Изследване на дисперсията на оптично стъкло

Целта на работата:1) наблюдение на дисперсионния спектър с помощта на триъгълна призма от оптично стъкло;

2) определяне на показателите на пречупване на оптичното стъкло за различни дължини на вълните;

3) изграждане на дисперсионна крива.

Схема на експериментална постановка

лабораторната работа се извършва на съоръжение RMS-5 (фиг. 1).

Описание на инсталацията и техника на измерване

Дисперсията на светлината е явление, причинено от зависимостта на индекса на пречупване на веществото от честотата (или дължината) на светлинната вълна. Тази зависимост може да се характеризира с функцията

, къдетоλ0е дължината на вълната на светлината във вакуум. Явлението дисперсия се обяснява с различната фазова скорост на разпространение на светлинни вълни с различна дължина в веществото, което е следствие от взаимодействието на електромагнитните вълни със заредени частици, които са част от веществото и извършват принудителни трептения в променливо електромагнитно поле на вълната. Коефициентът на пречупване на веществото е отношението на фазовата скорост на светлината във вакуум към нейната скорост в дадена среда

. Ако скоростта на светлината в дадена среда зависи от дължината на вълната, тогава индексът на пречупване на средата също трябва да зависи от дължината на вълната.

Количеството, което показва колко бързо се променя индексът на пречупване с дължината на вълната, се наричадисперсия на вещество. Обикновено коефициентът на пречупване за прозрачни вещества се увеличава с намаляване на дължината на вълната, следователно размерът на дисперсията също се увеличава като абсолютна стойност с намаляване наλ. Такава дисперсия се нарича нормална. Въпреки това, близо до лентите на поглъщане на спектъра,nнамалява с намаляване наλ. Такава дисперсия се нарича аномална.

чрез измерване на индекса на пречупване за различни дължини на вълната е възможно да се изследватдисперсионна способност на веществото, т.е. функция

. В тази работа измерването на показателите на пречупване се извършва за оптично стъкло с формата на призма. Светлината с различни дължини на вълната (с различни цветове) поради дисперсия ще се пречупва по различен начин на границата между две прозрачни среди. В резултат на това на изхода на призмата светлината, в която са представени различни дължини на вълната (например бяла светлина), ще бъде разложена на спектър (фиг. 2).

При определен ъгъл на падане на лъчите върху призматаαъгълът на отклонение на лъчите от призматаδприема най-малка стойност и се нарича ъгъл на най-малко отклонение

. В този случай ъгълът на падане на лъчите върху призматаαе равен на ъгъла на излизането им от призмата, т.е. лъчът в призмата върви успоредно на основата (фиг.3). Съгласно закона за пречупване на входната повърхност на призмата

. От фигурата следва, че ъгълът на пречупване на лъчите в призмата

; където

е ъгълът на пречупване на призмата, a. От четириъгълника NKCM , тогава . Следователно

. Замествайки стойноститеαиβв закона за пречупване, получаваме

. (1)

По този начин ъгълът на пречупване на призмата

и ъглите на минимално отклонение

за различни дължини на вълната трябва да бъдат измерени в работата, а след това стойностите на индекса на пречупване, изчислени по формула (1).

Като източник на радиация в работата се използва живачна лампа, чиито дължини на вълните на спектъра са дадени в Приложение 4.

За измерване на ъглите на отклонение на лъчите се предлага да се използва оптичен уред -гониометър. Измерването на гониометрите се извършва чрез сравняване на измерения ъгъл с точно градуирана кръгла скала (лимб). На скалата има и нониус за отчитане на десети от градуса. Сравнението се извършва с помощта на колиматор и зрителна тръба. Излъчване от пълнене на живачна лампавходният процеп се преобразува от колиматора в паралелен сноп лъчи, който се насочва към призма, монтирана на масата на гониометъра. Отклоненото лъчение се наблюдава визуално със зрителна тръба, фокусирана до безкрайност, което дава възможност да се възстанови изображението на процепа, който трябва да бъде изравнен с референтната линия на тръбата. Цели градуси се броят на скалата на крайника срещу нула нониус (делението на скалата на нониуса отляво на наблюдателя). Към тези данни трябва да се добави броят на десетите, който показва първото деление на нониуса, съвпадащо с всяко деление на скалата на крайниците.

Редът на измерванията и обработката на резултатите

Упражнение 1.ОПРЕДЕЛЯНЕ НА ЪГЪЛА НА ПРЕКРЪПВАНЕ НА ПРИЗМА

Запознайте се с устройствата на работния плот; подредете ги в желаната последователност върху оптичната пейка.

Включете източника на светлина, завъртете телескопа на гониометъра така, че оптичната му ос да съвпадне с оста на колиматора. В този случай изображението на входния процеп на колиматора ще се появи в зрителното поле на окуляра.

Като движите окуляра с фокусиращия винт, постигнете рязко изображение на процепа. Задайте изображението на прореза успоредно на референтната линия на окуляра.

Поставете призмата върху предметното поле на гониометъра така, че ъглополовящата на ъгъла на пречупване на призмата (ъгъл 45 o ) приблизително да съвпада с оста на осветения колиматор. В този случай страничните повърхности на призмата действат като огледала и изображенията на входния процеп на колиматора могат да се наблюдават от двете страни на призмата с просто око (фиг.).

Чрез завъртане на окуляра подравнете резбата му с изображението на процепа вдясно от оптичната ос на колиматора (позиция 1). Отчетете циферблата и нониуса на гониометъра

Подравнете резбата на окуляра с изображението на прореза отляво на оптичната осколиматор (позиция 2). Отчетете циферблата и нониуса на гониометъра

Изчислете ъгъла на пречупване на призмата

ако при преместване от позиция 1 в позиция 2 окулярът не преминава през диска "0";

ако се премести от позиция 1 към позиция 2, окулярът преминава през диска "0".

Определете ъгъла на пречупване на призмата поне три пъти. Запишете резултатите в таблица и изчислете средната стойност на ъгъла на пречупване на призмата.