Nazwisko: Birunt Imię: Wojciech Kierunek: Fizyka z informatyką II Rok studiów: 2000/2001r. Grupa laboratoryjna: XI		WYŻSZA SZKOŁA PEDAGOGICZNA w Rzeszowie I PRACOWNIA FIZYCZNA
				W y k o n a n o		O d d a n o
				Data .III.2001r.	Podpis	Data .III.2001r.	Podpis
Ćwiczenie nr 79	Temat: Badanie dyspersji szkła pryzmatu za pomocą goniometru optycznego

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Współczynnik załamania światła wyznaczyć możemy z kątów padania i załamania światła na granicy ośrodków. Najwygodniej w tym celu posługiwać się ciałem o specjalnie dobranym kształcie.

Najczęściej stosujemy pryzmat, który jest bryłą ograniczoną dwoma płaszczyznami tworzącymi ze sobą kąt ϕ, zwany kątem łamiącym. Kształt pozostałych ścian pryzmatu nie odgrywa istotnej roli. Promień świetlny padający na pryzmat zostaje odchylony o pewien kąt δ, zależny od kąta padania α i od kąta łamiącego ϕ.

Kąt δ jest najmniejszy gdy wewnątrz pryzmatu promień biegnie prostopadle do dwusiecznej kąta łamiącego. W tym przypadku kąt δ jest równy sumie kątów nie przyległych w trójkącie ABC, czyli:

δ= 2 (α - β)

Kąty β i ϕ/2 mają ramiona zgodnie prostopadłe, stąd β= ϕ/2 , ostatnie równanie przyjmuje postać;

α= (δ+ϕ)/2

Podstawiając wyrażenia na kąt padania α i załamania β do prawa załamania :

mamy:

Kąt łamiący ϕ określany jest precyzyjnie za pomocą spektrometru.

Wiązka padająca na pryzmat równolegle do dwusiecznej kąta łamiącego rozdziela się na dwie wiązki tworzące ze sobą kąt : ψ=2(α_l+α_p).

Kierunki promieni l i p mierzymy przez naprowadzenie lunety na kierunek l i p oraz odczyt jej położeń χ_l i χ_p na podziałce spektroskopu.

Kąt łamiący jest równy:

Wzór powyższy jest słuszny przy założeniu, że kąty χ mierzymy od kierunku promienia padającego (w prawo lub lewo).

Do dokładnego pomiaru kąta załamania światła w pryzmatach lub kąta ugięcia promieni ugiętych na siatce dyfrakcyjnej służą spektrometry zwane również goniometrami jednokołowymi.

Spektrometr składa się z następujących części : kolimatora, stolika, lunetki i kątomierza. Całość zamocowana jest na silnej podstawce.

Kolimator składa się z regulowanej szczeliny i soczewki. Długość kolimatora jest tak dobrana, że szczelina leży w ognisku soczewki, dzięki czemu otrzymujemy wiązkę równoległą. Kolimator jest nieruchomo związany z podstawką. Luneta połączona jest na stałe z kątomierzem i może obracać się wokół osi spektrometru, a jej położenie odczytuje się na kątomierzu z dokładnością równą niekiedy jednej minucie końcowej. Tak dokładny odczyt umożliwiają noniusze znajdujące się w odległości wzajemnej π. Luneta zbiera wiązkę równoległą światła dając tym samym ostry obraz szczeliny.

W nowych goniometrach kąty odczytuje się metodą optyczną, a precyzje tego odczytu jest bardzo duża. Położenie kątowe lunety jest równe średniej arytmetycznej wskazań l , p obu noniuszy:

Precyzyjne spektrometry zaopatrzone są ponadto w układ pokręteł służących do unieruchamiania lunety i stolika oraz do precyzyjnego przesuwania tych części.

Przebieg ćwiczenia.

• Wyzerować goniometr wprowadzając zero skali na zerowe położenie lunety.

• Uruchomić lampę helową.

1. Pomiar kąta łamiącego pryzmatu.

• Ustawić na stoliku badany pryzmat w taki sposób, by światło z kolimatora białego w przybliżeniu padało równolegle do dwusiecznej kąta łamiącego.

• Naprowadzić lunetę na kierunek promienia l odbitego od ściany pryzmatu i zanotować położenie lunety
  Φ_L . To samo zrobić dla promienia p notując kąt Φ_P.

• Obliczyć kąt łamiący pryzmatu:

.

2. Pomiar kąta najmniejszego odchylenia i wyznaczanie współczynnika załamania.

• Ustawić pryzmat w takim położeniu, by światło wchodzące z lampy helowej uległo załamaniu i przez lunetę można było obserwować jego widmo.

• Obracać powoli stolik z pryzmatem tak, by obraz widma przesuwał się w stronę położenia zerowego lunety. Uchwycić moment, w którym obraz widma zatrzymuje się i zawraca mimo dalszego obracania pryzmatu w tym samym kierunku. W położeniu tym kąt odchylenia ma wartość najmniejszą δ_min.

• Ustawić lunetę na kierunek, w którym nastąpi moment zwrotny przesuwania się widma i odczytać na skali kąt jej ustawienia α_P na wybraną linię widma.

• Obrócić stolik i w analogiczny sposób odczytać kąt α_L.

• Obliczyć wartość minimalną kąta wychylenia z zależności:

.

• Analogicznie wykonać pomiary δ_min dla kilku innych linii widma.

• Obliczyć współczynnik załamania n dla poszczególnych długości fal ze wzoru:

.

• Wykonać wykres krzywej dyspersji materiału pryzmatu n = f(λ).

Tabela wyników.

---