Изучение преломления света призмой. Изучение дисперсии света

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова

(технический университет)

Отчёт по лабораторной работе № 4

По дисциплине:

Физика

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Тема: Изучение преломления света призмой. Изучение дисперсии света.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Санкт-Петербург

2004 год.

Ц е л ь р а б о т ы : Измерение показателя преломления стекла для лучей нескольких длин волн и построение графика зависимости показателя преломления от длины волны.

Определение преломляющего угла призмы

1. Повернуть столик так, чтобы призма была							Лучи света от коллиматора
обращена преломляющим ребром в сторону
коллиматора (рис. 6).
2. Повернуть зрительную трубу так, чтобы в									В
неё попадал свет, отражённый от одной из граней
призмы. При этом должна быть видна узкая линия							α	α	β	β
светло-голубого цвета. Совместить визир с серединой								360о -	φ
изображения		и определить		положение зрительной			α	O		β
трубы φ1 по отсчётному устройству.
						φ1	D	φ		E
3.	Не	меняя положения столика с призмой,					α			β
повернуть зрительную трубу так, чтобы в неё входил
свет, отражённый от другой грани призмы. Навести						А
визир на середину изображения входной щели и
определить φ2.					φ. Из			Рис. 6
4. Найти разность полученных отсчётов
рис. 6	видно, что		φ равна удвоенному преломляющему углу призмы.
четырёхугольника DBEO:
				360о – φ + 2β +2α = 360о.
Отсюда
				γ = α + β = φ/2.
									Таблица 1
Номер		Отсчет слева		Отсчет справа	1	2
измерения		1 , град		2 , град				2
1		294˚17’19”		186º17´31´´	107º59´48´´		53º59´58´´			0º0´18´´
2		294º17´20´´		186º18´51´´	107º58´29´´		53º59´15´´
3		294º17´18´´		186º17´41´´	107º59´37´´		53º59´48´´

φ2

С

Из

Определение угла наименьшего отклонения

Угол наименьшего отклонения должен быть определён для жёлтой*), зелёной и фиолетовой линий ртути.

1.Повернуть столик с призмой так, чтобы свет, выходящий из коллиматора, падал на грань АВ под 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 от руки 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 же направлении. Момент изменения направления

*.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

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

ссерединой спектральной линии. Слегка повернув столик в обоих направлениях, убедиться, что установка соответствует углу наименьшего отклонения. После этого 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 п.п. 2 – 5 для всех длин волн.

7.Рассчитать удвоенный угол наименьшего отклонения как разность отсчётов положения зрительной трубы при падении света на грань АВ и ВС.

n = (sin (γ + δ)/ 2)/(sin (γ/2)).

				Таблица 2
Спектральная	Отсчет положения		Удвоенный
линия	зрительной трубы, град		угол наим.
			отклонения
			2
нм	грань АВ	грань ВС	град	град	Град
	1. 27º04´03´´	1. 306º29´31´´	279º25´28´´	139º42´44´´
579	2. 27º03´38´´	2. 306º25´39´´	279º22´1´´	139º41´1´´	0º2´2´´
	3. 27º18´15´´	3. 306º25´41´´	279º7´26´´	139º33´43´´
	1. 27º18´16´´	1. 306º11´24´´	278º53´8´´	139º26´34´´
546,1	2. 27º18´04´´	2. 306º11´18´´	278º53´14´´	139º26´37´´	0º0´4´´
	3. 27º18´10´´	3. 306º11´37´´	278º53º27´´	139º26´45´´
	1. 28º53´49´´	1. 304º51´45´´	275º57´56´´	137º58´53´´
435,8	2. 28º53´09´´	2. 304º48´27´´	275º55´18´´	137º57´39´´	0º0´29´´
	3. 28º53´25´´	3. 304º50´18´´	275º54´53´´	137º57´56´´

Определение показателя преломления
																		Таблица 3
λ0,	γ, град.						δ, град.					γ/2, град.			sinγ/2					n	∆n
нм																2	sin	2
579	53º59´40´´						139º38´58´´				26º59´50´´				0,454	96º49´19´´	0,993			2,187	0,37
546,1							139º26´39´´									96º43´9´´	0,994			2,189	0,37
435,8							137º58´09´´									95º58´45´´	0,996			2,194	0,36
							Формулы для расчета погрешности
1. Случайная погрешность измерений:
13						;	13					i		.
				i
2. Погрешность косвенных измерений показателя преломления стекла:

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

	n			n
	2
			tg	2	.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

53 59 40
												0 1 18
ж 139 38 58											0 2 2
з
			139 26 39								0 0 4
ф 137 58 09											0 0 29
				sin							nж 2.187
n						2					nз	2.189
					sin
											n	2,194
						2					ф
n							n				nж 0.37
											nз 0.37
			2
						tg	2				nф 0.36

2. Cтроим график, по оси абсцисс откладываем длину волны, по оси ординат – показатель преломления. Масштабы по обеим осям выбираем в соответствии с пределами изменения длины волны и показателя преломления.

700
650
600
550
500
450
400
2,186	2,188	2,19	2,192	2,194

Окончательный результат

Показатель преломления стекла для красных лучей (2,187±0,37), для зеленых лучей (2,189±0,37), для фиолетовых лучей (2,194±0,36).

Призма разлагает лучи в спектр по значениям показателя преломления, который для прозрачного стекла с увеличением длины волны уменьшается. То есть красные лучи отклоняются призмой слабее, чем фиолетовые. Из полученной зависимости n=f(λ) делаем вывод, что имеем дело с нормальной дисперсией.