Файл: laby_2_semestr_fizika.pdf

156 

Спектрометр  состоит  из  штатива  1,  на  котором  закреплены: 

горизонтальное  кольцо  3,  снабженное  лимбом,  и  столик  5  для 
установки  дифракционной  решетки.  Над  столиком  расположена 
горизонтальная зрительная труба 4, вращающаяся вокруг вертикальной 
оси, проходящей через центр столика. 

На  одном  уровне  с  трубой  имеется  неподвижный  коллиматор  6  с 

линзами  и  узкой  щелью,  обращенной  к  источнику  света.  Источником 
света  в  данной  работе  служит  ртутная  лампа.  Ширину  щели 
коллиматора можно регулировать. 

Окуляр  зрительной  трубы  имеет  вертикальную  нить  для 

визирования  на  щель  коллиматора.  Если  оси  зрительной  трубы  и 
коллиматора  совпадают,  то  при  освещении  щели  белым  светом  в 
окуляре наблюдается белая линия (центральный максимум с  k = 0). 

Измерение  углов  дифракции  осуществляется  следующим  образом. 

Зрительная  труба  поворачивается  вправо  и  влево  от  центрального 
максимума  (см.  рис.9.43)  и  наводится  на  соответствующие  линии  в 
спектре одного порядка. По указателю производится отсчет углов 

1

 и 

2

.  

Целое  число  градусов  определяется  по  значению  на  лимбе 

кругового кольца перед нулевым делением нониуса. Затем измеряется 
число  делений  нониуса  до  совпадающих  рисок  на  шкалах  лимба  и 
нониуса. Цена каждого деления нониуса 6 .  

На рис.9.44 показан пример измерения для угла 

1

 = 86  + 6дел 6  = 86 36 . 

Из  рис.9.43  видно,  что  среднее  значение  угла  дифракции    может 

быть рассчитано по разности двух отсчетов: 

2

2

1

. 

(9.89) 

Первое положение 
зрительной трубы

 труба

Рис. 9.43 

Второе положение 
зрительной трубы

 труба

Коллиматорная 

 труба 

1

2

S 

60

89

88

87

86

85

30

0

Рис. 9.44 

157 

Порядок выполнения работы 

1. Осветить щель коллиматора ртутной лампой. 
2. Окуляр  зрительной  трубы  сфокусировать  на  вертикальную  нить 

так, чтобы она была отчетливо видна. 

3. Установить зрительную трубу на одной прямой с коллиматором и 

наблюдать изображение щели. 

4. Поставить на столик решетку. 
5. Повернуть  зрительную  трубу  влево  и  вправо  от  центральной 

линии и измерить  угловое  расположение 

1

  и 

2

  спектральных  линий 

разных  цветов  (фиолетовые,  синие,  зеленые  и  желтые)  в  трех  первых 
спектрах (k = 1, 2, 3). Результаты измерений занести в табл.9.13. 

Таблица 9.13 

k 

Цвет 

линии 

1 

вправо от 

центральной 

линии

2 

влево от 

центральной 

линии

sin

м 

1 

Синий 

Зеленый 

Желтый 

2 

Синий 

Зеленый 

Желтый 

3 

Синий 

Зеленый 

Желтый 

 
6. Для 

каждой  линии  подсчитать  среднее  отклонение  от 

центральной линии   по формуле (9.89). 

7. Подсчитать  значения 

sin

  и  по  формуле  (9.86)  определить 

длины волн  .  

Период решетки (а + b) рассчитать по известному числу штрихов n 

на единицу длины решетки: 

.

n

1

b

a

(9.90) 

8. Найти   – средние значения длин волн соответствующих цветов: 

синий 

   = 

зеленый 

 = 

(9.91) 

желтый

  = 

9. Взяв  измеренные  длины  волн    и  значения 

  для  двух  линий 

одного  порядка  по  формуле  (9.87)  определить  экспериментальное 

158 

значение угловой дисперсии 

.

эксп

D

. Сравнить полученный результат с 

расчетом по формуле (9.19): 

b

a

k

D

.

теор

  (9.92) 

Результаты расчетов занести в табл.9.14. 

Таблица 9.14 

k 

.

эксп

D

рад/м 

.

теор

D

рад/м 

L

осв. 

м 

N 

– 

R 

– 

 
10. Измерить  линейкой  освещенную  ширину  решетки  L

осв.

  и 

определить число освещенных штрихов 

b

a

L

N

.

осв

. 

  (9.93) 

11. По  формуле  (9.88)  оценить  разрешающую  способность  R 

решетки для одного из порядков спектра.  

12. Отключить лампу от сети. 

