Определение показателя преломления стекла.

Приднестровский государственный университет

им. Т.Г. Шевченко

Лабораторные работы

по курсу общей физики

раздел: ОПТИКА

 Лабораторная работа № 4.04 (1)

Тема: Определение показателя

преломления стекла(1)

Кафедра ОФТ

Тирасполь – 2020

Тема: Определение показателя преломления стекла.

Цель работы: Определить показатель преломления стекла с помощью микроскопа.

Приборы и принадлежности:

§  Измерительный микрометр.

§  Стеклянная пластинка со штрихами на обеих поверхностях.

§  Микроскоп с микрометрическим винтом.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ.

При прохождении света через ровную и плоскую границу двух прозрачных веществ неодинаковой оптической плотности падающий луч света AO разделяется на два луча - отраженный луч OB и преломленный луч OD (рис.1).

Направления этих лучей  определяются следующими законами отражения и преломления света:

1.Луч АО, падающий на преломляющую поверхность, нормаль к поверхности в точке поверхности падения OP, луч отраженный OB, луч преломленный OD лежат в одной плоскости.

2.Угол отражения - РОВ численно равен углу падения - РОА.

3.Синус угла падения i относится к  синусу угла преломления r, как скорость света в первой среде v₁ относится к скорости света во второй среде v₂:

.

Последний закон говорит о том, что свет распространяется в различных средах с различной скоростью.

Для двух данных сред и для луча данной длины волны отношение скорости света в среде 1 к скорости света в среде 2 или отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, т.е.

 ;                ;

Величина n₂₁ называется относительным показателем (коэффициентом) преломления второй среды  по отношению к первой.

Если одна из сред, например 1 - пустота или воздух, то показатель преломления n данной среды 2 по отношению к пустоте  называется абсолютным показателем преломления данной среды или просто показателем преломления.

Абсолютный показатель преломления среды 2 (рис.1)

где    с - скорость света в пустоте;

V₂ - скорость света в данной среде. Т.е. показатель преломления среды есть отношение скорости света в пустоте к скорости света в данной среде:

Показатель преломления зависит от длины волны света и от свойств среды. Абсолютные  показатели преломления больше 1. Это значит, что скорость распространения света в данной среде всегда меньше, чем в пустоте.

Относительный показатель преломления двух сред n₂₁ связан с абсолютными показателями преломления сред n₁ и n₂ следующим соотношением:

_.

 Для определения показателей преломления веществ следует воспользоваться одним из  методов. Одним из них является метод определения показателя преломления  стекла с помощью микроскопа.

В основе метода лежит явление кажущегося уменьшения толщины стеклянной пластинки вследствие преломления световых лучей, проходящих в стекле при рассматривании пластинки нормально к ее поверхности. Схема прохождения лучей через пластинку дана на рис.2.

В находящуюся точку A, на нижней поверхности пластинки, падают два луча света 1 и 2. Луч 2 падает на пластинку нормально к её поверхности и поэтому проходит сквозь пластинку и выходит в воздух в точке C, не испытывая преломления. Луч 1 преломляется и выходит из пластинки в точку O по направлению к точке D.

При выходе из пластинки луч OD образует угол преломления r больший, чем угол падения i.Если смотреть из точки D по направлению DO, то наблюдатель будет видеть точку пересечения лучей OD, AC не в точке A, а в точке E, т.е. толщина пластинки будет казаться равной CE.

Из рис.2 видно, что кажущаяся толщина пластинки CE=h меньше истинной, т.е. действительной её толщины CA=H.

Для лучей близких к нормально падающим лучам, углы падения и преломления малы. В этом случае синусы можно заменить тангенсами и по закону преломления света написать (рассматривая обратный ход лучей, т.е. от D к A)

При рассмотрении рисунка и после соответствующих преобразований имеем:

следовательно, показатель преломления стекла можно найти из отношения истинной толщины стеклянной пластинки к кажущейся её толщине. Истинная толщина пластинки измеряется микрометром, а кажущаяся– микроскопом с микрометрическим винтом.

ХОД РАБОТЫ

1.        Измеряют микрометром истинную толщину стеклянной пластинки H в том месте, где нанесены штрихи, и берут её значения в миллиметрах.

2.        Определяют кажущуюся толщину стеклянной пластинки h, для чего пластинку кладут на столик микроскопа под объектив так, чтобы оба штриха  пересекали оптическую ось прибора. Затем:

а) Двигая тубус, добиваются чёткого изображения видимого в микроскоп штриха, нанесённого на верхнюю поверхность пластинки. Записывают отсчёт микрометрического винта и считают его за 0 деление.

б) Отпускают тубус микроскопа до получения чёткого изображения штриха, на нижней поверхности пластинки. Новый отсчёт микрометрического винта даёт сразу кажущуюся толщину h.

Очевидно h = (NZ + 0,002m) мм, где N – число полных оборотов барабана винта, Z –– шаг винта, 50 – число делений на одном обороте барабана, 0,002 – цена одного деления барабана винта, m – число делений в неполном обороте барабана. За один полный оборот барабана микрометрического винта тубус микроскопа перемещается на Z=0,1 мм.

3.Вычисляют показатель преломления стекла по формуле:

4.Измерения производят не менее трёх раз. Все данные вносят в таблицу №1.

Таблица №1.

№	H, мм	N	m	h,мм	n	D n	e ,%
1. 2. 3.
Ср.зн.
1. 2. 3.
Ср. зн.
1. 2. 3.
Ср. зн.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1.                 Дать определение показателя  преломления (абсолютного).

2.                 От чего зависит показатель преломления?.

3.                 Сформулировать законы преломления и отражения света.

Литература.

1.                 Г.С. Ландсберг  «Оптика».

2.                 Б.М. Яворский   «Курс физики»  т.3  стр.99-101.

3.                 С.Э. Фриш, А.В. Тиморева  «Курс общей физики», т.3, стр.13.