copie
1 Universitatea Pedagogică de Stat Yaroslavl. K.D. Ushinskogo Lucrări de laborator 16 Determinarea indicelui de refracție al unei prisme de sticlă Yaroslavl 014
2 Cuprins 1. Întrebări pentru pregătirea pentru lucru Scurtă teorie Descrierea instalării Procedura de realizare a sarcinii Task Task Task Control întrebări Compilatoare: V.K. Mukhin, lector senior al Departamentului de Fizică Generală, G.V. Zhus, candidat la Științe Tehnice, conferențiar la Departamentul de Fizică Generală
1. 3 Puncte pentru provizionarea Lab 16 Determinarea indicelui de refracție al prismei Obiectiv sticla: Pentru a determina indicele de refracție prismă pentru lungimi de undă în spectrul de mercur și pentru a investiga dependența n = f (λ). Instrumente și accesorii: prismă goniometr, lampă cu mercur-cuarț, lampă cu o lampă cu incandescență. Referințe: 1. Aleksandrov N.V. și altele. Atelier de lucru privind cursul fizicii generale. Problema 4. M. Iluminarea, G. Landsberg. Optica. M. Știință Întrebări pentru pregătirea lucrării 1. Semnificația fizică a indicelui de refracție. Ce se numește varianță? Dispersie normală și anormală. 3. Metode de observare a dispersiei. Teoria succintă Proprietățile optice ale substanțelor sunt caracterizate printr-un indice de refracție. Conform teoriei electromagnetice a vitezei luminii într-un material depinde de proprietățile electrice și magnetice ale mediului și este dată de v = c, unde c εμ constantă egală cu m / c; v este viteza luminii în mediu; ε și μ sunt permeabilitățile relative dielectrice și magnetice ale mediului. Pentru un vid, ε = μ = 1 și c = v; în consecință, c este viteza luminii într-un vid. 3
dacă ($ this-> show_pages_images $ page_num doc ['images_node_id'])
4 Relația c v = εμ = n este numită indicele de refracție absolut al mediului. Deoarece lungimea de undă λ este legată de viteza de propagare a undei v și de frecvența vibrației v ca v = λν, atunci n = c v = λ o λ, unde λ o este lungimea de undă în vid, λ este lungimea de undă în mediu. Astfel, lungimea de undă a radiației electromagnetice într-un mediu cu un indice de refracție n este definită ca λ = λ o n. Se stabilește că indicele de refracție al mediului depinde de lungimea de undă a luminii (culoarea fasciculului). Acest fenomen se numește dispersia n = f (λ). Există două tipuri de dispersie: normale, la care indicele de refracție scade cu o lungime de undă în creștere și anormal, la care indicele de refracție crește odată cu creșterea lungimii de undă. Regiunea de dispersie anormală se află în zona cea mai mare absorbție a luminii în materie și, prin urmare, observarea dispersiei anormale este extrem de dificilă. Pentru substanțele transparente, are loc de obicei o dispersie normală. În regiunea vizibilă a spectrului pentru pahare optice, indicele de refracție n λ este aproximat prin formula empirică Hartmann: k n = n 0 + (λ λ 0) α, unde n 0; k; λ 0; α constante pentru un anumit grad de sticlă. Fenomenul de dispersie se bazează pe descompunerea luminii complexe nonmonocromatice în spectru. Pentru a obține spectrul, se folosesc prismele de dispersie (prisma). Un astfel de spectru se numește dispersie (în contrast, de exemplu, din difracție, obținută prin intermediul unei grătare de difracție). O prismă refractantă este un element optic, delimitat de două planuri nonparale refractare care formează un unghi dihedral. Acest unghi este numit unghiul refractar al prismei, iar planul perpendicular pe marginea unghiului dihedral este numit secțiunea principală a prismei. 4
5 A = γ 1 = γ 1 = A. (0.3) 5. Teoria Context un 1 b A nn> n 1 1 O α γ MN γ 1 α δ Astfel, caracterizat refracta prisme refracting unghi A, adică unghiul dintre planurile prismei în secțiunea sa principală și indicele de refracție n al materialului din care este fabricat. Figura 1 prezintă calea razelor din secțiunea principală a prismei. Trecând prin prisma, fasciculul se abate de la direcția sa inițială printr-un unghi δ, numit unghiul de deviere. Unghiul de deviere al razelor depind de indicele materialului prismei refracției după cum urmează: δ = arcsin K () () n n sinγ 1 + arcsin sinα n 1 n 1 unde γ 1 unghiul de refracție al fasciculului pe prima suprafață a prismei, α unghiul de incidență al fasciculului pe a doua față a prismei. Dacă unghiurile α 1 = γ, γ 1 = α, atunci unghiul δ va fi minim. Pentru unghi de deviație minimă δ min relație deține) nn 1 = sin (A + δmin () (0.1) sin A arata ca este Brink legea refracției ab este scris ca: ... Unghiul A al triunghiului exterior MNK 1 nn = sinα 1 sin. 1. (.), c
