Установка гониометра

Гониометр требует тщательной установки: зрительная труба должна быть сфокусирована на бесконечность, щель коллиматора находиться в фокальной плоскости объектива коллиматора, оптические оси коллиматора и зрительной трубы должны быть перпендикулярны вертикальной оси вращения столика гониометра и находиться с ней в одной плоскости.

Установка зрительной трубы гониометра на бесконечность.

Грубо установку зрительной трубы на бесконечность можно осуществить, фокусируя ее на удаленный предмет. Точно эта операция выполняется автоколлимационным методом с помощью окуляра Гаусса, оптическая схема которого представлена на рис. 4. Окуляр Гаусса состоит из двух линз, полевой и глазной. Вблизи полевой линзы 2 в плоскости, которая должна быть совмещена с задней фокальной плоскостью объектива зрительной трубы, помещены две нити, натянутые в виде креста 4. Между линзами окуляра под углом 45° к оси трубы расположена стеклянная пластинка 3. Свет от источника 8. пройдя через боковое отверстие 5, отражается от пластинки 3 и освещает крест 4.

Предварительно перемещением глазной линзы 1 добиваются четкого изображения креста 4. Затем на столик гониометра устанавливают стойку с плоскопараллельной пластинкой. Лучи света, выходящие из зрительной трубы, отразятся от передней грани плоскопараллельной пластинки. Поворотом и изменением наклона трубы (или столика) добиваются попадания отраженных лучей обратно в зрительную трубу. В поле зрения зрительной трубы появится светлое расплывчатое пятно. Перемещением окуляра добиваются четкого изображения отражения креста от плоскопараллельной пластинки. При этом плоскости, в которых расположены крест и его изображение, совместятся и совпадут с задней фокальной плоскостью объектива. Таким образом, зрительная труба будет установлена на бесконечность.

Установка оси трубы перпендикулярно оси вращения прибора.

Установка оси зрительной трубы перпендикулярно оси вращения прибора осуществляется путем совмещения изображения креста с самим крестом. Для этого получают в зрительной трубе два изображения креста: вначале от одной грани, а затем, повернув столик на 180° и при необходимости изменяя наклон зрительной трубы, от другой грани плоскопараллельной пластинки. Если оба изображения окажутся смещенными в одну сторону (вверх или вниз) относительно креста, то совмещения можно добиться изменением наклона трубы. Если изображения находятся по разные стороны креста, это означает, что плоскость столика не горизонтальна. В этом случае изменяют наклон столика настолько, чтобы изображение горизонтальной нити приблизилось к самой нити на половину первоначального расстояния. После этого поворачивают столик на 180° и повторяют предыдущую процедуру. Эту операцию повторяют до тех пор, пока несовпадение креста и его изображения по вертикали не станет менее 1 мм. После этого пластинку снимают со столика.

Установка коллиматора.

Щель коллиматора должна находиться в фокальной плоскости объектива коллиматора. Чтобы произвести правильную установку щели, поступают следующим образом. Освещая щель, ловят изображение щели зрительной трубой и, не нарушая установку трубы, добиваются резкого изображения щели, регулируя на коллиматоре положение патрубка со щелью.

Для установки оси коллиматора перпендикулярно оси вращения гониометра винтом 15 наклоняют коллиматор так, чтобы в середине изображения (по вертикали) ярко освещенной щели находилась точка пересечения нитей креста окуляра.

Задания и указания к их выполнению.

Задание 1. В порядке предварительного упражнения соберите из отдельных деталей оптическую установку для проектирования сплошного спектра на большой экран. Для этой цели используйте школьную оптическую скамью. Схема установки представлена на (Рис.5).

Сначала линзой сфокусируйте на экран "белое" изображение щели Щ, а затем, поставив на пути лучей призму в положение наименьшего отклонения, получите спектр В. Рис.5

Задание 2. Произведите установку гониометра, руководствуясь настоящим описанием.

Задание 3. Определите преломляющий угол призмы. С помощью гониометра преломляющий угол призмы можно определить двумя способами, суть которых ясна из рисунков 6 и 7.

