5.4 (810517)
Текст из файла
Московский физико-технический институт(государственный университет)Цель работы: Знакомство с работой гониометра, исследование дисперсии стеклянной призмы и определение характеристик призмы какспектрального прибора.В работе используются: гониометр, ртутная лампа, призма, стеклянная плоскопараллельная пластинка, призменный уголковый отражатель.ИЗУЧЕНИЕ ПРИЗМЫ С ПОМОЩЬЮГОНИОМЕТРАЛабораторная работа № 5.4Гониометр служит для точного измерения углов и находит широкоеприменение в оптических лабораториях.
С помощью гониометра можно определять показатели преломления и преломляющие углы призм икристаллов, исследовать параметры дифракционных решёток, измерятьдлины волн спектральных линий и т. д. В настоящей работе прибор применяется для исследования дисперсии стеклянных призм — зависимостипоказателя преломления от длины волны.Показатель преломления материала призмы удобно определять поуглу наименьшего отклонения. Известно, что минимальное отклонениелуча, преломленного призмой, от направления луча, падающего на призму, получается при симметричном ходе луча (в призме луч идёт перпендикулярно биссектрисе преломляющего угла).
Угол минимального отклонения δ, преломляющий угол α (угол при вершине призмы на рис. 1а)и показатель преломления n связаны между собой соотношениемn=sin α+δ2.sin α2(1)Вывести это соотношение студентам предлагается самостоятельно.Измерив с помощью гониометра преломляющий угол призмы и углынаименьшего отклонения для света разных длин волн, можно рассчитатьвеличину n и построить дисперсионную кривую — график зависимостиn(λ).По дисперсионной кривой могут быть определены такие важные характеристики оптических стёкол, как средняя дисперсияD = nF − nC(2)и коэффициент дисперсии ν (число Аббе):ν=МОСКВА 2005nD − 1.nF − n C(3)Здесь nD , nF и nC — показатели преломления для λD = 589,3 нм (среднеезначение длин волн жёлтого дублета натрия), λF = 486,1 нм (голубаялиния водорода), λC = 656,3 нм (красная линия водорода).3По наклону дисперсионной кривой можно оценить разрешающуюспособность призмыλdnR==b .(4)δλdλS 15δ Призмаα9а)КоллиматорЗр.
трубаЗдесь δλ — минимальный интервал длин волн, разрешаемый по критерию Релея, b — размер основания призмы, если вся рабочая граньпризмы освещена параллельным пучком.14rГониометр. Оптическая схема гониометра представлена на рис. 1а.Свет от источника S проходит через коллиматор (устройство, дающеепараллельный пучок, состоящее из щели 1 и объектива 5) и преобразуется призмой или решёткой в набор параллельных пучков, каждый изкоторых соответствует определённой длине волны. Параллельные пучки собираются в фокальной плоскости объектива 9 зрительной трубыи рассматриваются глазом через окуляр 14. При освещении щели ртутной лампой, дающей дискретный спектр, в фокальной плоскости видныотдельные линии — цветные изображения входной щели (см.
рис. 4 итаблицу 1).Внешний вид гониометра представлен на рис. 1б и 1в. Коллиматор 3,столик 7 и алидада 17 со зрительной трубой 12 крепятся на массивномосновании 23. На столике 7 размещаются исследуемые объекты. Коллиматор закреплён неподвижно, а столик и алидада с трубой могут вращаться вокруг вертикальной оси.Ширину коллиматорной щели можно менять от 0 до 2-х мм при помощи микрометрического винта 2, высоту — от 0 до 2-х см — при помощи диафрагмы с треугольным вырезом («ласточкин хвост»), надетойна щель. Винт 4 служит для перемещения объектива 5 — настройкиколлиматора на параллельный пучок.Зрительная труба 12 состоит из объектива 9 и окуляра 14 с автоколлимационным устройством 13. Объективы коллиматора и зрительной трубы одинаковы.
