Подготовка гониометра к измерениям.

1. Юстировка зрительной трубы. Зрительная труба гониометра фокусируется на бесконечность. Для этого нужно, поворачивая зрительную трубу, навести ее на какой-либо значительно удаленный объект (например, на здание за окном) и вращением винта 12 добиться четкого изображения.

2. Фокусировка коллиматора. Поместить ртутную лампу перед щелью коллиматора и включить ее. Осветив щель коллиматора, наблюдать ее изображение в зрительную трубу. Вращая винт коллиматора (он на рисунках не показан, но его расположение аналогично винту 12 на зрительной трубе) добиться максимальной резкости изображения щели.

3. Выбор ширины щели. Вращением винта 13 следует подобрать ширину щели коллиматора такой, чтобы линии в спектре были по возможности, более узкими, но достаточной яркости. При постоянном сужении щели, линии сначала сужаются, не меняя яркости, а, начиная с некоторого предела, ширина линии перестает уменьшаться, зато яркость быстро падает. На этом пределе (так называемая “нормальная ширина щели”) и следует остановиться.

Установив гониометр, следует показать качество его юстировки преподавателю или лаборанту и только после этого приступить к измерениям.

Упражнение 1. Определение преломляющего угла призмы.

1. Установить призму на столике 3 так, чтобы ее ребро было вертикально, и пучок света из коллиматора падал на обе грани, образующие преломляющий угол призмы (рис.5). Закрепить столик винтом 8.

2. Отпустить винт 7 и повернуть зрительную трубу по направлению луча, отраженного от одной из боковых граней (положение I на рис.5).

3. Слегка поворачивая зрительную трубу рукой, получить в ней изображение щели коллиматора в лучах, отраженных от призмы. Это изображение сфокусировать при помощи винта 12. Завернуть винт 7 и, вращая микрометрический винт 6, точно совместить изображение щели с вертикальной линией окуляра и произвести отсчет угла.

Рис.5

4. Отпустить винт 7 и повернуть рукой зрительную трубу так, чтобы уловить изображение щели, отраженное от второй боковой грани, образующей преломляющий угол призмы (положение II). Вновь завернуть винт 7 и, вращая микрометрический винт 6, точно совместить изображение щели с вертикальной линией окуляра и произвести отсчет угла. Из разности отсчетов, полученных в первом и во втором случаях, мы получим величину угла В, который равен двойному преломляющему углу призмы А.

Упражнение 2. Определение показателя преломления и дисперсии материала призмы.

Для определения показателя преломления призмы необходимо знать угол наименьшего отклонения луча. Для его измерения необходимо:

1. Убрать призму, повернуть зрительную, трубу так, чтобы видеть изображение щели коллиматора, совместить с ним вертикальную нить и произвести отсчет ₀ (направление падающего луча).

2. Установить призму на столике таким образом, чтобы выходящий из коллиматора пучок лучей проходил сквозь призму (рис. 6). Начиная с большего угла падения, определяемого на глаз, и, поворачивая трубу, уловить в поле зрения спектр.

Рис. 6.

3. Отпустить винт 8. Медленно поворачивая рукой столик с призмой в сторону меньшего угла падения, следить в зрительную трубу за перемещением спектра. Спектр сначала будет двигаться в одну сторону, а затем – в другую, хотя призма поворачивалась в одном направлении. Момент перемены направления движения спектра соответствует такому положению призмы, при котором угол отклонения лучей минимален.

Порядок выполнения задания:

1. Вертикальную нить совместить со спектральной линией, для которой мы хотим определить показатель преломления призмы. В этом положении снять отсчет  и вычислить _min =  - ₀ . Зная преломляющий угол призмы А, угол наименьшего отклонения луча _min, вычислить показатель преломления материала призмы по формуле (2) для длины волны, соответствующей данной спектральной линии.

2. Подобные измерения проделать для всех наблюдаемых спектральных линий ртути и вычислить показатель преломления для каждой из них.

3. Построить график зависимости n = f(). Из графика (по тангенсу угла наклона касательной к кривой) определить величину dn/d - дисперсию материала призмы (в длинноволновой и коротковолновой областях).

4. Проверить, справедливость формулы Коши (1) в диапазоне длин волн, в котором проведено исследование. Для этого можно воспользоваться «методом линеаризации». Суть его состоит в том, что выбираются такие переменные, в которых анализируемая зависимость должна быть линейной. В данном случае, если выбрать новые координаты Y = n и X = 1/² , то зависимость (1) будет иметь вид: . Если формула Коши выполняется, то графиком зависимости Y от X является прямая, отсекающая на оси абсцисс отрезок, равный a, и с тангенсом угла наклона равным b.

Контрольные вопросы

1. Нормальная и аномальная дисперсии.

2. Классическая (электронная) теория дисперсии (с введением комплексного показателя преломления).

3. Связь показателя преломления с концентрацией. Формула Лоренц-Лорентца.

4. Ход лучей в призме. Угол наименьшего отклонения.

5. Докажите, что углы А и В связаны соотношением: А = В/2

6. Каков физический смысл величины «дисперсия вещества»?

7. Сформулируйте цель работы, опишите экспериментальную часть и обсудите полученные результаты.