Az üveg prizma törésmutatójának meghatározása
másolat
1 Yaroslavl Állami Pedagógiai Egyetem. K.D. Ushinskogo Laboratóriumi munka 16 Az üveg prizma törésmutatójának meghatározása Yaroslavl 014
2 Tartalomjegyzék 1. Felkészülés a munkára Rövid elmélet A telepítés leírása A feladat elvégzése Feladat Feladat Feladat-ellenőrzési kérdések Fordítói: V.K. Mukhin, az Általános Fizika Tanszék vezető tanára, G.V. Zhus, a műszaki tudomány kandidátusa, a fizika általános fizika tanszékének docense
1. 3 pont létesítési Lab 16 meghatározása a törésmutatója az üveg prizma Célkitűzés: Annak megállapításához, a prizma törésmutató hullámhossz a higanyt spektrumot, és hogy vizsgálja meg a függőség n = f (λ). Eszközök és tartozékok: prizma, goniométer, higany-kvarc lámpa, izzólámpás megvilágító. Referenciák: 1. Aleksandrov N.V. és mások Workshop az általános fizikán. 4. szám M. M. Felvilágosodás, G. Landsberg. Optika. M. Tudomány, Felkészülés a munkára 1. A törésmutató fizikai jelentése. Mi az úgynevezett variancia? Normál és rendellenes diszperzió. 3. A diszperzió megfigyelésének módszerei. Rövid elmélet Az anyagok optikai tulajdonságait refraktív index jellemzi. Szerint az elektromágneses elmélet a fény sebessége egy anyagban függ az elektromos és mágneses tulajdonságai a közeg, és adott v = c, εμ ahol c állandó egyenlő m / c; v a fény sebessége a közegben; ε és μ a közeg relatív dielektromos és mágneses permeabilitása. Vákuum esetén ε = μ = 1 és c = v; következésképpen c a vaku sebességének vákuumában. 3
ha ($ ez-> show_pages_images $ page_num doc ['images_node_id'])
4 A c v = εμ = n relációt a közeg abszolút törésmutatójának nevezzük. Mivel a λ hullámhossz a v hullámhosszának propagációs sebességével és a v ν v λ v rezgési frekvenciával függ össze, akkor n = c v = λ o λ, ahol λ o a vákuum hullámhossza, λ a hullámhossz a közegben. Így az elektromágneses sugárzás hullámhossza az n törésmutatójú közegben λ = λ o n. Megállapítottam, hogy a közeg törésmutatója a fény hullámhosszától (fénysáv) függ. Ezt a jelenséget n = f (λ) diszperziónak nevezzük. Kétfajta diszperzió létezik: normál, ahol a törésmutató növekvő hullámhosszúsággal és anomálissal csökken, és a hullámhossz növelésével a törésmutató növekszik. Az anomális diszperzió régiója a legnagyobb fényabszorpció zónájában található, ezért az anomális diszperzió megfigyelése rendkívül nehéz. Átlátható anyagok esetében általában normális diszperzió van. Az optikai üvegek spektrumának látható tartományában az n λ törésmutatót az empirikus Hartmann-formula közelíti: k n = n 0 + (λ λ 0) α, ahol n 0; k; λ 0; α állandók egy adott üvegminőséghez. A diszperziós jelenség a bonyolult nem-monokromatikus fénynek a spektrumba történő bomlásán alapul. A spektrum eléréséhez diszperziós (prizma) prizmákat használunk. Az ilyen spektrumot diszperziónak nevezzük (ellentétben például diffrakcióval, diffrakciós rács segítségével). A fénytörő prizma optikai elem, amelyet két, egymással párhuzamos, egymással párhuzamos, egymással párhuzamos sík képezi, amelyek dihedral szöget alkotnak. Ezt a szöget a prizma refrakciós szögének nevezik, és a dihedral szög peremére merőleges síkot a prizma fő részének nevezik. 4
5 A = γ 1 = γ 1 = A. (.3) 5. Háttér elmélet egy 1 b A nn> n 1 1 O α γ MN γ 1 α δ Így, azzal jellemezve megtörő prizma fénytörő A szög, vagyis a szög közötti a prizma síkjai a fő szakaszában és az anyag törésmutatója n, amelyből készült. Az 1. ábra a sugárzási útvonalat mutatja a prizma fő szakaszában. A prizmán áthaladva a gerenda az δ irányától eltér az eredeti irányától, amelyet az eltérítési szögnek neveznek. A hajlásszöge a sugarak függ a prizma anyaga törésmutatója a következő: δ = arcsin K () () n n sinγ 1 + arcsin sinα n 1 n 1, ahol γ 1 törésszögét a gerenda első felületén a prizma, α a beesési szög a fény a második felületén a prizma. Ha α1 = γ, γ 1 = α szögek, akkor a δ szög minimális lesz. A minimális eltérés szögét δ perc összefüggés érvényes) nn 1 = sin (A + δmin () (.1) sin A mutat, hogy Brink ab fénytörési törvény meg van írva, mint: ... az a szög a külső háromszög MNK 1 nn = sinα 1 singy 1. (.), c
