16326

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА ПРИ ПОМОЩИ МИКРОСКОПА

Лабораторная работа

Физика

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА ПРИ ПОМОЩИ МИКРОСКОПА Теоретическая часть В основе определения показателя преломления стекла в данной работе используется один из фундаментальных законов геометрической оптики: закон преломления света. Согласно ...

Русский

2013-06-20

137.5 KB

23 чел.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

СТЕКЛА ПРИ ПОМОЩИ МИКРОСКОПА

Теоретическая часть

В основе определения показателя преломления стекла в данной работе используется один из фундаментальных законов геометрической оптики: закон преломления света. Согласно этому закону отношение синуса угла падения света (угол   ) к синусу угла преломления (угол   ) равно постоянной величине:

.                                       (1)

Здесь   и  - абсолютные показатели преломления сред; предполагается, что свет падает из среды  1  в среду  2 .

Рассмотрим, как данный закон используется при построении изображения в очень простом случае: небольшой предмет рассматривают через стеклянную плоскопараллельную пластинку, при этом угол зрения перпендикулярен плоскости пластинки. На рис.1 наблюдатель рассматривает крупинку (точка  А ), лежащую под стеклянной пластинкой. Видимое изображение точки  А формируют лучи света, отраженные крупинкой и выходящие из стекла в воздух. Проведем сначала луч  АВ  от точки  А  перпендикулярно границе раздела; этот луч не испытывает преломления и попадает в глаз наблюдателя. Луч  АС направим под произвольным углом     к поверхности пластинки. При выходе из стекла в воздух луч  АС преломится; при этом угол преломления    >   . Чтобы преломленный луч  CD  попал в глаз наблюдателю, углы     и    должны быть очень малы. В результате наблюдатель увидит изображение на пересечении лучей: продолжения луча  CD   и луча  АВ (точка  А' ).


Экспериментальная часть

Определение показателя преломления стекла в данной работе основано на несовпадении положений предмета и его изображения при рассматривании предмета через стекло. Изображения (действительное и кажущееся) рассматриваются через микроскоп. Для проведения необходимых измерений к тубусу микроскопа прикреплен специальный индикатор. Для большей точности в работе применяются три различных способа определения показателя преломления.

Способ 1

Методика эксперимента

Для определения показателя преломления используются две стеклянные пластинки с нанесенными на них штрихами. Обе пластинки ( Р1  и  Р2 на рис.2) складывают вместе так, чтобы штрихи (точки  А  и  В  на рис.2) были на верхних поверхностях пластин. Обе пластины помещают на предметный столик микроскопа; верхние поверхности при этом должны быть обращены к объективу.

Сначала в поле зрения микроскопа получают четкое изображение штриха  А  , находящегося на верхней грани пластины  Р1. Затем тубус микроскопа перемещают (опуская вниз) до тех пор, пока не появится отчетливое изображение В'  точки  В . Зная толщину пластинки  h и измерив перемещение тубуса микроскопа  d , показатель преломления  n  стекла находят из следующих соображений.

Запишем закон преломления света (1) для нашего случая:

,                                              (2)

поскольку показатель преломления воздуха можно принять за 1.  Ввиду малости углов     и    , можно считать    и  . Тогда формула (2) примет вид   . Отношение тангенсов углов находим из прямоугольных треугольников  В'CD  и  BCE . Учитывая, что   В'D = ВЕ , имеем:

.

Итак, окончательная формула для вычисления показателя преломления стекла:

.                                                      (3)

Практическая часть

  1.  Измерить толщину  h  одной из пластин микрометром. Измерения произвести не менее трех раз в различных местах пластинки. Вычислить  . Результаты занести в табл.1.
  2.  Положить пластинку известной толщины на другую стеклянную пластинку. Штрихи (специально нанесенные царапины на одной из поверхностей каждой пластины) должны располагаться на верхних поверхностях пластин. Чтобы изображения штрихов не перекрывались, пластинки разворачивают таким образом, чтобы штрихи были перпендикулярны друг к другу. Обе пластины помещают на предметный столик микроскопа; верхние поверхности при этом должны быть обращены к объективу.
  3.  Глядя в окуляр микроскопа, медленно перемещать тубус микроскопа, вращая винты грубой наводки, получить изображение одного из штрихов. Иногда при поиске штриха следует медленно перемещать пластину рукой, пока в окуляре не мелькнет тень от царапины.
  4.  Не перемещая пластин, вращая только винт грубой наводки, опуская или поднимая тубус микроскопа, получить изображение второго штриха. Убедиться, что в поле зрения окуляра попадают изображения то одного, то другого штриха.
  5.  Получив четкое изображение одного из штрихов, сделать с помощью индикатора первый отсчет  l1  . Результат занести в табл.1.
  6.  Плавно перемещая тубус микроскопа, получить отчетливое изображение другого штриха и произвести отсчет  l2  . Результат занести в табл.1.
  7.  Повторить измерения   l1  и  l2  три раза, каждый раз занося результат в табл.1. Найти средние значения.
  8.  Вычислить перемещение тубуса  .
  9.  Вычислить показатель преломления стекла по средним значениям , используя формулу (3):

.

  1.  Результаты вычислений занести в табл.1. Оценить погрешности.

