Определение показателя преломления стекла при помощи микроскопа: Руководство к лабораторной работе № 2о

СИБИРСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

им. Серго Орджоникидзе

Кафедра физики

Руководство к лабораторной работе № 2о

(Оптика)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ

ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА

ПРИ ПОМОЩИ МИКРОСКОПА.

Приборы и принадлежности:

1. Микроскоп, имеющий микрометренное перемещение тубуса.

2. Микрометр.

3. Две стеклянные пластинки.

Цель работы:

1. Познакомиться с устройством микроскопа и приобрести практические навыки работы с ним.

2. Уяснить следующие теоретические вопросы:

а) абсолютный и относительный показатели преломления и их физический смысл;

б) ход лучей в микроскопе.

Краткая теория

Абсолютным показателем преломления данной среды называется отношение синуса угла падения к синусу угла преломления при условии, что луч переходит из вакуума в данную среду (рис. I):

где n - абсолютный показатель преломления данной среды,

a - угол падения,

g - угол преломления.

Если луч переходит из одной среды в другую, то

есть относительный показатель преломления той среды, куда луч переходит по отношению к той среде, откуда он идет (рис. 2):

где n_2,1 - относительный показатель преломления второй среды по отношению к первой.

Если a>g, то вторая среда считается оптически более плотной.

Если a<g, то вторая среда считается оптически менее плотной.

Физический смысл показателей преломления

Скорость распространения света зависит от оптических свойств среды. Скорость распространения света различна в разных средах. Если световой луч переходит из одной среды в другую, скорости распространения света в которых различны, то на поверхности раздела сред происходит изменение направления

луча.

Если луч идет в данную среду из вакуума, то отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде называется абсолютным показателем:

где с - скорость света в вакууме,

v - скорость света в данной среде.

Отношение скорости света v₁ в данной среде к скорости света во второй среде v₂, называется коэффициентом преломления второй относительно первой n_2,1 (относительный показатель преломления):

где v₁ - скорость света в первой среде,

v₂ — скорость света во второй среде, так как

 и  то

 и

Тогда

Таким образом, относительный показатель преломления 2-й среды по отношению к 1-й n_2,1 равен отношению абсолютного показателя преломления 2-й среды к абсолютному показателю преломления 1-й среды.

Если бы луч переходил из 2-й среды в 1-ю, то

т. е. относительный показатель преломления 1-й среды по отношению ко 2-й n_2,1 есть величина обратная относительному показателю преломления 2-й среды по отношению к 1-й.

 и законы отражения и преломления отражают закон обратимости луча.

Если луч повернуть обратно, то он снова проделает весь пройденный путь и вернется в ту точку, из которой вышел.

В этой работе требуется определить относительный показатель преломления стекла по отношению к воздуху, но так как n воздуха равен 1, то можно считать, что мы определяем абсолютный показатель преломления стекла. Для понимания данной работы необходимо иметь ввиду, что орган зрения человека не может учитывать изменения хода луча при преломлении, поэтому мы видим предметы смещенными.

Чернильное пятно А, рассматриваемое через стеклянную пластинку, кажется смещенным в точку A₁ (см. рис. 3).

Не учитывая предшествующий ход лучей и источника света, можно считать, что пучок света выходит из точки А и образует конус, ось которого ^ границе двух сред. В воздухе, вследствие преломления, этот пучок становится более расходящимся и, попадая в глаз наблюдателя, производит впечатление, будто бы лучи выходят из точки A₁.

Установим связь между показателем преломления стекла

n и толщиной пластинки d и величиной кажущегося поднятия точки А

n = n_2,1 - абсолютный показатель преломления стекла.

Из рис. 3:                а= AB – A₁B = d - A₁B.

Отсюда                        A₁B = d - а.

Тогда

Так как углы a и g очень малы (ведь пучок попадает в глаз наблюдателя), то ,

,

Поэтому

Но  и A₁B = d - а.

АВ = d, следовательно

Т. о., для определения n нужно знать только толщину пластинки d и смещение а.

Ход работы

Определение a и d.

1. Познакомьтесь с механизмом микрометренного (медленного, «тонкого») опускания и подъема тубуса микроскопа, который позволяет отсчитывать перемещения с точностью до 0,002 мм. Микрометренным винтом опустите тубус в нижнее положение.

2. На стеклянную пластинку нанесите чернильную точку. Положите пластинку на столик микроскопа так, чтобы точка была в поле зрения микроскопа, наведите резкость путем передвижения тубуса, пользуясь механизмом для быстрого перемещения его.

3. Запишите полученный нулевой отсчет а₀ по механизму микрометренного перемещения.

4. Накрыв пластинку с чернильной точкой стеклом, коэффициент преломления которого определяется, снова наведите на резкость при помощи только микровинта, снова запишите отсчет а₁ и определите смещение a=a₁—а₀.

5. Определение толщины стеклянной пластинки d производится при помощи микрометра с точностью до 0,01 мм. Измерения а и d повторяется 10 раз.

6. Зная and, вычислите

7. Найдите абсолютную и относительную погрешности.

ЛИТЕРАТУРА:

1. А, Г. Белянкин я др. Физический практикум.

2. А. В. Кортнев и др. Практикум по физике.

3. С. А. Фриш и А. В. Тиморева, Курс физики, том 3.

4. А. А. Чечулин. Волновые процессы в оптике.