Amina Bassil 25.02.2005
WTŻ
Rok 1 wieczorowe gr. 2
Piątek, 16.00.
Sprawozdanie z ćwiczenia:
Wyznaczanie współczynnika załamania światła metodą pomiaru kąta najmniejszego odchylenia (ćw. 66)
Wstęp teoretyczny:
Prawo odbicia i załamania światła:
Prawo opisujące zjawisko załamania światła:
n = sin α / sin β = v/u,
Gdzie: n - współczynnik względny załamania, α - kąt padania fali (kąt zawarty pomiędzy normalną do powierzchni rozdziału ośrodków a kierunkiem rozchodzenia się fali padającej), β - kąt załamania fali (kąt zawarty pomiędzy normalną do powierzchni rozdziału ośrodków a kierunkiem rozchodzenia się fali załamanej), v i u - prędkości fazowe fali odpowiednio w I i II ośrodku.
Kąt odbicia fali (kąt zawarty pomiędzy kierunkiem rozprzestrzeniania się odbitej fali a normalną do odbijającej powierzchni) równy jest kątowi jej padania (zawartego pomiędzy kierunkiem padania a normalną do powierzchni), oba kąty leżą w jednej płaszczyźnie prostopadłej do odbijającej powierzchni.
Bezwzględny i względny współczynnik załamania:
Wielkość charakteryzująca zjawisko załamania fali. Wyróżnia się współczynnik załamania bezwzględny, równy stosunkowi prędkości światła w próżni do prędkości fazowej fali w danym ośrodku (n=c/v), oraz względny - pewnego ośrodka II względem ośrodka I (n2,1=v1/v2)- równy ilorazowi współczynników załamania bezwględnych ośrodków II i I. Współczynnik załamania zależy od długości fali.
Pryzmat: Jest to bryła z materiału przezroczystego, o co najmniej dwóch ścianach płaskich nachylonych do siebie pod pewnym kątem. Podstawowy typ pryzmatu to szklana bryła o prostokątnej podstawie i trójkątnym przekroju (pryzmat trójgraniasty). Promień światła wnikając do pryzmatu ulega załamaniu na obu skośnych powierzchniach pryzmatu.
Spektrometr optyczny: to urządzenie służące do otrzymywania i analizy widma promieniowania świetlnego (od podczerwieni do ultrafioletu). Najczęściej stosuje się spektrometry optyczne, które tworzą widma w ten sposób, że światło o różnych długościach fali kierowane jest pod różnym kątem (załamanie światła, pryzmat), albo dzięki wykorzystaniu różnicy długości dróg optycznych ugiętych i interferujących ze sobą promieni (siatka dyfrakcyjna, płytka Lummera-Gehreckego).
Radian: [rad], w układzie SI uzupełniająca jednostka kąta płaskiego.
Jest to kąt płaski zawarty pomiędzy promieniami koła, wycinający z okręgu tego koła łuk o długości równej promieniowi, tak więc 1 rad (z definicji) = 360°/2π ≈≈57,29578°
Stopień: [°], jednostka miary kąta płaskiego równa 1/360 kąta pełnego. 1° = 2π/360 rad≈ 0,017453 rad. Stopień dzieli się na 60 minut łuku (') lub 3600 sekund łuku (").
Cel ćwiczenia:
Wyznaczenie kąta łamiącego pryzmatu oraz kąta najmniejszego odchylenia, a następnie korzystając z tych wartości obliczenie współczynnika załamania światła.
Wykonanie doświadczenia:
Pierwszą czynnością było odpowiednie ustawienie spektrometru - najważniejsze to: umiejscowienie źródła światła tak, aby padało przez szczelinę kolimatora oraz ostrości lunetki, aby widzieć obraz szczeliny.
Wyznaczanie kąta łamiącego pryzmatu.
Po odpowiednim ustawieniu spektrometru, znaleźliśmy kąty odbicia od pierwszej i drugiej ściany, notując kolejno po trzy wskazania dla noniuszy A i B. Następnie obracając stolikiem znaleźliśmy odbicie od drugiej ściany i trzykrotnie powtarzając tą czynność, zanotowaliśmy wyniki.
Obliczyliśmy różnicę Ψ położeń dla obu ścian, dzięki temu mogliśmy wyznaczyć kąt łamiący dla poszczególnych wskazań i ostatecznie obliczyliśmy jego średnią wartość, gdzie φ=45º56
Wyznaczanie kąta najmniejszego odchylenia.
Zmieniliśmy źródło światła, ustawiając przed szczeliną kolimatora lampę neonową. Następnie obracając stolikiem szukaliśmy rozszczepionego obrazu szczeliny, w takim położeniu, aby zbliżał się on do osi kolimatora. Dla miejsca, w którym zmieniał kierunek ruchu, zapisywaliśmy wskazania noniuszy A i B położenia lunety przy najmniejszym odchyleniu - położenie to wyznaczaliśmy trzykrotnie.
Następnie ustaliliśmy położenie lunetki dla promienia nieodchylonego, ustawiając ja na wprost kolimatora, również te wskazania dla noniuszy A i B wyznaczaliśmy trzykrotnie.
Z otrzymanych wyników obliczyliśmy poszczególne wartości kąta najmniejszego odchylenia oraz ich średnią, skąd δ=236º44
Podstawiając do wzoru, wyliczyliśmy współczynnik załamania n, a następnie błąd w radianach oraz błąd procentowy.
Obliczenia oraz rachunek błędów:
Wyniki pomiarów oraz obliczenia kąta łamiącego, kąta najmniejszego odchylenia oraz rachunek błędów znajdują się na dołączonej kartce.
Wnioski:
Współczynnik załamania światła, po uwzględnieniu błędu, wyniósł od 1,57 do 1,63, co wskazuje na to, że pryzmat był zrobiony ze szkła. Porównanie do wartości tablicowych: dla ciał stałych współczynnik załamania (bezwzględny) zawarty jest (dla światła żółtego linii sodu) w przedziale 1,3-4,0 (np. dla szkła kwarcowego wynosi 1,46, dla szkła typu kron 1,50 - 1,52, dla szkła typu flint 1,60 - 1,64, dla ołowianego 1,75, dla soli kuchennej 1,54, a dla diamentu 2,41).