Задание 4. Определите показатель преломления материала призмы для различных длин волн линий излучения ртути. Для выполнения этого задания необходимо определить угол наименьшего отклонения для нескольких линий излучения ртути и, пользуясь формулой (16), вычислить показатель

преломления для различных длин волн. Ртутная лампа расположена перед щелью коллиматора. Включите тумблер для зажигания ртутной лампы. Регулируя на коллиматоре положение патрубка со щелью, добейтесь четкого изображения щели коллиматора в зрительной трубе. Столик с призмой поверните так, чтобы направление пучка света из коллиматора составляло острый угол с гранью, обращенной к коллиматору. Далее найдите спектр невооруженным глазом, направляя глаз приблизительно по направлению выходящего из призмы пучка света и поворачивая столик с призмой на малые углы. Закрепив столик с призмой, наведите нити окуляра зрительной трубы на желтую линию и закрепите зрительную трубу. Освободите столик, поворачивая его вместе с призмой в ту или другую сторону, наблюдайте, куда движется спектральная линия. Столик с призмой следует вращать так, чтобы спектральная линия приближалась к направлению не отклоненного луча, при этом линия может выйти из поля зрения трубы. В этом случае открепляют зажимной винт трубы и, продолжая вращать столик с призмой, в том же направлении ведут трубу вслед за линией. Пройдя некоторое расстояние, линия остановится, а затем начнет двигаться в обратном направлении. В этот момент призма установлена в положение, соответствующее углу наименьшего отклонения для желтой линии ртути. Столик с призмой закрепляют и, вращая трубу, совмещают крест нити в окуляре с наблюдаемой линией. После этого, закрепив трубу, слегка поворачивайте столик с призмой, чтобы убедиться, соответствует ли установка призмы углу наименьшего отклонения. Если окажется, что линия при вращении немного сошла с нитей в сторону уменьшения отклонения, то исправьте установку на наименьшее отклонение и, закрепив столик с призмой, вновь наведите линию на крест нитей окуляра трубы. Закрепив окончательно столик и зрительную трубу, произведите отсчет по лимбу и двум нониусам. Аналогичные измерения произведите для всех остальных линий излучения ртути. Затем снимите призму со столика и поверните зрительную трубу так, чтобы непосредственно видеть щель коллиматора. Наведите изображение щели на крест нитей в окуляре трубы. Закрепите зрительную трубу, и вновь сделайте отсчет по лимбу и двум нониусам. Из полученных результатов измерений найдите для наблюдаемых спектральных линий значение угла наименьшего отклонения и определите показатель преломления стекла призмы для соответствующих длин волн.

Задание 5. Определив длины волн линий излучения ртути по справочнику и используя данные, полученные в предыдущем задании, постройте график зависимости показателя преломления от длины волны. Из графика найдите дисперсию стекла призмы dn/dλ и по формуле (18) угловую дисперсию призмы для точек, соответствующих линиям излучения ртути. Полученные результаты занесите в таблицу:

dn/dλ

Задание 6. Определить основной микроскопический параметр (собственную частоту колебаний электронов) ω₀ для материала призмы. Для этого из таблицы, составленной по данным предыдущего задания, в формулу (13) поочередно подставьте два близких значения n и соответствующие им значения ω, а затем решите полученную систему уравнений относительно ω₀.

Для получения зачета необходимо:

1. Уметь демонстрировать призматический спектр на большом экране, проверять юстировку гониометра, выполнять на нем измерения преломляющего угла призмы и угла наименьшего отклонения спектральных линий в призматическом спектре.

2. Представить отчёт по выполненной работе.

3. Уметь отвечать на вопросы типа:

· Какой физический смысл имеет показатель преломления вещества?

· Что понимают под дисперсией вещества?

· Ход лучей в трехгранной призме.

· Нормальная и аномальная дисперсия.

· Какие представления лежат в основе классической теории дисперсии света?

· Почему оконное стекло не пропускает ультрафиолетовые лучи?

Тесты для допуска к выполнению лабораторной работы

Тест 1

Ниже на рисунке представлен ход лучей в призме

(1). Какой из указанных на рисунке углов называется преломляющим углом призмы?

(2). Какой из указанных на рисунке углов называется углом отклонения?

(3). Какова цель настоящей работы?

(4). Что понимают под дисперсией света?

(5). Для чего в работе используется ртутная лампа?

(6). Как в настоящей работе измеряется показатель преломления призмы?

(7). Как призма устанавливается в положение наименьшего отклонения?

(8). Какова точность нониуса гониометра?

Выберите правильный ответ:

Исследовать зависимость показателя преломления стекла от длины волны.
Измерить преломляющий угол призмы.
Измерить угол отклонения лучей призмой.
Угол i₂.
Угол r₂.
Угол θ.
Угол α.
Зависимость показателя преломления стекла от частоты или длины волны.
Точность 0.5 углового градуса.
Точность 1 угловая минута.
Для получения известного линейчатого спектра излучения.
Для получения сплошного спектра излучения.
Рассчитывается по формуле.
Фиксируется положение, когда при повороте столика гониометра спектральная линия остановится, а затем начнет двигаться в обратном направлении.
Правильного ответа нет.