Фокусировка трубы производится винтом 11. Наклон коллиматора и зрительной трубык горизонтальной оси изменяРис. 2. Автоколлимационное устройствоется винтами 6 и 10 соответственно.Схема окуляра зрительной трубы с автоколлимационным устройством приведена на рис. 2а. Свет от лампы Л проходит через защитнуюстеклянную пластинку П и попадает на автоколлимационную сетку А,45б)в)Рис. 1. Оптическая схема и внешний вид гониометрасодержащую две взаимно перпендикулярные щели (рис. 2б). Свет, прошедший через сетку А, попадает на две прямоугольные призмы P и отражается от гипотенузной грани, на которую нанесен полупрозрачныйслой с коэффициентом отражения 50%.
Для юстировки гониометра настолик ставится предмет с плоской отражающей поверхностью. Послеотражения от неё параллельный пучок лучей возвращается назад в зрительную трубу и собирается в фокальной плоскости объектива. В этомслучае светящийся крест можно увидеть через окуляр зрительной трубы. Кроме того, в окуляре имеется ещё одна сетка С, на которой изображён чёрный отсчётный крест (рис. 2в). Совмещённые изображенияобоих крестов рассматриваются через окулярные линзы О. Резкость видимого изображения отсчётного креста регулируется вращением оправыокуляра 14.Обе сетки окуляра, А и С (рис.2а), расположены на строго одинаковых расстояниях от гипотенузных граней призмы P , поэтому их одновременное наблюдение в окуляре возможно только при совпадениифокальных плоскостей объектива и окуляра (труба настроена на бесконечность).Важнейшим узлом гониометра является устройство, служащее дляотсчёта угла поворота зрительной трубы вокруг вертикальной оси, проходящей через центр столика.
На этой оси крепится прозрачное кольцо(лимб), расположенное в корпусе прибора. На поверхности лимба нанесена шкала с делениями. Лимб разделён на 3 × 360 = 1080 делений. Цена деления 200 , оцифровка делений произведена через 1◦ . Шкалу лимбаможно наблюдать через окуляр отсчётного устройства 16 при включённой подсветке (тумблер 22). Резкость изображения шкалы регулируетсявращением оправы окуляра 15.Оптическая система отсчётного устройства собрана так, что черезокуляр можно наблюдать изображения штрихов двух диаметрально противоположных участков лимба, причём одно изображение прямое, а другое обратное (рис.
3). Кроме того, оптическая система позволяет перемещать эти изображения друг относительно друга, оставляя в покое каклимб, так и алидаду со зрительной трубой.Это перемещение штрихов измеряется при помощи оптического микрометра. Шкала микрометра рассчитана таким образом, что при перемещении её на 600 делений верхнее изображение штрихов лимба смещается относительно нижнего на 10’. Следовательно, цена деления шкалымикрометра 100 .Поле зрения отсчётного микроскопа приведено на рис. 3. В левомокне наблюдаются изображения диаметрально противоположных участ6ков лимба и вертикальный штрих для отсчёта градусов, в правом — деления шкалы оптического микрометра и горизонтальная риска А дляотсчёта минут и секунд.Для удобства экспериментатора в гониометре предусмотрено несколько вариантов относительного вращения столика, алидады со зрительнойтрубой и лимба.1.
Алидада вращается относительно лимба и столика либо грубо отруки при свободном винте 24 (см. рис. 1), либо точно с помощью микрометрического винта 25 при зажатом винте 24.2. Такое же вращение алидады, но вместе с лимбом и столиком, производится, если рычажок 20 находится в нижнем положении.
Для возвращения его в верхнее положение надо нажать рычажок 19.3. Лимб вращается относительно столика и алидады винтом 21 (рычажок 20 в нижнем положении, винт 26 свободен).4. Вращение столика вместе с лимбом относительно алидады производится либо от руки при свободном винте 26, либо микрометрическимвинтом 28 при зажатом винте 26.5.
Столик вращается относительно алидады и лимба либо от рукипри свободном винте 27, либо точно микрометрическим винтом 29 призажатом винте 27 (рычажок 20 в верхнем положении).Гониометр требует тщательной юстировки, которая заключается вустановке: а) зрительной трубы на бесконечность; б) поверхности столика и оптической оси трубы — перпендикулярно оси вращения прибора; в) коллиматора — на параллельный пучок лучей; г) оптическойоси коллиматора — перпендикулярно оси вращения прибора. Подробнос правилами настройки гониометра Вы познакомитесь при выполнениизадания.ЗАДАНИЕВ работе предлагается отъюстировать гониометр, определить преломляющий угол призмы, измерить углы наименьшего отклонения длянескольких спектральных линий ртути и оценить спектральные характеристики призмы.I.