Таблица 1

Номер

опыта

h,

мм

l1,

мм

l2,

мм

,

мм

n

Δ n

εn,

%

1

2

3

, мм

, мм

, мм

Способ 2

Методика эксперимента

Для определения показателя преломления используются две стеклянные пластинки; на поверхности одной из них нанесен штрих. Пластину (Р1 на рис.3) со штрихом (точка  А на рис.3) помещают на предметный столик микроскопа; поверхность со штрихом при этом должна быть обращена к объективу. Получают четкое изображение штриха.

Если теперь на пластину  Р1  положить другую прозрачную пластинку, то при рассматривании в микроскоп изображение штриха вследствие преломления лучей в стекле сместится в точку  А' . Используя закон преломления (при малых углах падения и преломления), можно получить формулу для определения показателя преломления стекла:

,                                               (4)

где  h  - толщина верхней пластинки,  d - перемещение тубуса микроскопа.

Практическая часть

  1.  Положить на предметный столик микроскопа стеклянную пластинку со штрихом. Штрих должен располагаться на верхней поверхности пластины; при этом  верхняя поверхность должна быть обращена к объективу.
  2.  Глядя в окуляр микроскопа и медленно перемещая тубус, получить отчетливое изображение штриха. Сделать первый отсчет  l1 . Результат занести в табл.2.
  3.   Измерить толщину  h  второй пластины микрометром. Измерения произвести не менее трех раз в различных местах пластинки. Вычислить  . Результаты занести в табл.2.
  4.  Положить вторую пластину на первую. Плавно перемещая (вверх) тубус микроскопа, получить отчетливое изображение штриха. Сделать отсчет  l2 . Результат занести в табл.2.
  5.  Повторить измерения по пп. 2 и 4 три раза, каждый раз занося результаты в табл.2. Вычислить средние значения.
  6.  Вычислить перемещение тубуса  .
  7.  Вычислить показатель преломления стекла по средним значениям , используя формулу (4):

  1.  Результаты вычислений занести в табл.2. Оценить погрешности.

Таблица 2

Номер

опыта

h,

мм

l1,

мм

l2,

мм

,

мм

n

Δ n

εn,

%

1

2

3

, мм

, мм

, мм

Способ 3

Методика эксперимента

Для определения показателя преломления используется стеклянная пластинка, одна поверхность которой зеркально отражает свет. На поверхности стекла нанесен штрих (точка  А  на рис.4). Сначала в микроскоп рассматривают сам штрих, а затем, перемещая тубус, находят его изображение (точка А' ), получающееся в результате отражения лучей света от зеркала и последующего их преломления на поверхности стекла. Используя закон преломления (при малых углах падения и преломления), можно получить формулу для определения показателя преломления стекла:

 ,                                                (5)

где  h  - толщина зеркальной пластинки,  d  - перемещение тубуса микроскопа.


Практическая часть

  1.  Измерить толщину зеркала микрометром. Измерения произвести не менее трех раз в различных местах зеркальной пластинки. Вычислить  . Результаты занести в табл.3.
  2.  Положить на предметный столик микроскопа зеркальную пластинку. Штрих должен располагаться на прозрачной поверхности пластины; при этом  прозрачная поверхность должна быть обращена к объективу.
  3.  Вращая винт грубой наводки микроскопа, получить в поле зрения окуляра отчетливое изображение штриха на поверхности зеркала.
  4.  Сделать первый отсчет  l1 . Результат занести в табл.3.
  5.   Плавно перемещая (вниз) тубус микроскопа, получить отчетливое изображение штриха. Сделать отсчет  l2 . Результат занести в табл.3.
  6.  Повторить измерения по пп. 3 -  5 три раза, каждый раз занося результаты в табл.3. Вычислить средние значения.
  7.  Вычислить перемещение тубуса  .
  8.  Вычислить показатель преломления стекла по средним значениям , используя формулу (5):

.

Таблица 3

Номер

опыта

h,

мм

l1,

мм

l2,

мм

,

мм

n

Δ n

εn,

%

1

2

3

, мм

, мм

, мм

Контрольные вопросы

  1.  Сформулировать законы отражения и преломления света.
  2.  Что такое показатель преломления света?
  3.  Почему в методике выполняемых упражнений в данной работе углы преломления и отражения считаются малыми? Насколько малыми?
  4.  Вывести расчетные формулы, которые используются при определении показателя преломления вторым и третьим способами.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63156. Я розкажу про Україну 22.62 KB
  У якій природній зоні найбільше лісів Лісова зона Яка природна зона більш розорана Зона степів Яка зона є перехідною між лісом і степом Зона лісостепу Яку територію охоплює зона субтропіків...
63158. Оцінювання навчальних досягнень учнів із теми «Життя людей за первісних часів» 25.6 KB
  Мета: оцінити навчальні досягнення школярів під час вивчення: теми шляхом проведення заліку. Очікувані результати. Після цього уроку учні зможуть: продемонструвати свої знання з теми «Життя людей за первісних часів»...
63159. Урок-узагальнення з теми «Передня Азія» 35.66 KB
  Мета. Систематизувати та узагальнити знання учнів із теми; ознайомити з культурною спадщиною та релігійними віруваннями народів Передньої Азії; простежити взаємозвязок між господарським і духовним розвитком країн; розширити світогляд школярів...