Контрольные вопросы 

1. Основные элементы устройства спектрометра. 
2. Как снимается отсчет углов дифракции в работе? 
3. Как 

экспериментально  оценить  угловую  дисперсию  и 

разрешающую способность дифракционной решетки? 

4. Как  зависят  угловая  дисперсия  и  разрешающая  способность 

решетки от порядка наблюдаемого спектра? 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 116 

Изучение явления отражения и 

преломления плоскополяризованного света 

Цель  работы: измерение  интенсивности  отраженного  стопой 

Столетова и проходящего через нее поляризованного света.  

Методика измерений и экспериментальная установка 

В  работе  исследуется  зависимость  интенсивности  света, 

отраженного  стопой  Столетова  и  проходящего  через  нее,  от  угла 
падения i светового луча на стопу № 2 (рис.9.45). 

159 

При  этом  колебания  электрического  вектора  Е



  в  падающем  на 

стопу  № 2  луче  происходят  преимущественно  в  плоскости  падения 
(частичная поляризация). 

Свет от лампы 1 с «точечной» нитью в виде светлой вертикальной 

полосы  проходит  через  коллиматорный  объектив  2  так,  что 
формируется параллельный пучок лучей (лампа в фокальной плоскости 
объектива).  Проходя  через  стопу  № 1  и  проходя  (и  отражаясь)  через 
стопу  № 2,  свет  попадает  на  фотоэлемент  6,  расположенный  на 
подвижной  линейке  4  с  риской  3,  фиксирующей  угловое  положение 
фотоэлемента.  На  рис.9.45  изображена  освещенная  часть  7 
поверхности фотоэлемента 6. 

Указатель  на  стопе  № 2  также  фиксирует  ее  угловое  положение. 

Стопа №1 закреплена на неподвижной линейке так, что свет падает на 
нее  под  углом  Брюстера  (9.20)  i

0

  =  57   для  стекла.  Отраженный  от 

стопы  № 1  луч  будет  полностью  поляризован,  а  проходящий  – 
поляризован  частично.  Поэтому  на  стопу  № 2  падает  частично 
поляризованный  луч.  В  работе  используются  стопы,  состоящие  из  9 
пластин. 

Экспериментальная  часть  работы  заключается  в  измерении 

интенсивности  света,  отраженного  стопой  № 2  и  проходящего  через 
нее.  Величина  фототока,  пропорциональная  интенсивности  света, 
падающего на фотоэлемент 6, измеряется гальванометром 5. 

57  

Стопа № 2 

Стопа № 1 

Рис. 9.45 

А 

12В 

7 

6 

5 

4 

3 

2 

1 

S 

160 

Изменение угла падения луча осуществляется поворотом стопы № 2 

относительно падающего луча, направление которого фиксировано. 

Порядок выполнения работы 

1. Включить лампу  осветителя (12В). Луч света (резкая светящаяся 

вертикальная  полоса)  должен  проходить  по  линии,  соединяющей  0  и 
180  на лимбе, попадая в центры стоп и фотоэлемента. 

2. Установить  стопу  № 2  так,  чтобы  угол  падения  i  (угол  между 

нулем нимба и стрелкой стопы 2) был равен 20 . 

3. Измерить  интенсивность  отраженного  света  (J

r

).  Для  этого 

открыть  крышку  фотоэлемента  6,  размещая  подвижную  линейку  4  с 
фотоэлементом  в  области  ~40   на  лимбе  так,  чтобы  показание 
гальванометра  5  было  максимальным  (рис.9.45).  Это  показание 
гальванометра  является  мерой  интенсивности  J

r

  отраженного  света. 

Значение J

r

 записать в табл.9.15. 

Таблица 9.15 

i 

20  

30  

40  

50  

52  

54  

56  

58  

60  

70  

J

r

J

d

J = J

r 

+ J

d

4. Измерить  интенсивность  проходящего  света  (J

d

).  При  этом 

положение  стопы  № 2  определяется  по  табл.9.15.  Фотоэлемент 
устанавливают  за  стопой  № 2  таким  образом,  чтобы  показание 
гальванометра было максимальным. Измеренные значения фототока J

d

занести в табл.9.15. 

5. Отключить лампу осветителя. 
6. Для  каждого  измерения  найти  интенсивность  падающего  света 

как сумму интенсивностей отраженного и проходящего света J = J

r 

+ J

d

. 

7. Определить среднее значение интенсивности падающего света  J : 

10

J

...

J

J

J

10

2

1

, 

  (9.94) 

где J

1

, J

2

 – интенсивность света для i = 20º, 30º и т.д. 

8. Найти коэффициент отражения 

J

J

r

 и пропускания 

J

J

d

 света. 

8. Построить графики зависимости коэффициентов отражения   = f(i) и 

пропускания   = f(i) от угла падения луча и проанализировать их.