Pobierz Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą ... i więcej Egzaminy w PDF z Fizyka tylko na Docsity! INSTYTUT FIZYKI WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI I TECHNOLOGII MATERIAŁÓW POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA PRACOWNIA OPTYKI Ć W I C Z E N I E N R O-1 WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA ZA POMOCĄ SPEKTROMETRU Ćwiczenie O-1: Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą spektrometru 2 I. Zagadnienia do opracowania 1. Zjawisko odbicia i załamania światła. 2. Załamanie światła w pryzmacie. 3. Budowa i zasada działania spektrometru. 4. Zasada wyznaczania współczynnika załamania światła za pomocą spektrometru. 5. Rachunek błędu metodą różniczki zupełnej. II. Wstęp teoretyczny 2. 1. Zjawisko odbicia i załamania światła Podstawowymi prawami optyki geometrycznej są prawa odbicia i załamania światła. Możemy je przedstawić na następującym przykładzie: Jeżeli na granicę dwóch ośrodków optycznych I i II, w których prędkości rozchodzenia się światła są odpowiednio v1 i v2, pada promień pod kątem , to częściowo ulega on odbiciu pod katem 1, a częściowo przechodzi do ośrodka drugiego ulegając załamaniu pod kątem (Rys. 1). Rys. 1. Zjawisko odbicia i załamania światła Zjawiskami odbicia i załamania rządzą następujące prawa: - Kąt padania (zawarty między normalną N do granicy dwóch ośrodków i promieniem padającym), kąt odbicia 1 (zawarty między normalną N i promieniem odbitym) oraz kąt załamania (między normalną N, a promieniem załamanym) leżą w jednej płaszczyźnie. - Kąt odbicia równy jest kątowi padania: 1 = . - Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania równy jest stosunkowi prędkości rozchodzenia się światła w obu ośrodkach i jest wielkością stałą dla danego rodzaju promieniowania: 1 2 sin sin v n v (1) Ćwiczenie O-1: Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą spektrometru 5 2 1 sin 2 1 sin sin sin min n (3) 2.3. Budowa i zasada działania spektrometru Spektrometr stanowi precyzyjną odmianę spektroskopu i umożliwia dokładny pomiar kąta odchylenia promienia przechodzącego przez pryzmat lub inny układ optyczny (Rys.4). Rys. 4. Budowa spektrometru Składa się on z kolimatora K i lunety L, które są umieszczone poziomo na metalowej podstawie. Kolimator jest to metalowy tubus zamknięty z jednej strony soczewką zbierającą S1, z drugiej strony metalową zasłoną, w której znajduje się pionowa szczelina Sz. Szerokość szczeliny można dowolnie regulować za pomocą pierścienia P1. Przed szczeliną ustawiamy źródło światła monochromatycznego (np. lampę sodową) i traktujemy szczelinę jako źródło promieniowania. Długość tubusa odpowiada dokładnie odległości ogniskowej soczewki kolimatora. Dzięki temu kolimator przekształca rozbieżną wiązkę światła w wiązkę promieni równoległych. Wiązka ta może następnie wchodzić bezpośrednio do lunety L, lub po odchyleniu przez pryzmat ustawiony na stoliku Spektrometru. Sama luneta jest wyposażona w układ soczewek zbierających: S2 stanowi obiektyw, a O1 okular lunety, które pozwalają na oglądanie otrzymywanych obrazów. W okularze lunety znajduje się krzyż z nitek pajęczych. Obracając pierścień okularu P2, można regulować ostrość obrazu nitek krzyża. Obwód tarczy T jest zaopatrzony Ćwiczenie O-1: Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą spektrometru 6 w podziałkę kątową (która w tej wersji spektrometru ukryta jest wewnątrz tarczy i można ją obserwować tylko przez okular). Kolimator jest nieruchomy, lunetę można dowolnie przesuwać po obwodzie stolika. Dokładny odczyt położenia lunety jest możliwy dzięki dodatkowemu okularowi z noniuszem kątowym O2 zamontowanemu w lunecie. Sposób odczytu noniusza przestawia Rys. 5. Rys. 5. Przykładowy odczyt noniusza kątowego, w tym przypadku kąt lunety wynosi 234º 23΄. III. Zasada pomiaru (Zasada wyznaczania współczynnika załamania światła za pomocą spektrometru.) Aby wyznaczyć współczynnik załamania światła, z którego wykonany jest pryzmat należy zgodnie z zależnością (3) dokonać pomiaru kąta łamiącego oraz kąta najmniejszego odchylenia min dla światła monochromatycznego o określonej długości fali. 3.1. Wyznaczanie kąta łamiącego w pryzmacie W celu wyznaczenia kąta łamiącego stosujemy układ przedstawiony na Rys.6. Rys. 6. Zasada pomiaru kąta łamiącego w pryzmacie Ćwiczenie O-1: Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą spektrometru 7 Promienie równoległe wychodzące z kolimatora K padają na pryzmat od strony krawędzi łamiącej. Po odbiciu od obu ścian bocznych otrzymujemy w lunecie obrazy przy dwóch jej położeniach L1 i L2 symetrycznych względem położenia osiowego O1O2. Kąty padania na boczne ściany pryzmatu (i kąty odbicia) wynoszą odpowiednio: 11 90 ; 22 90 ponieważ: 2121 2180218036022360 212 21 kąt zawarty pomiędzy osiami lunety w obu położeniach jest równy podwojonemu kątowi łamiącemu pryzmatu: 2 ; 22 21 (4) 3.2. Wyznaczanie kąta najmniejszego odchylenia min w pryzmacie. W celu wyznaczenia kąta najmniejszego odchylenia stosujemy układ przedstawiony na Rys. 7. Rys. 7. Zasada pomiaru kąta najmniejszego odchylenia min w pryzmacie Szczelinę oświetlamy światłem lampy sodowej. Na stoliku umieszczamy badany pryzmat w położeniu 1, tak aby promienie padające na szczelinę boczną pryzmatu uległy załamaniu. Za pomocą