Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Prezydenta Stanisława Wojciechowskiego w Kaliszu

Transkrypt

1 Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Prezydenta Stanisława Wojciechowskiego w Kaliszu Ć wiczenia laboratoryjne z fizyki Ćwiczenie 10 Wyznaczanie współczynnika załamania światła metodą najmniejszego odchylenia w pryzmacie przy użyciu spektrometru Kalisz, luty 2005 r. Opracował: Ryszard Maciejewski

2 Część doświadczalna Celem ćwiczenia jest: wyznaczenie kąta δ min najmniejszego odchylenia w pryzmacie, wyznaczenie współczynnika n załamania światła, wykreślenie krzywej dyspersji, Pomiary i obliczenia Materiały i przyrządy prymat, źródło światła - lampa rtęciowa z zasilaczem, spektrometr Pomiar δ min kąta najmniejszego odchylenia światła Zasada pomiaru przedstawiona jest na rysunku poniżej: Przebieg ćwiczenia 1. zdjąć pryzmat ze stolika, 2. szczelinę oświetl światłem monochromatycznym lampy Hg (włączyć zasilacz lampy rtęciowej) Uwaga! W żadnym wypadku nie wolno podłączyć lampy rtęciowej bezpośrednio do sieci 230V. Grozi to poraż eniem prą dem i uszkodzeniem lampy! 3. odczekaj 5 min. aby lampa rtęciowa nagrzała się, 4. ustaw współosiowość i liniowość kolimatora i okularu zgodnie z poleceniami podanymi w części teoretycznej (ich osie powinny znajdować się na jednej linii prostej), 5. regulując śrubami 1 i 2 umieść szczelinę spektrometru w środku krzyża nici pajęczej, - 2 -

3 Rys. 1 Ogólny widok spektrometru 6. poprzez regulację śrubą ustaw ostrość szczeliny, 7. wsuwając lub wysuwając okular L ustaw ostrość nici pajęczej, 8. ustaw podziałki: kątową i noniusza tak, aby zero podziałki noniusza pokrywało się z wartością 90 stopni na podziałce kątowej spektrometru, Rys. 2 Podziałka kątowa z noniuszem 9. po ustawieniu liniowości i ostrości szczeliny oraz wartości kątowych zablokuj stolik za pomocą blokady (śrubą. ), 10. ustaw pryzmat na stoliku spektrometru pod kątem ok. 30 stopni do osi kolimator-luneta, Rys. 3 Przykładowe umieszczenie pryzmatu na stoliku - 3 -

4 Rys. 4 Symetryczny sposób wyznaczenia kąta δ min odchylenia promienia w pryzmacie; a) lewe minimum, b) prawe minimum 11. przemieszczając w lewo (lub prawo) lunetę L znaleźć położenie linii widmowych (poszczególne barwy), Uwaga: W razie trudności ze znalezieniem obrazu linii widmowej, można odsunąć na bok lunetę i umieszczając oko na wysokości stolika znaleźć najpierw obraz linii gołym okiem. Następnie w kierunku w którym widzieliśmy linie widmowe należy mieścić lunetę. 12. obracaj stolikiem tak, aby kąt odchylenia promienia malał (promień będzie się przybliżał do pewnej granicznej wartości, a następnie się od niej oddalał), 13. zablokuj śrubą 3 położenie okularu i podziałki kątowej, Rys. 5 Śruba 3 blokująca stolik i śruba 4 dokładnego przesuwu lunety 14. przy użyciu mikroprzesuwu (śruba 4) dokładnie ustaw lunetę tak, aby krzyż z sitek pajęczych znajdował się na środku jednej linii widmowej (np. barwy żółtej) a jego pionowe ramię pokrywało się ze środkiem tej linii, - 4 -

5 15. na podziałce kątowej H i noniuszach odczytowych N znajdź położenie kątowe α 1 lunety, 16. ustaw za pomocą mikroprzesuwu nić pajęczą na pozostałe barwy i odczytać ich położenia kątowe α 2, α 3, α 4, (kąt najmniejszego odchylenia), 17. pomiary od pkt 10 do pkt 16 powtórz 3 krotnie 18. oblicz wartość średnią kąta α 1śr, α 2śr, α 3śr, α 4śr, 19. wartości wpisz do tabeli pomiarowej. Wyznaczenie współczynnika załamania n światła przez pryzmat Współczynniki załamania światła w pryzmacie dla poszczególnych barw (linii widmowych) obliczyć z zależności: Obliczenia: ϕ + δ sin 2 n = ϕ sin 2 1. do obliczeń przyjmij kąt łamiący pryzmatu φ=60 0, 2. wyznaczyć dyspersję n materiału, z jakiego został wykonany pryzmat, identyfikując uprzednio linie widmowe używanej podczas pomiaru lampy rtęciowej, 3. na wykresie przedstawić krzywe dyspersji n=f(λ) pryzmatu dla poszczególnych barw (współczynnik załamania światła zależy od długości fal świetlnych. Zależność ta nazywa się krzywą dyspersji). 4. wyznaczyć błąd Δn oraz Δδ. min Długości fal emitowanych przez lampę rtęciową He Barwa Natężenie linii Długość [10-9 m] czerwona średnia 706,5 żółta b. silna 587,6 zielona średnia 501,6 niebiesko - zielona średnia 492,2 niebieska silna 471,3 fioletowa słaba 447,1-5 -

6 Tabela pomiarowa Minimalny kąt odchylenia Lp Bara linii [ 0 ] Pom1 Pom 2 Pom 3 Wart. średnia Współczynnik załamania n 1 Fiolet.α 1śr = 2 Niebieski.α 2śr = 3 Zielony.α 3śr = 4 Żółty.a 4śr = Wartość średnia n śr Pojęcia kluczowe Budowa i działanie spektrometru. Justowanie spektrometru. Noniusz. Emisja światła w lampie rtęciowej. Linie widmowe. Pryzmat, prawo załamania światła, współczynnik załamania, dyspersja pryzmatu, kąt łamiący pryzmatu, bieg promieni w pryzmacie. Ocena błędów oszacować błąd odczytu na podziałce kątowej, aby wyeliminować błąd paralaksy, oko w chwili odczytywania odpowiedniej podziałki skali, winno być umieszczone w płaszczyźnie prostopadłej do skali, błąd Δα obliczyć jako błąd średniej arytmetycznej, gdyż zwykle wykonujemy 3 pomiary. Literatura uzupeł niają ca 1. Stanisław Szuba Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej 1996 r. 2. Tadeusz Dryński Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki, PWN Warszawa1967 r. 3. Henryk Szydłowski Pracownia fizyczna, PWN Warszawa 1975 r. 4. Michał Halaunbrenner Ćwiczenia praktyczne z fizyki kurs średni, PZWSz 5. Jay Orear Fizyka t.i, Wydawnictwo Naukowo Techniczne, W-wa 1998r. 6. R.Resnick, D.Halliday Fizyka dla studentów nauk przyrodniczych i technicznych, tom I, wydanie IV, PWN, Warszawa 1980 r. 7. Marta Skorko Fizyka, PWN Warszawa 1980 r. 8. Szczepan Szczeniowski Fizyka doświadczalna cz.i, PWN, Warszawa 1980 r. 9. C.Kittel, W.D.Knight, M.A.Ruderman Mechanika, PWN, Warszawa 1973 r., wyd.ii 10. R.P.Feynman, R.B.Leighton, M.Sands Feynmana wykłady z fizyki, tom I, część I, PWN, Warszawa 1971 r