λгол	λф
1.
2.
3.
Ср. значение

Таблица 2 Значение показателя преломления для линий разного цвета

	красная	оранж.	жёлтая	зелёная	голубая	фиолет.
δ min
n