Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа № 5
Цель работы: Научиться определять показатель преломления стекла
с помощью микроскопа и с помощью пластинки
с параллельными гранями.
Оборудование: 1. Микроскоп БИОЛАМ.
2. Стеклянная пластина с царапинами на обеих поверхностях.
3. Микрометр.
4. Стеклянная пластинка с параллельными гранями.
5. Подставка из пенопласта.
6. Булавки – 4 штуки.
7. Прямоугольник.
Теория
Если свет падает на границу раздела двух сред (двух прозрачных веществ), то падающий луч 1 (рис.1) разделяется на два – отраженный 2 и преломленный 3, направления которых определяются законами отражения и преломления.
Закон преломления: луч падающий, луч преломленный и перпен-дикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления – есть величина постоянная для данных сред:
, (1)
где – относительный показатель преломления второй среды отно-сительно первой.
Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления.
Абсолютным показателем преломления среды называется величина , равная отношению скорости электромагнитных волн в вакууме к их фазовой скорости в среде:
. (2)
Закон преломления (1) можно записать в виде
. (3)
Из симметрии выражения (3) вытекает обратимость световых лучей. Если обратить луч 3 (рис.1), заставив его падать на границу раздела под углом , то преломленный луч в первой среде будет распространяться под углом , т.е. пойдет в обратном направлении вдоль луча 1.
Показатель преломления зависит от свойств среды и длины волны света.
Он является важнейшей характеристикой вещества, связанной с его химической структурой, с концентрацией и плотностью (в случае исследования жидких растворов).
Существуют различные методы определения показателя преломления.
В данной работе используются два метода:
1.Определение показателя преломления стекла с помощью микроскопа,
2.Определение показателя преломления стекла с помощью плоско-параллельной пластинки и булавок.
I. Метод
Для определения показателя преломления стекла с помощью микроскопа берут плоскопараллельную пластинку с нанесенными на ее обеих плоскостях неглубокими царапинами.
Рассмотрим ход лучей 1 и 2, вышедших из точки О, лежащей на нижней царапине. Луч 1 идет по направлению ОА, совпадающему с направлением нормали к поверхности пластинки. Луч 2 идет по направлению ОВ и падает на верхнюю поверхность под достаточно малым углом β, когда синусы можно заменить тангенсами. Преломившись в точке В, луч пойдет по направлению ВЕ (рис. 2.).
Наблюдатель, находящийся над пластинкой, увидит уже точку О на пересечении двух лучей первого и продолженного преломленного луча ВЕ в точке О1. В этой же точке О1 также пересекутся после преломления продолжения всех лучей, которые выходят из точки О по направлениям, образующим малые углы с нормалью. Наблюдателю будет казаться, что все эти лучи выходят не из точки О, а из ее мнимого изображения О1. Поэтому, если наблюдатель настроил микроскоп на верхнюю царапину (точка А), то для того чтобы увидеть точку О, ему потребуется опустить тубус микроскопа не на расстояние ОА, равное d ( толщине пластинки), а на меньшее расстояние АО1, равное d1 кажущейся толщине пластинки.
Так как в объектив микроскопа попадает очень узкий пучок лучей, то углы и малы и синусы этих углов могут быть заменены их тангенсами.
Но так как АВ = ОС; АО1 = d1, ВС = d, то из формулы (4) получаем
, (5)
где d – толщина стеклянной пластинки;
d1 – кажущаяся толщина пластинки.
Следовательно, для определения показателя преломления нужно истинную толщину пластинки разделить на ее кажущуюся толщину. Истинная толщина пластинки d измеряется микрометром. Кажущаяся толщина пластинки равна d1 разности отчетов положений тубуса при наводке микроскопа на верхнюю и нижнюю царапины.
микроскопа.
d1 = (m S + k) Z . (6)
Измерения проделайте 3 раза и результаты внесите в табл. 1.
Таблица 1.
|
№ п/п |
d (мм) |
k |
m |
d1 (мм) |
n |
n |
||
|
1 |
||||||||
|
2 |
||||||||
|
3 |
||||||||
|
ср. зн. |
II Определение показателя преломления стекла с помощью плоско-параллельной пластинки и булавок.
листа положите стеклянную пластинку и за ней вколите вертикально одну булавку (А), как показано на рис 3.
2. Расположите глаз на уровне листа бумаги и поворачивайте стеклянную пластинку до тех пор, пока нижняя часть булавки, наблюдаемая сквозь толщину стекла, не будет значительно смещена относительно верхней.
4.Очертите контуры пластинки, выньте булавки и отметьте места проколов буквами А, В, С, D. Затем снимите пластинку с бумаги.
5.Используя прямоугольник, произведите на листе бумаги следующие построения:
а) Проведите прямые ВК, DК1 и К1К;
б) Продолжите прямую К1К до края листа бумаги;
в) Проведите через точку К прямую МР
перпендикулярную граням пластинки;
г) Отложите на этом перпендикуляре произвольные
равные отрезки от точки К , т.е. КМ=КР;
д) Из точек М и Р опустите перпендикуляры: МN на
прямую КВ и РQ на прямую К1Е.
Запишем закон преломления для верхней границы раздела. Имеем
. (7)
Из треугольника МNK следует, что
. (8)
Из треугольника QPK получаем
. (9)
По условию построения МК = КР. Следовательно,
. (10)
7. Измерьте миллиметровой линейкой (угольником) отрезки МN и РQ и по формуле (10) определите показатель преломления стекла данной пластинки.
8. Эксперимент проведите не менее 3-х раз на разных листах бумаги, изменяя углы падения.
Результаты измерений и расчетов внесите в табл. 2.
В отчете выведите формулу (10).
10. Начертите ход лучей в микроскопе.
Таблица 2.
|
№ п/п |
МN мм |
PQ мм |
n |
Δn |
100% |
|
|
1 |
||||||
|
2 |
||||||
|
3 |
||||||
|
cр. |
Контрольные вопросы
Литература
4. Бутиков Е.И. ,Кондратьев А.С. Физика. Электродинамика. Оптика. – М.: Физматлит., 2004.
5. Лабораторный практикум по общей и экспериментальной физике.
Под ред. Гершензона Е.М. и Мансурова А.Н. – М.: ACADEMA, 2005.
Рис. 2
ис. 1
Рис. 3