ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Дифракционная решетка, применяемая в данной работе, представляет собой реплику (отпечаток) с оригинальной гравированной решетки. Ее параметры указаны на оправе решетки.

Решетка устанавливается на гониометре ГС-5. Схема и фотография гониометра ГС-5 приведены на рис. 4 и 5. Прибор состоит из следующих основных узлов (рис. 4 и 5): зрительной трубы (1), служащей для наблюдения преломленных или отраженных лучей, коллиматора 2 для создания параллельного пучка лучей, столика 3 для установки исследуемого объекта и отсчетного устройства для измерения углов поворота зрительной трубы (в него входят лимб 10, оптический микроскоп 4 и оптический микрометр).

Зрительная труба 1 и микроскоп 4, крепятся к подвижному основанию 5. Если винт 7 отпустить, то основание можно легко повернуть рукой на большой угол. При закрученном винте 7 основание 5 можно точно повернуть на небольшой угол вращением микрометрического винта 6. При юстировке гониометра зрительная трубаповорачивается относительно неподвижного столика3. Столик закрепляется винтом 8. Точное вращение столика осуществляется микрометрическим винтом 9 при зажатом винте 8.

Для измерения угла поворота зрительной трубы используется отсчетное устройство, состоящее из лимба 10, оптического микрометра и микроскопа 4. Поле зрения отсчетного микроскопа представлено на рис. 6.

При включенной подсветке гониометра в левом окне видны изображения диаметрально противоположенных участков лимба и вертикальный индекс. Цена деления лимба 20¢. Лимб 10 жестко связан с неподвижным основанием. Поэтому при повороте зрительной трубы отсчеты по лимбу меняются.

В правом окне видно изображение шкалы оптического микрометра. Перемещение шкалы на 600 делений смещает верхнее изображение штрихов лимба относительно нижнего на 10¢. Поэтому цена деления шкалы равна 10¢/600 = 1¢¢.

Чтобы снять отсчет по лимбу, необходимо повернуть маховичок 11 оптического микрометра настолько, чтобы верхние и нижние изображения штрихов лимба в левом окне точно совместились (как показано на рис.6).

Число градусов будет равно ближайшей левой от вертикального индекса цифре (в показанном примере это 121°).

Число десятков минут равно числу интервалов, заключенных между верхним оцифрованным двойным штрихом, который соответствует отсчитанному числу градусов, и нижним двойным штрихом, отличающимся от верхнего на 180°. В показанном примере между 121° и 301° располагается пять интервалов, следовательно, число десятков минут равно 5.

Число единиц минут отсчитывается по вертикальной шкале в правом окне по левому ряду чисел (в примере оно равно 1), а число десятков секунд – по той же шкале по правому ряду чисел (равно 1).

Число единиц секунд равно числу делений между штрихами, соответствующими отсчету десятков секунд и неподвижным горизонтальным индексом. Таким образом, положение, показанное на рис.6, соответствует отсчету 121°51¢14¢¢.

Рис. 7

Зрительная труба снабжена автоколлимационным окуляром Гаусса (рис.7).

Свет от лампочки 1, пройдя матовую пластинку 2, отражается от плоскопараллельной пластинки 4, проходит через пластинку 3 с нанесенным на ней крестом, находящуюся вблизи фокальной плоскости окуляра 5 и, пройдя объектив зрительной трубы, попадает на плоскую зеркальную поверхность объекта, установленного на столике гониометра.

Труба установлена на бесконечность, если в поле зрения окуляра видно резкое изображение креста. Действительно, в этом случае плоскость креста и его изображения совпадают, а это может быть только тогда, когда обе эти плоскости совпадают с фокальной плоскостью объектива трубы. При этом отражающая поверхность объекта должна быть строго перпендикулярна к оптической оси трубы.

ХОД РАБОТЫ

Подготовка гониометра к измерениям.

1. Юстировка зрительной трубы. Зрительная труба гониометра фокусируется на бесконечность. Для этого нужно, поворачивая зрительную трубу, навести ее на какой-либо значительно удаленный объект (например, на здание за окном) и, вращением винта 12 добиться его четкого изображения.

2. Фокусировка коллиматора. Включить ртутную лампу, помещенную перед щелью коллиматора. Осветив щель коллиматора, наблюдать ее изображение в зрительную трубу. Вращая винт коллиматора (он на рисунках не показан, но его расположение аналогично винту 12 на зрительной трубе) добиться максимальной резкости изображения щели.

3. Выбор ширины щели. Вращением винта 13 следует подобрать ширину щели коллиматора такой, чтобы линии в спектре были по возможности, более узкими, но достаточной яркости. При постоянном сужении щели, линии сначала сужаются, не меняя яркости, а, начиная с некоторого предела, ширина линии перестает уменьшаться, зато яркость быстро падает. На этом пределе (так называемая “нормальная ширина щели”) и следует остановиться.

Установив гониометр, следует показать качество его юстировки преподавателю или лаборанту и только после этого приступить к измерениям.

Порядок работы.

1. Поместите дифракционную решетку на столик 3 гониометра. Отпустите винт 7 и поверните зрительную трубу так, чтобы оптические оси коллиматора и зрительной трубы составляли угол близкий к 90⁰. Закрепите винт 7.

2. Определите направление нормали к плоскости решетки. Для этого:

а) отпустите винт 8 и, осторожно поворачивая столик 3, расположите решетку так, чтобы ее плоскость была приблизительно перпендикулярна оптической оси зрительной трубы.

б) Слегка поворачивая столик с решеткой около этого положения, получите в поле зрения зрительной трубы изображение светлого креста.

в) Закрепите положение решетки зажимным винтом 8 и сфокусируйте изображение креста при помощи винта 12.

г) Вращая микрометрический винт 9, точно совместите изображение светлого креста с перекрестием окуляра и произведите отсчет угла γ_N по лимбу. Этот отсчет дает направление нормали к плоскости решетки.

3. Отпустите винт 8 и, поворачивая столик с дифракционной решеткой, найдите в поле зрения зрительной трубы изображение нулевого максимума. Положение нулевого максимума определяется равенством ψ = φ (рис.1) и представляет собой изображение щели.

4. Закрепите винт 8 и сфокусируйте изображение нулевого максимума при помощи винта 12.

5. Вращая микрометрический винт 9, точно совместите изображение нулевого максимума с перекрестием окуляра. Снимите γ₀ - угловое положение нулевого максимума.

6. Отпустите винт 7. Осторожно поворачивая зрительную трубу в сторону уменьшения угла между оптическими осями зрительной трубы и коллиматора, найдите первую спектральную линию в первом порядке.

7. Это изображение сфокусируйте при помощи винта 12 (вследствие хроматической аберрации линия может быть не резкой).

8. Закрепите винт 7 и, вращая микрометрический винт 6, точно совместите изображение первой спектральной линии в первом порядке с перекрестием окуляра. Произведите отсчет γ₁.

9. Повторите пункты 6 – 8 для всех линий в спектре первого порядка и снимите отсчеты γ₂, γ₃,... γ_n.