6 Unghi δ min exterior pentru triunghiul MON. (1) (1) (1) (2) (2) (2) (2) (.4) Folosind relațiile (.), (.3), (.4), obținem formula (.1). În această lucrare, trebuie să determinăm indicii relative de refracție ai prismei de sticlă pentru lungimile de undă din spectrul de mercur, începând de la (.1). Problema experimentală este redusă la determinarea unghiului de refracție al prismei și unghiul minim al abaterii minime. Pentru determinarea unghiurilor se folosește un goniometru. 3. Descrierea instalației Goniometrul constă dintr-un trepied, pe care este fixat un membru împărțit în grade și două conducte optice (Figura 3.1). S K π Fig. 3.1 H K tubulatura staționară-balonolimator; Z este un telescop mobil care poate fi rotit în jurul unei axe verticale care trece prin centrul porțiunii perpendicular pe planul desenului. Tubul vizual este conectat rigid cu vernaculii care se mișcă de-a lungul membrelor. Este necesar un colimator pentru a forma un fascicul paralel de lumină. Ca punct (în plan orizontal), sursa de lumină, este utilizată o fantă reglabilă S. Tubul vizual este prevăzut cu o vedere în formă de cruce. În centrul goniometrului de pe masă este plasat prisma investigată P. Se poate roti în jurul axei verticale. 6
7 4. Ordinea lucrării 4. Ordinea lucrării Cesiune 1. Introducere în descrierea și proiectarea instalației experimentale. Reglați goniometrul. Pentru a face acest lucru, scoateți prisma și poziționați tubul mobil 3, așa cum se arată în Fig. Iluminarea fantei colimatorului cu lumina unui bec incandescent. Privind în telescop 3, obțineți o imagine clară a fantei (fanta trebuie să fie îngustă). Sarcină. Determinarea unghiului de refracție al prismei. Unghiul refracției al prismei poate fi determinat prin măsurarea unghiului φ. Unghiul φ este unghiul dintre continuile razei reflectate care se află pe frontul de prisme ab și bc paralel cu bisectrixul unghiului refractar (Figura 4.1). Unghiul A = φ (dovedește-te singur). Setați prisma astfel încât un fascicul de raze paralele provenite de la colimator să fie aliniat cu bisectrix-ul unghiului refractant al prismei. Rotiți telescopul spre stânga, găsiți imaginea fantei și aliniați-o cu vederea telescopului. Citiți unghiul φ 1 pentru micul vernier. Apoi, rotiți țevul spre dreapta și găsiți și imaginea fantei obținute prin reflectarea razelor de la a A φ Fig. 4.1 a celei de-a doua fețe a prismei. Faceți o citire a lui φ. Diferența dintre valorile unghiurilor (φ φ 1) dă valoarea unghiului φ. Măsurați unghiurile de 5-7 ori. Datele intră în tabelul 1. Sarcina 3. Determinarea unghiului de abatere minimă și calculul indicelui de refracție. Lampați decalajul de colimator cu o lampă cu mercur-cuarț. Rotiți prisma astfel încât bisectorul unghiului de refracție să fie c 7
8a cu direcția razei care vine de la colimator, un unghi apropiat de (fig.4). Fasciculul, care trece prin prisma, formează un spectru. Rotiți telescopul spre baza prismei până când imaginea spectrului apare în câmpul vizual al tubului. Atenție vă rog! 1. Tubul vizual trebuie rotit foarte încet. Dacă spectrul nu apare în câmpul vizual al tubului, atunci prisma trebuie să fie ușor rotită spre dreapta sau spre stânga. După ce spectrul apare în câmpul de vedere al tubului, procedați la găsirea razei care se află la unghiul deformării deflectate. Procedați după cum urmează: deplasați corzile pe linia galbenă a spectrului; apoi întoarceți tabelul de prisme încet către partea superioară, în timp ce mutați tubul astfel încât spectrul să rămână în câmpul vizual al țevii, iar crucea este ținută pe linia galbenă. La un moment dat, linia spectrală galbenă se va opri și va începe să se miște. 4. în direcția opusă rotirii prismei (adică, pentru a reveni înapoi). La momentul opririi liniei, înainte de a se întoarce, tubul primește raze care ating unghiul celui mai mic abatere. După ce ați atins această poziție, opriți prisma. Verificați precizia alinierii vizorului cu linia galbenă a spectrului. Pentru a face acest lucru, întoarceți ușor masa cu prisma la dreapta și la stânga. În acest caz, linia spectrului trebuie să rămână în vizualizator. Apoi, citiți unghiul δ 1zh pe un vernier mic. Fără a atinge prisma, îndreptați privitorul telescopului către liniile verde și violete ale spectrului și calculați citirile δ 1ζ și δ 1φ. Întoarceți prisma spre dreapta și, folosind instrucțiunile anterioare, găsiți unghiurile celei mai mici deviații δ ж, δ з, δ ф. Măsurători despre δmin
9 4. Eliberați ordinul de lucru de 5 ori. Unghiul δmin este definit ca (δ δ 1). Aceste măsurători și calcule sunt prezentate în tabelul 1. Tabelul 1 φ φ 1i i A i = φ φ 1 δ 1i δ i δ min = δ i δ 1i n i n i (n i) 1, etc. Faceți o masă separată pentru fiecare linie a spectrului. Eroarea se calculează cu formula (n i) i n = t α n n (n 1). Construiește un grafic al dependenței n = f (λ) cu toleranță la erorile de măsurare (Figura 4.3). Lungimile de undă din spectrul mercurului: n λ f = 578 nm lambda = 546 nm lambda f = 406 nm n cf. n f n h n n w f lambda lambda din Fig. 4.3 λ și λ 9
10 5. Întrebări de testare 1. Prisma investigată este normală sau anormală. Efectuați formula de lucru (.1). 3. Dovedeste ca A = φ (Figura 4.1). 4. Construiți calea razei în prisma pentru cazurile n
Articole similare
-
Determinarea indicelui de refracție al unui material prismatic utilizând un goniomer
-
Determinarea parametrilor de bază ai calității gipsului de construcție
Trimiteți-le prietenilor: