Sprawozdanie z Æwiczenia C-9/10.
Wyznaczanie dyspersji optycznej pryzmatu metod¹ pomiaru k¹ta najmniejszego odchylenia.
Zbigniew Ko³odziejski |
Zespó³ 7 |
Wydzia³ Elektryczny A i R |
Ocena z przygotowania: |
1997 |
Ocena za sprawozdanie: |
Czwartek 11.15-14.00 |
Zaliczenie: |
Prowadz¹cy : E.Szerewicz |
Podpis: |
Podstawowe zjawiska fizyczne wystêpuj¹ce w doœwiadczeniu.
Dyspersja œwiat³a jest to zale¿noœæ prêdkoœci rozchodzenia siê fal œwietlnych od ich czêstoœci lub d³ugoœci . Na skutek dyspersji bezwglêdny wspó³czynnik za³amania danego oœrodka równie¿ zale¿y od czêstoœci przechodz¹cego przezeñ œwiat³a. Charakter dyspersji œwiat³a w danym oœrodku okresla postaæ funkcji n= n(v) lub n= n( ).
Zjawisko za³amania œwiat³a objawia siê w zmianie kierunku biegu wi¹zki œwiat³a, lub w zmianie kierunku rozchodzenia siê fali œwietlnej przy przejœciu œwiat³a przez granicê dwóch oœrodków. Zjawiskiem tym rz¹dz¹ prawa zwane prawami optyki geometrycznej : gdy œwiat³o pada na granicê dwóch oœrodków izotropowych pojawia siê fala za³amana oraz fala odbita. Trzy wektory opisuj¹ce kierunek rozchodzenia siê fal :
- padaj¹cej,
- przechodz¹cej,
- odbitej,
le¿¹ w jednej p³aszczyŸnie zwanej p³aszczyzn¹ padania .
Fale spe³niaj¹ nastêpuj¹ce w³asnoœci :
1. k¹t odbicia jest równy k¹towi padania ,
2. stosunek sinusa k¹ta padania do sinusa k¹ta za³amania równy jest stosunkowi wartoœci prêdkoœci V1 i V2 œwiat³a w danych dwóch oœrodkach i jest dla danej pary oœrodków i dla danej d³ugoœci œwiat³a wielkoœci¹ sta³¹ n zwan¹ wspó³czynnikiem za³amania oœrodka drugiego wzglêdem pierwszego.
sin /sin =V1/V2 = n
Prawa opisane tymi wzorami nosz¹ nazwê prawa Snelliusa .
Budowa i zasada dzia³ania spektrometru.
Spektrometr s³u¿y do obserwacji i badañ widm.
Sk³ada siê z rury zaopatrzonej w przes³onê ze szczelin¹ oraz soczewk¹ stanowi¹c¹ kolimator. Szczelina znajduje siê w ognisku soczewki . ród³o œwiat³a umieszcza siê blisko szczeliny . Dziêki temu soczewka skupiaj¹ca kolimatora zamienia rozbie¿n¹ wi¹zkê œwiat³a na równoleg³¹, która pada na pryzmat . W pryzmacie wi¹zka zostaje rozczepiona . Nastêpnie wi¹zki te padaj¹ na soczewkê skupiaj¹c¹ , na której otrzymujemy szereg obrazów szczeliny stanowi¹cych widmo œwiat³a promieniowanego przez Ÿród³o.Spektrometr wyposa¿ony jest równie¿ w skrzy¿owanie nici pajêczych s³u¿¹cych do dok³adnego pomiaru oraz posiada równie¿ k¹tomierz zaopatrzony w noniusze s³u¿¹ce do bardzo dok³adnego odczytania k¹ta wi¹zek œwiat³a odbitego.
Przed pomiarami spektrometr wykalibrowaliœmy.
Przebieg æwiczenia.
Pryzmat ³ami¹cy ustawiliœmy naprzeciwko kolimatora i oœwietlaliœmy ten pryzmat lamp¹ sodow¹ . Szczelinê ustawiliœmy tak aby szerokoœæ obrazu by³a dok³adnie dopasowane do szerokoœci nici pajêczych. K¹ty odczytujemy z dwóch nuncjuszy.
B³¹d pomiarowy by³ zwi¹zany z dok³adnoœci¹ spektrometru i równy 2'.
