Определение показателя преломления жидкости с помощью лабораторного рефрактометра (Лабораторная работа № 1лок)

Лабораторная работа 1 лок

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ С ПОМОЩЬЮ ЛАБОРАТОРНОГО РЕФРАКТОМЕТРА

Краткая теория

Известно, что скорость распространения света зависит от свойств среды. Если луч света падает на границу раздела двух сред, то он частично отражается и частично преломляется (ри­сунок 1.1).

Рисунок 1.1- Ход лучей на границе раздела двух фаз

Угол i - угол падения, г - угол преломления, i¢ - угол отраже­ния. По закону отражения света угол |i|=|i¢|. Если луч света переходит из вакуума в какую-либо среду с показателем пре­ломления n, то

                              ,                                                     (1.1)

где с - скорость света в вакууме;

u - скорость света в данной среде;

n - абсолютный показатель преломления данной среды.

Если луч света переходит из одной среды с показателем пре­ломления n₁ в другую с показателем преломления n₂, то находится относительный показатель преломления 2-ой среды по отношению к 1-ой.

Так:                                                           (1.2)

или через скорость света в средах

                                                          (1.3)

Раздел оптики, посвященный методам измерения показателя преломления nтвердых, жидких и газообразных сред в различ­ных участках спектра, называется рефрактометрией. Основными являются:

1) метод прямого измерения углов преломления света при прохождении его через границу раздела двух сред и

2) ме­тод, основанный на явлении полного внутреннего отражения света.

Приборы, применяемые для измерения показателей прелом­ления твердых, жидких и газообразных веществ, называются рефрактометрами.

Полное внутреннее отражение электромагнитного излучения наблюдается при его падении на границу раздела двух прозрач­ных сред из среды более плотной (с большим показателем пре­ломления). Это явление наблюдается тогда, когда угол падения i превосходит предельный (критический угол) i_кр.

Рисунок 1.2 - Ход лучей при полном внутреннем отражении

Если i > i_кр, то преломления во вторую среду не происходит*) (рисунок 1.2).

Энергия, которую несет с собой падающий луч, распределя­ется между отраженным и преломленным лучами. При увеличе­нии угла падения интенсивность отраженного луча растет, а преломленного убывает и обращается в ноль при предельном угле. Вся энергия света, падающего на границу раздела при этом полностью отражается обратно в первую среду. Рассмотрим ход лучей в призме (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3-Ход лучей в призме

                                                                             (1.4)

                                                                          (1.5)

где n₁ - показатель преломления стекла;

n₂ - показатель преломления жидкости.

Рассмотрим треугольник ЛВС . Сумма углов в нем

                              a+(90°+r)+(90°-b)=180°                        (1.6)

Отсюда                  a+r=b                                                     (1.7)

                              r=b-a                                                      (1.8)

Тогда

.                                                        (1.9)

Преобразуем это выражение:

                                             (1.10)

Подставляем (1.5) в (1.10)

                                                (1.11)

                                   (1.12)

                                               (1.13)

Возводим в квадрат:

                                        (1.14)

                                     (1.15)

Отсюда.                                (1.17)

Таким образом, зная n₂ и измерив a и i, можно рассчитать значения показателя преломления вещества призмы.

Чтобы определить показатель (по формуле) преломления жидкости, зная показатель преломления призмы n₁, нужно выполнить преобразования.

Возводим в квадрат (1.17) и получаем:

                                                       (1.18)

   (1.19)

.                                   (1.20)

(1.21)

Решаем квадратное уравнение (1.21)

        (1.22)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Постановка задачи

Задачей работы является: 1) определение показателя прелом­ления вещества призмы с использованием жидкости с извест­ным показателем преломления n₂ и 2) определение показателя преломления жидкости, если известен показатель преломления призмы n₁.

Описание установки