Описание экспериментальной установки

Преломляющий угол призмы и угол наименьшего отклонения призмы измеряются на установке, включающей источник света (ртутную лампу 9) и гониометр^(рис.4). Излучение лампы проходит через щель 8 (ширину щели можно регулировать винтом 7). Коллиматор 6 (собирающая линза, установленная на расстоянии, равном фокусному, от входной щели) формирует из расходящегося пучка света параллельный, который падает на призму 5. Призма установлена на столике гониометра. Излучение после прохождения призмы попадает в зрительную трубу 4, имеющую визир. В окуляр 2 наблюдают спектральную линию и совмещают ее с визиром, для чего перемещают подвижную часть столика вместе с укрепленной на ней зрительной трубой. Точное совмещение спектральной линии и визира осуществляется с помощью винта 11, а фокусировка зрительной трубы – с помощью маховичка 3. Ручки 10, служащие для изменения угла наклона столика призмы, отрегулированы и в процессе работы не следует менять их положение.

Углы поворота зрительной трубы отсчитываются с точностью до одной угловой секунды отсчетным микроскопом 1.

Главной частью отсчетного устройства является лимб – круговая стеклянная шкала, со зрительной трубой. Лимб разделен на 360 больших делений, каждое из которых поделено на три части. Таким образом, каждое большое деление соответствует 1, а каждая часть 20'. Оптическая схема отчетного устройства позволяет одновременно наблюдать два диаметрально противоположных участка

лимба (одно изображение прямое, другое обратное), что позволяет устранить погрешность, вызванную эксцентриситетом лимба. В схему введены оптические клинья, связанные с маховиком 12 и шкалой, видимой справа в поле зрения отсчетного устройства. Вращением маховика 12, вдвигая и выдвигая клинья, можно совместить или развести изображения диаметрально противоположных участков лимба.

Чтобы снять отсчет по лимбу, нужно включить освещение шкалы микроскопа с помощью переключателя, находящегося на основании гониометра. Повернуть маховик 12 настолько, чтобы верхние и нижние двойные изображения штрихов в левом окне совместились (рис.5).

Снятие отсчета по лимбу производится в следующем порядке:

 Число градусов равно ближайшей левой от вертикального индекса цифре на верхней шкале.

 Число десятков минут равно числу интервалов, заключенных между верхним штрихом, который соответствует отсчитанному числу градусов, и нижним оцифрованным штрихом, отличающимся от верхнего на 180.

 Число единиц минут отсчитывается по шкале микрометра в правом окне по левому ряду чисел.

 Число секунд отсчитывается по правому ряду чисел в том же окне, напротив неподвижного горизонтального индекса.

Порядок выполнения работы

1. Подготовить прибор к работе:

1) включить ртутную лампу, поставив тумблер на блоке питания в положение «Вкл»;

2) сфокусировать окуляр зрительной трубы так, чтобы изображения щели (спектральные линии) и визир были видны наиболее четко. Если изображение щели широкое, то необходимо уменьшить ширину входной щели. В этом случае положение спектральных линий определяется наиболее точно;

3) включить осветитель шкалы отсчетного устройства.

2. Определить преломляющий угол призмы:

1) повернуть столик так, чтобы призма была обращена преломляющим ребром Bв сторону коллиматора (рис.6);

2) повернуть зрительную трубу так, чтобы в нее попадал свет, отраженный от одной из граней призмы (при этом должна быть видна узкая линия светло-голубого цвета), совместить визир с серединой изображения и определить положение зрительной трубы ₁по отсчетному устройству;

3) не меняя положения столика с призмой, повернуть зрительную трубу так, чтобы в нее входил свет, отраженный от другой грани призмы, навести визир на середину изображения входной щели и определить ₂;

4) найти разность полученных отсчетов . Из четырехугольникаDBEO(рис.6) имеем

360–+ 2+ 2= 360.

Отсюда преломляющий угол призмы

 = +=/2;

5) повторить измерения трижды, записывая результаты измерений в табл.1;

Таблица 1

Номер измерения	Отсчет слева 1, град	Отсчет справа 2, град	 = 1–2, град	 = /2, град	, град
1 2 3

6) оценить погрешность измерения углов ₁и₂, а затем– погрешность определения преломляющего угла.

3. Определить угол наименьшего отклонениядля желтой^(= 579 нм), зеленой (= 546,1 нм) и фиолетовой (= 435,8 нм) линий ртути:

1) повернуть столик с призмой так, чтобы свет, выходящий из коллиматора, падал на грань АВпод некоторым углом (рис.7);

2) повернуть зрительную трубу так, чтобы в окуляр была видна одна из линий, например, фиолетовая; если необходимо, дополнительно сфокусировать окуляр;

3) найти то положение призмы,при котором угол отклонения минимален. Для этого, наблюдая в трубу, поворачивать рукой в одном направлении столик с призмой. При этом изображение щели будет передвигаться по полю зрения и в некоторый момент времени начнет двигаться в обратном направлении, несмотря на то, что вращение столика продолжается в том женаправлении. Момент изменения направления движения изображения щели и есть то положение призмы относительно коллиматора, при котором световые лучи идут под наименьшим углом отклонения;

4) найдя положение наименьшего отклонения, совместить визир зрительной трубы с серединой спектральной линии (слегка повернув столик в обоих направлениях, убедиться, что установка соответствует углу наименьшего отклонения), отсчитать угол поворота зрительной трубы по лимбу, выполнить измерение трижды, каждый раз сбивая настройку и вновь устанавливая столик с призмой в положение угла наименьшего отклонения;

5) настроить призму на угол наименьшего отклонения для другой длины волны и получить отсчеты; выполнить настройку и провести измерение и для третьей длины волны излучения ртути;

6) повернуть столик с призмой так, чтобы свет из коллиматора попадал на грань призмы ВС(рис.7, пунктирная линия). Повторить все действия, описанные в пп. 2-5 для всех длин волн;

7) выключить ртутную лампу и освещение отсчетного устройства;

8) рассчитать удвоенный угол наименьшего отклонения 2как разность отсчетов положения зрительной трубы при падении света на граньАВиВС, результаты измерений и расчетов записать втабл.2.

Таблица 2

0, нм	Номер измерения	Отсчет положения зрительной трубы, град.		2, град	, град	, град
		Грань АВ	Грань ВС
579	1 2 3
546,1	1 2 3
435,8	1 2 3

4. Построить кривую дисперсии:

1) вычислить показатель преломления стекла призмы по формуле (4) для всех длин волн, записать вычисления в табл.3;

2) оценить погрешность измерения показателя преломления nпо правилам вычисления погрешности косвенного измерения в соответствии с расчетной формулой (4);

Таблица 3

0, нм	, град	, град	/2, град	sin /2	( + δ)/2	sin ( + )/2	n	n

3) построить график, откладывая по оси абсцисс длину волны ₀, по оси ординат – показатель преломления;

4) сделать вывод о типе дисперсии стекла призмы в использованном спектральном диапазоне.