3. Принцип метода измерения и рабочая формула
Стеклянная призма является диспергирующей системой: она разлагает исследуемый свет в спектр по длинам волн, что широко используется в различных спектральных приборах. Это свойство призмы обусловлено тем, что показатель преломления n стекла, из которого изготовлена призма, зависит от длины волны света , поэтому свет разных длин волн, проходя через призму, отклоняется на разные углы.
Для определения зависимости n() в случае призмы можно использовать метод, основанный на измерении угла наименьшего отклонения. Суть этого метода состоит в следующем. Пусть луч света с длиной волны падает на грань призмы с преломляющим углом под некоторым углом (рис. 2). В результате двух преломлений на двух гранях призмы вышедший из нее луч отклоняется на угол по отношению к падающему лучу. Угол зависит от угла падения , преломляющего угла призмы , а также сорта стекла и длины волны света . Можно показать, что при симметричном прохождении света через призмы (как на рис. 2) угол отклонения минимален.
В этом случае показатель преломления и обозначим его, как мин., определяется формулой
,
(1)
где угол мин. зависит от . В данной работе используется призма с = 60о, и формула (1) упрощается:
.
(2)
Таким образом, определение показателя преломления для каждой длины волны сводится к измерению соответствующего угла наименьшего отклонения.
Рис. 2
4. Измеряемый объект
Объектом является стеклянная поляризационная призма с преломляющим углом = 60о.
5. Установка в статике
Лабораторная установка по сути представляет собой спектроскоп – прибор для измерения углов. Оптическая схема представлена на рис. 3, где 1 – источник излучения (ртутная лампа); 2 – узкая регулируемая щель; 3 – линза (щель 2 находится в передней фокальной плоскости линзы 3); 4 – дисперсионная призма, закрепленная на горизонтальном поворотном столике 5; 6 – оптический прибор НОВ-16 (окуляр с отсчетным микроскопом). Совокупность устройств 1, 2 и 3 называется коллиматором. В данной работе коллиматор должен быть неподвижным, жестко закрепленным винтом рейтера. Окулярный микроскоп НОВ-16 и призма должны самостоятельно вращаться вокруг оси прибора на поворотном столике.
6 5 4 3 2 1
Рис. 3
6. Настройка спектроскопа (установка в динамике)
Внимание! Этот раздел выполняется студентами только по указанию преподавателя и с его участием.
1. Окуляр с отсчетным микроскопом 6 и коллиматор (1, 2, 3) устанавливаются друг напротив друга вдоль общей оптической оси. На транспортире фиксируется положение окуляра и соответствующий этому положению угол = 0 (его можно называть начальным или нулевым). Для расчетов удобно, чтобы этот угол был равен нулю.
2. Включается ртутная лампа (1). При этом входная щель (2) должна быть хорошо освещена. В окуляр наблюдается изображение щели.
3. На поворотный столик (5) устанавливается исследуемая призма (4). Поворотом столика (5) визуально (глазом) отыскивается радужная полоса (цветной дисперсионный спектр), и в его направлении наводится окуляр (6) с НОВ-16.
4. При правильной настройке спектроскопа в окуляр должен просматриваться весь спектр – от желтого дублета (двойной линии) до яркой фиолетовой линии.