Юстировка гониометраЛюбой вращающийся элемент системы должен свободно поворачиваться рукой, если освобождён соответствующий закрепляющий винт.ВРАЩЕНИЕ ОТ РУКИ С УСИЛИЕМ НЕДОПУСТИМО!1. Приступая к юстировке, убедитесь, что рычажок 20 (см. рис. 1) в верхнем положении (рычажок 19 нажат).72. Освободите винт 26, чтобы свободно вращалась нижняя часть столика(вместе со шкалой), и винт 27, чтобы вращалась верхняя часть столика.Поворачивая столик рукой, установите его на глаз горизонтально припомощи двух винтов 8, ориентированных взаимно перпендикулярно (приэтом удобно следить за величиной щели между крышкой столика и егобоковой поверхностью).Установка зрительной трубы на бесконечность3.
Вращением оправы 14 настройте окуляр зрительной трубы на резкое видение чёрного отсчётного креста (крест можно подсветить рассеяннымсветом настольной лампы).4. Включите тумблер 22 — подсветка — и убедитесь, что глядя в трубу состороны объектива, можно увидеть светящийся крест автоколлимационной сетки.Прислоните к оправе объектива плоскопараллельную пластинку и,вращая винт 11 (перестраивая объектив), найдите в окуляре резкое изображение светящегося креста, отраженного от стеклянной поверхности.Установка поверхности столика перпендикулярно оси вращения прибора5.
Закрепите винт 26, чтобы свободно вращалась только верхняя часть столика, и поверните столик так, чтобы один из установочных винтов 8 былнаправлен вдоль оси трубы.Поставьте на столик уголковый отражатель (призму с углом при вершине 90◦ ) так, чтобы один из винтов 8 был перпендикулярен гипотенузной грани призмы, а гипотенузная грань была перепендикулярна осизрительной трубы. Входящий и выходящий лучи в такой призме всегдапараллельны друг другу, поэтому настройка проще, чем с плоскопараллельной пластинкой.Вращая установочный винт 8, перпендикулярный гипотенузной грани, и слегка поворачивая столик рукой вправо и влево, добейтесь того,чтобы в поле зрения окуляра попал светящийся крест, отражённый отпризмы.
Совместите центр отражённого креста с горизонтальным штрихом отсчётного креста (смещение по горизонтали здесь роли не играет).Если отражённых крестов несколько — работайте с самым ярким.6. Поднимите отражатель, поверните столик на 180◦ и поставьте отражатель на столик. Снова совместите центр автоколлимационного креста сгоризонтальным штрихом отсчётного, но на этот раз пройдите половину расстояния винтом 8, ориентированным вдоль оси трубы, а вторуюполовину — винтом 10 наклона трубы. Верните столик в предыдущее положение и уточните настройку; допустимо смещение светящегося крестана треть радиуса поля зрения.87.8.9.10.Теперь поверните столик под отражателем на 90◦ и тем же способомвыставьте изображение креста на середину вторым винтом 8.
На этомпредварительная настройка столика и трубы закончена. Легко видеть,что расположение светящегося креста не изменяется, если ось зрительной трубы перпендикулярна оси вращения прибора.При работе с решёткой или эшелетом (работа № 5.13) можно перейтик настройке коллиматора (п. 11).При работе с призмой (работа № 5.4) следует провести тонкую настройкустолика и трубы при помощи плоскопараллельной пластинки.Снова поверните столик так, чтобы один из винтов 8 был направленвдоль оси зрительной трубы и поставьте на столик пластинку (на узкуюполированную грань).Вращая установочный винт 8, перпендикулярный плоскости пластинки,и слегка поворачивая столик рукой, добейтесь того, чтобы в поле зренияокуляра попал отражённый светящийся крест.Совместите светящийся автоколлимационный и чёрный отсчётныйкресты по высоте, пройдя половину расстояния винтом 8, ориентированным вдоль оси трубы, а вторую половину — винтом 10 наклона трубы.При неподвижной трубе (винт 24 закреплён) вручную поверните столикна 180◦ , найдите отражение светящегося креста от второй поверхностипластины и снова совместите изображения тем же путём.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
