Лабораторный практикум по оптике, содержащий описание 21 лабораторной работы, страница 9

Например: если шаг винта S= 0,107 мм, а число делений на диске 50, то цена одного деления диска Z = 0,002 мм.

Следовательно, т полных оборотов винта перемещают тубус микроскопа на mS мм, а разность делений винта К₂ – К₁ соответствует перемещению тубуса на (K₂ – K₁)Z мм.

Таким образом, перемещение тубуса микроскопа дает величину кажущейся толщины пластинки.

х=mS+(K₂ – K₁)Z                                      (4.2)

Подставляя это выражение в формулу (4.1), получим окончательную формулу для вычисления показателя преломления стекла:

                             (4.3)

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

В работе для определения показателя преломления твердых веществ используется микроскоп МБУ-4 с шагом винта S=0,107 мм и ценой деления барабана Z=0,002 мм; набор пластинок из стекла, оргстекла и слюды, объективный микрометр.

Истинная толщина пластинки измеряется микрометром.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

1.  С помощью микрометра измеряют истинную толщину пластинки.

2.  Помещают стеклянную пластинку с царапинами на столик микроскопа и фокусируют его на верхнюю царапину. Снимают по барабану отсчет K₁.

3.  Затем с помощью микрометрического винта опускают тубус микроскопа, подсчитывая число полных оборотов барабана т, и фокусируют его на нижнюю царапину. Снимают по барабану
отсчет К₂.

4.  По формуле (4.3) определяют показатель преломления стекла.

5.  Аналогичные измерения выполняют для оргстекла и слюды и вычисляют по формуле (4.3) для них показатели преломления.

ЧАСТЬ 2

ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ РЕФРАКТОМЕТРОМ ИРФ-454

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Рис. 4.2.

Рефрактометр ИРФ-454 служит для быстрого определения показателей преломления жидких и твердых тел. Оптическая схема рефрактометра представлена на рис. 4.2.

Основной его частью являются две стеклянные прямоугольные призмы Р₁ и Р₂, изготовленные из стекла с большим показателем преломления. В разрезе призмы имеют вид прямоугольных треугольников, обращенных друг к другу гипотенузами; зазор между призмами имеет ширину около 0,1 мм и служит для помещения исследуемой жидкости.

Окрашенность границы света-тени устраняется вращением призм Амичи П₁ и П₂. Наблюдение производят через окуляр Л₂. Перекрестие с призмой Р₁ служит для совмещения границы раздела света и тени.

Ход лучей при работе по методу скользящего луча изображен на рис. 4.3.

Рис. 4.3.

Свет проникает через призму Р₂ и через матовую грань ed попадает в жидкость. Рассеянный матовой поверхностью свет проходит слой жидкости и под всевозможными углами (0º ≤ i ≤ 90º) падает на сторону ас призмы Р₁. Обозначим угол падения на границе раздела стекло–жидкость через r, а угол преломления через i (рис. 4.3). Так как луч падает из более плотной среды в менее плотную, то угол преломления
i > r. При увеличении угла r будет возрастать и угол преломления i и, наконец, при некотором строго определенном для данных сред угле падения r=r_пр, угол преломления станет равным i=90⁰. Наступит полное внутреннее отражение. Все лучи, падающие под углами r < r_пр, пройдут через слой жидкости, призму P₁ и дадут освещенную часть поля зрения. При падении лучей под углом r > r_пр свет отразится в первую среду и не попадет в призму P₁. Эта часть поля зрения будет затемнена. Применим для этого случая закон преломления света

,                                    (4.4)

где n_c – показатель преломления стекла; n_ж – показатель преломления жидкости; r_пр – предельный угол полного внутреннего отражения.

Отсюда находим показатель преломления жидкости. Так как
sin 90º =1, то

n_ж = n_c sin r_пр                                       (4.5)

Показатель преломления стекла n_c – величина постоянная. Поэтому для разных жидкостей будет разный предельный угол полного внутреннего отражения. Граница раздела света и тени соответствует этому случаю. И если мы совмещаем границу раздела света-тени с перекрестием рефрактометра, то мы автоматически выполняем условие (4.5). На этом принципе и основано определение показателей преломления жидкостей.