Pomiary wykonaliœmy dla dwóch ustawieñ ¿arówki i umieœciliœmy je w poni¿szych tabelach.;
Lp. |
noniusz A 1 |
noniusz B 1 |
noniusz A 2 |
noniusz B 2 |
1 |
319 40' 2' |
139 42' 2' |
79 10' 2' |
259 12' 2' |
2 |
319 20' 2' |
139 22' 2' |
79 12' 2' |
259 10' 2' |
3 |
319 22' 2' |
139 30' 2' |
79 12' 2' |
259 16' 2' |
Pomiary dla drugiego ustawienia ¿arówki:
Lp. |
noniusz A 1 |
noniusz B 1 |
noniusz A 2 |
noniusz B 2 |
1 |
320 42' 2' |
140 50' 2' |
80 32 ` 2' |
260 38' 2' |
2 |
320 46' 2' |
140 48' 2' |
80 30' 2' |
260 36' 2' |
3 |
320 40' 2' |
140 44' 2' |
80 32' 2' |
260 36' 2' |
Na podstawie poni¿szego wzoru obliczyliœmy k¹t ³ami¹cy ,który wynosi
Drugim doœwiadczeniem jest pomiar najmniejszego odchylenia promieni przez pryzmat.
Skorzystaliœmy z tego samego spektrometru dmieniliœmy tylko oœwietlenie na lampê neonow¹.
W pewnym po³o¿eniu stolika w czasie jego obracania pr¹¿ek œwiat³a zatrzymuje siê ,a w dalszym obrocie wraca. Moment w którym obraz jest zatrzymany nazywa siê k¹tem minimalnym i odczytuje siê go na dwóch k¹tomierzach , natomiast k¹t martwy wystêpuje w przypadku gdy obraz ulega zmianie.Wykonaliœmy pomiary dla czterech barw:
1.czerwona = 460 [nm]
2. ¿ó³ta = 585 [nm]
3. zielona = 540 [nm]
4. fioletowa = 433,3 [nm]
D³ugoœci œwiat³a poszczególnych barw opracowaliœmy na podstawie tabeli ,w której umieszczon by³a ca³¹ gama barw œwiat³a wraz z d³ugoœciami i porównaniu jej do barwy jak¹ widzieliœmy w lunecie.
Tabela wyników uzyskanych w czasie æwiczenia :
Lp. |
Barwa œwiat³a |
D³. fali ........[nm] |
K¹t A 1 mimimalny |
K¹t B 1 martwy |
K¹t A 2 minimalny |
K¹t B 2 martwy |
1 |
czerwona |
460 |
119 10' 2' |
299 12' 2' |
120 20 2' |
300 22' 2' |
2 |
czerwona |
460 |
119 30' 2' |
299 34' 2' |
120 48 2' |
300 48' 2' |
3 |
czerwona |
460 |
119 25' 2' |
299 28 2' |
120 40' 2' |
300 40' 2' |
4 |
¿ó³ty |
585 |
120 10' 2' |
300 0' 2' |
121 4' 2' |
301 2' 2' |
5 |
¿ó³ty |
585 |
120 54' 2' |
300 60' 2' |
121 8' 2' |
301 4' 2' |
6 |
¿ó³ty |
585 |
120 42' 2' |
300 50' 2' |
121 4' 2' |
301 4' 2' |
7 |
zielony |
540 |
121 20' 2' |
301 12' 2' |
120 20' 2' |
300 20' 2' |
8 |
zielony |
540 |
122 10' 2' |
302 14' 2' |
121 24' 2' |
301 30' 2' |
9 |
zielony |
540 |
122 4' 2' |
302 6' 2' |
121 22' 2' |
301 30' 2' |
10 |
fioletowy |
433,3 |
122 12' 2' |
302 18' 2' |
121 48' 2' |
301 50' 2' |
11 |
fioletowy |
433,3 |
124 42' 2' |
303 52' 2' |
121 52' 2' |
301 52' 2' |
12 |
fioletowy |
433,3 |
124 24' 2' |
304 32' 2' |
121 48' 2' |
301 46' 2' |
Wnioski.
Doœwiadczenie oznaczone symbolem C 9/10 pozwoli³o nam na praktyczne poznanie metody wyznaczania dyspersji optycznej , która wraz ze znajomoœci¹ pewnych zasad teoretycznych zwi¹zanych ze œwiat³em doprowadzi³a nas do powy¿szych wyników badañ.
Poraz kolejny udowodnione zosta³o zjawisko za³amania œwiat³a , które w tym przypadku zmienia³o swój kierunek przy przejœciu przez granicê dwóch oœrodków . Obliczony zosta³ równie¿ k¹t ³ami¹cy pryzmat, oraz wspó³czynnik za³amania n , a tak¿e k¹t najmniejszego odchylenia dla poszczególnych lini neonu , k¹t martwy .
Podsumowuj¹c doœwiadczenie zapozna³o nas z nieznanymi nam dotychczas metodami wyznaczania dyspersji optycznej jednoczeœnie pog³êbiaj¹c nasz¹ wiedzê zwi¹zan¹ ze struktur¹ œwiat³a i dowodz¹c ,¿e posiada ono bardzo z³o¿on¹ budowê.