6 Szög δ min külső a MON háromszögnél. δ min = (α 1 γ 1) + (γ α) = α 1 γ 1 α 1 = δ min + γ 1 = δ min + A = α1 = δ min + A. (.4) A kapcsolatok (.), (.3), (.4) használatával megkapjuk a képletet (.1). Ebben a tanulmányban meg kell határozni az üveg prizmus relatív törésmutatóit a higany spektrum hullámhosszaihoz képest (.1). A kísérleti problémát a prizma törésszögének és a legkisebb eltérés min szögének meghatározására kell csökkenteni. A szögek meghatározásához egy goniométert használnak. 3. A telepítés leírása A goniométer állványból áll, amelyre fokozatos végtagra és két optikai csőre van rögzítve (3.1. Ábra). S K π ábra. 3.1 Z K stacioner csöves ballollimátor; Z mozgatható teleszkóp, amely a rajz síkjára merőleges végtag mentén átmenő függőleges tengely körül forgatható. A vizuális cső szorosan összekapcsolódik a nyelvvel, amelyek a végtag mentén mozognak. Kollimátorra van szükség párhuzamos fénysugár létrehozásához. Pont (vízszintes síkban) fényforrásként állítható S résszel van ellátva, a vizuális cső keresztben látható. Az asztalon lévő goniométer közepén a vizsgált prizmát P helyezi. A függőleges tengely körül foroghat. 6
7 4. A munka sorrendje 4. A munka sorrendje Hozzárendelés 1. Bevezetés a kísérleti telepítés leírásához és kialakításához. Állítsa be a goniométert. Ehhez távolítsa el a prizmát, és helyezze el a mozgatható 3 csövet, ahogyan az az ábrán látható: Világítsuk meg a kollimátor rést izzólámpa fényével. A 3 teleszkópban lévő nézésnél érdemes elérni a rést (a résnek keskenynek kell lennie). Feladat. A prizma törésszögének meghatározása. A prizma refrakciós szögét a φ szög mérésével határozhatjuk meg. A φ szög a reflexiós szög bisectrixjével párhuzamos a prím ab és bc arcán fellépő visszaverődő sugarak folytatásának szöge (4.1. Ábra). Szög A = φ (önmagában bizonyítani). Állítsa be a prizmát úgy, hogy a kollimátorból érkező sugarak párhuzamos sugara egy vonalba kerüljön a prizma refrakciós szögének bisectrixjével. Fordítsa el a teleszkópot balra, keresse meg a rés képét és illessze be a teleszkóp látóköréhez. Olvassa el a kis vernier φ 1 szöget. Ezután forgassa jobbra a csövet, és keresse meg a rés képét, amelyet a b A φ ábrán látható sugarak tükrözésével kapunk. A prizma második felületének 4.1. Olvassa el a φ értékét. A szögértékek különbsége (φ φ 1) megadja a φ szög értékét. Mérje meg a szögeket 5-7 alkalommal. Az adatok az 1. táblázatban szerepelnek. 3. feladat: A legkisebb eltérés szögének meghatározása és a törésmutató kiszámítása. Világítsuk meg a kollimátor rést higany-kvarc lámpával. Forgassa el a prizmát úgy, hogy a reflexió szögfelezője c 7
8a, a sugár iránya a kollimátorból, szög közel (4. A gerenda, amely áthalad a prizmán, spektrumot alkot. Forgassa el a távcsövet a prizma aljához, amíg a spektrum kép a cső látómezőjében meg nem jelenik. Figyelem! 1. A vizuális csövet nagyon lassan kell fordítani. Ha a spektrum nem jelenik meg a cső területén, akkor a prizmát kissé jobbra vagy balra kell fordítani. Miután a spektrum megjelenik a cső látómezőjében, folytassa az eltérített eltérés szögében lévő sugarakat. Az alábbiak szerint járjon el: mozgassa a sávokat a spektrum sárga vonalán; majd fordítsa el a prizma táblát lassan a tetejére, mozgassa a csövet úgy, hogy a spektrum a cső látószögében maradjon, és a sávot a sárga vonalban tartsuk. Egy bizonyos ponton a sárga spektrális vonal leáll és elkezd mozgatni. 4. a prizma forgatásával ellentétes irányba (vagyis vissza). A vonal megállításakor, mielőtt visszamegy, a cső olyan sugarakat kap, amelyek a legkisebb eltérés szögét elérik. Miután elérte ezt a pozíciót, állítsa le a prizmát. Ellenőrizze, hogy pontosan illeszkedik-e a védőfelület a spektrum sárga vonalához. Ehhez könnyedén jobbra és balra fordítsa az asztalt a prizmával. Ebben az esetben a spektrum vonalnak a nézőn kell maradnia. Ezután olvassa el a δ 1zh szöget egy kis vernieren. A prizma érintése nélkül célozza meg a távcső nézőjét a spektrum zöld és lila vonalaira, és számítsa ki a δ 1z és δ 1F értékeket. Fordítsa el a prizmát jobbra, és az előző irányok alapján keresse meg a legkisebb eltérés szögeit δ ж, δ з, δ ф. Mérések a δmin
4. Adja meg a munkadarabot 5 7 alkalommal. A δ min szög meghatározása (δδ 1). A mérési és számítási adatokat az 1. táblázatban kell megadni. 1. táblázat: φ 1 i φ i A i = φ φ 1 δ 1 i δ i δ min = δ i δ 1 i n i n i (n i) 1 stb. Készítsen egy külön táblázatot a spektrum minden vonalára. A hibát a (n i) képlet alapján számoljuk ki, n n = t αn n (n 1). A függvény n = f (λ) függvényének grafikonját hozzuk létre, mérési hibákkal (4.3. Ábra). A higany spektrum hullámhossza a következő: n λ ж = 578 nm λ = 546 nm λ φ = 406 nm n n n n n n η n ж λ ф λ Σ Fig. 4.3 λ és λ 9
10. Vizsgálati kérdések 1. A vizsgált prizma normális vagy rendellenes. Adja ki a képletet (.1). 3. Bizonyítsd be, hogy A = φ (4.1 ábra). 4. Konstruálja a sugárútat az n esetekben a prizmában