ИЗМЕРЕНИЕ
ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ДЛЯ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ПЛАСТИНКИ.
В настоящее время большое внимание уделяется
использованию информационных технологий в процессе оброзования. В связи с этим
мы предлагаем, новых подход к проведению лабораторных работ по оптике. В
качестве примера рассмотрим лабораторную работу «Измерение показателя
преломления для плоскопараллельной пластинки».
Целью предлагаемой методики
проведения данной работы является:
-подробное описание теории,
лежашей в основе данной лабораторной работы, хода её выполнения.
-при помощи компьютерной анимации,
покозать подробной ход выполнения работы.
Таким образом, у студентов
появляется возможность самостоятельно изучать теорию и понять порядок
выполнения данной лабораторной работы.
При этом, им не нужно будет
обрашаться к дополнительной литературе.
Преимуществом данной методики то,
что в случае, у студента возникнут вопросы по ходу выполнения работы, он может
в свободное от занятий время, воспользовшись компьютерной анимацией, неоднократно
просмотреть ход выполнения работы и самостоятельно разобраться с вознишими
вопросами. Это в свою очередь будет способствовать активизации его
познавательной деятельности и лучшему усвоению данной темы. Также, успешное
усвоение студентом хода лучей в плоскопараллельной стеклянной пластинке,
позволит ему пластинкие, позволит ему легче понять ход лучей в линзах ипризме.
Цель работы:
Научиться определять показатель преломления плоскопараллельной пластинки,
смещение падающего луча и оценивать погрешность измерения.
Приборы и материалы;
1. Плексигласовая подставка
2. 4 иголки.
3. Плоскопараллельная стеклянная
пластинка
4. Белая бумага (миллиметровая или
в клетку)
5. Карандаш
6. Линейка .
7. Транспортир.
8. Циркуль
Теория:
Пусть на плоскую границу раздела
двух сред падает плоская световая волна.
Волновая поверхность АС
перпендикулярна лучам ОА и ОВ.(рис. 1)
Поверхности МN сначала
достигнет луч ОА. Луч ОB достигнет поверхности спустя время , где v1 скорость
распространения света в первой среде. Поэтому в момент, когда вторичная волна в
точке В только начнет возбуждаться, волна от точке А уже имеет
вид полусферы радиусом АК=v2, v2
- скорость распространения света во второй среде.
Волновую поверхность преломленной
волны можно получить, проведя поверхность, касательную ко всем вторичным волнам
во второй среде, центры которых лежат на границе раздела сред. В данном случае
это плоскость KВ является огибающей вторичных волн.
Угол падения равен углу САВ (стороны
одного из этих углов перпендикулярны сторонам другого). Следовательно, СB =v1
Угол преломления β равен углу АВК. Поэтому
(2)
Разделим почленно (1) на (2)
(3),
где n - постоянная
величина, не зависящая от угла падения, но зависящая от показателей преломления
первой и второй сред, поэтому n называется относительным показателем
преломления и определятся формулой:
(4)
Для определения относительного
показателя преломления по формуле (3) необходимо измерить угол падения и
угол преломления.
Можно определить показатель
преломления пластины используя геометрическое построение (рис. 2).
Через т. А границы раздела сред
воздух-стекло проводят перпендикуляр к границе, отмечают углы падения α и
преломления β. Далее, с помощью циркуля проводят окружность с центром в точке А
радиусом равным длине луча АF,
Строят прямоугольные треугольники AСО
и AFP. Так как , то формула (3) примет вид
n= (5)
По формуле (5) для
определения показателя преломления пластинки достаточно измерить расстояния CО и PF.
Надо оценить величину смещения
падающего луча.
В оптических приборах иногда
необходимо сместить лучи на маленькую величину. Для этой цели
используется плоскопараллельная пластинка.
Можно измерить величину смещения
линейкой (длина FL). Можно также вычислить по формуле
(6),
где .
также можно измерить транспортиром. Стоит заметить,
что FP зависит от угла падения.
Порядок выполнения работы (рис.
3)
1. Положить плоскопараллельную
пластинку на миллиметровую бумагу или тетрадный лист в клетку и очертить две
параллельные грани.
2. За гранью MN устанавливаем 2 иголки под углом
относительно перпендикуляра ОО′, на некотором расстоянии друг от друга. 1
иголка должна находиться в точке В, а 2 в точке А.
3. Со стороны M1N1 рассматриваем обе иголки. Устанавливаем их так, чтобы 1 иголка
"спряталась" за иголку 2, затем на пути луча зрения перед
гранью M1N1 устанавливаем третью иголку, которая
находится в точке F так, чтобы она перекрывала 1 и 2
иголки. Иголку 4 ставить на наибольшем расстоянии от иголки 3.
4. Сняв иголки и убрав
плоскопараллельную пластинку соединяем при помощи линейки точки B,
A,F, D где
находились иголки
5. При помощи циркуля строят
окружность с центром в точке A и радиусом AF. Строят треугольники OCА и ADF.
Линейкой измеряют отрезки FP и OC.
6. Углы α и β измеряем при помощи
транспортира.
7. Измерения с 1 по 6 пункт
повторить 5 раз
8. Вычислить n с помощью
формул (3) и (5)
9. Вычислить величину смещения
падающего луча по формуле (6)
10. Все измерения и полученные
результаты записать в таблицу. Таблицу заполнить так, как вам удобно.
11. Подсчитать среднюю
квадратичную ошибку по формуле
где
- показатель преломления плоскопараллельной
пластинки для каждого измерения
- средне значение показателя преломления
плоскопараллельной пластинки
tan - коэффициент Стьюдента
N - число измерений
Занести полученные данные в таблицу.
Средняя квадратичная ошибка должна
вычисляться по результатам формулы (3) и отдельно по результатам формулы
(5)
12. Записать окончательный
результат с учетом доверительного интервала n=n. Окончательных
результата должно быть два по формуле (3) и по формуле (5).
13. Построить графика зависимости
n=f(N)
Контрольные вопросы:
1.Формула определения
относительного показателя преломления?
2.Формула определения смещения
падающего луча?
3. Как можно определить показатель
преломления, используя чертёж?
4. Что такое волновой фронт и
поверхность?
Дополнительную
информацию можно найти в электронной версии.
Практика
показала, что:
- студенты
самостоятельно выполняют данную работу;
- резко
сократилось время выполнения работы;
- данная работа позвояет студентам развивать
навыки работы на компьтере.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.