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

25 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

8516. Китайский этикет 29 KB
  Китайский этикет История китайского этикета В Китае этикет имеет долгую историю, ведущую свое начало от священных ритуалов глубокой древности. Повседневная жизнь древних народов определялась сложной системой запретов, табу и необходимых действий, им...
8517. Основи теорії права. Правові відносини 132.5 KB
  Тема 2. Основи теорії права. Правові відносини Мета заняття.Ознайомити студентів із соціальними нормами та правом як особливим видом соціальних норм, ознаками, функціями та джерелами права. Охарактеризувати складові елементи системи права, сут...
8518. Соціальна структура суспільства 28.38 KB
  Соціальна структура суспільстваМЕТА: створити умови для: розуміння учнями всіх особливостей розвитку соціальної структури розвитку аналітичного та логічного мислення учнів на основі опрацювання історичного матеріалу вміння об...
8519. Суспільно-політичний розвиток західноукраїнських земель у 60 - першій половині 70-х рр. XIX ст 26.6 KB
  Тема уроку. Суспільно-політичний розвиток західноукраїнських земель у 60 - першій половині 70-х рр. XIX ст. Мета уроку: показати причини й особливості пожвавлення суспільно-політичного руху після революції 1848-1848 рр. довести реакційну...
8520. Психологические трудности детей-дошкольников из неполных семей 2.31 MB
  Семья для маленького ребенка – это целый мир. Мир, в котором он живёт, действует, делает открытия, учится любить, ненавидеть, радоваться, сочувствовать. В семье ребенок приобретает первоначальный опыт общения, умения жить среди людей, первый опыт жить в социальном мире.
8521. Основи Цивільного права. Урок 189 KB
  Тема 5. Основи Цивільного права Мета заняття.Ознайомити студентів із цивільним правом, його джерелами та відносинами, що ним регулюються, субєктами та обєктами цивільно-правових відносин, суттю права власності та формами його захис...
8522. Разработка маркетинговой программы 300.5 KB
  Целью курсовой работы является разработка маркетинговой программы по развитию фирмы. При разработке маркетинговой программы рассмотрены проблемы связанные с выбором товара и изучением его основных характеристик с точки зрения маркетинга...
8523. Оценка уровня качества сложного технического объекта. «Видеокамера Sony hdr-cx250e» 261.5 KB
  Качество – это совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворить установленные и предполагаемые потребности. Оценка уровня качества продукции представляет собой совокупность операций, включающих выбор номенклатуры показателей качества оцениваемой продукции
8524. Основи сімейного та житлового права України 143 KB
  Тема 8. Основи сімейного та житлового права України Мета заняття.Ознайомити студентів із основами сімейного законодавства, порядком укладання та розірвання шлюбу, особистими та майновими правами подружжя, взаємними правами та обов’язками ...