50131

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ПЛАСТИНЫ С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПА

Лабораторная работа

Физика

Углы падения отражения и преломления отсчитываются от нормали к границе раздела двух сред ON. Направления этих лучей определяются следующими законами геометрической оптики: луч падающий АО луч отраженный ОВ луч преломленный ОД и нормальON восстановленная в точке падения О лежат в одной плоскости; угол отражения NOB численно равен углу падения ON; синус угла падения i относится к синусу угла преломления r как скоростьсвета в первой среде υ1 относится к скорости света во второй среде υ2. 1 Последний закон в оптике известен как...

Русский

2014-01-16

160 KB

10 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ПЛАСТИНЫ С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПА

Цель работы: изучение законов геометрической оптики, определение показателя преломления вещества кюветы и дистиллированной воды.

Обеспечивающие средства; осветительная лампа, микроскоп, наклонная плоскость, кювета, дистиллированная вода.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Законы геометрической оптики.

При прохождении света через границу раздела двух прозрачных сред неодинаковой оптической плотности, падающий луч света АО разделяется на два луча: отраженный ОВ и преломленный ОД (рис. 1). Углы падения, отражения и преломления отсчитываются от нормали к границе раздела двух сред ON.

Направления этих лучей определяются следующими законами геометрической оптики:

  1.  луч падающий АО, луч отраженный ОВ, луч преломленный ОД и нормаль
    ON, восстановленная в точке падения О, лежат в одной плоскости;
  2.  угол отражения NOB численно равен углу падения AON;
  3.  синус угла падения i относится к синусу угла преломления r, как скорость
    света в первой среде
    υ1 относится к скорости света во второй среде υ2.

(1)

Последний закон в оптике известен как закон преломления Снеллиуса, он говорит о том, что свет распространяется в различных средах с разной 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, называется относительным показателем преломления второй среды по отношению к первой n21.

Если одна из сред, например 1, вакуум, то показатель преломления n2 данной среды 2 по отношению к вакууму называется абсолютным показателем преломления или просто показателем преломления. Абсолютный показатель преломления n2 в этом случае определяется соотношением:

где с = 3 • 108 м/с - скорость света в вакууме, υ2 - скорость света в среде 2.

Таким образом,  абсолютный показатель преломления есть отношение скорости света в вакууме к скорости света в данной среде:

(2)

Относительный показатель преломления двух сред n21 связан с абсолютным показателем преломления следующим соотношением:

Это выражение можно записать в более общем виде:

(3)

Из формулы (3) видно, что при прохождении света через границу раздела различных сред, произведение абсолютного показателя преломления на синус угла к нормали сохраняется.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Определение показателя преломления

вещества кюветы и дистиллированной воды.

В основе метода определения показателя преломления лежит явление смещения луча при прохождении им плоскопараллельной пластины (рис. 2).


Из рисунка 2 видно, что:

(4)

где d - толщина пластины, S - смещение луча при прохождении пластины, α и β -угол падения и угол преломления светового луча, соответственно.

Учтем, что:

и подставим это выражение в формулу (4):

(5)

Закон преломления (3) для случая, если первая среда воздух с показателем преломления n1 = 1, а вторая среда - пластина с показателем преломления n2 = n, можно записать следующим образом:

(6)

Из (6) следует, что:

(7)

а с учетом основного тождества тригонометрии:

(8)

Подставим (7) и (8) в формулу (5):

(9)

следовательно


и

Таким образом, показатель преломления пластины равен:

(10)

Из формулы (10) следует, что для определения показателя преломления пластины n, необходимо измерить: α - угол падения светового луча на пластину, ее толщину d и смещение луча S, при прохождении его через пластину.

Если рассматривать пустую кювету (рис. 3), то полное смещение светового луча Sкюветы обусловлено обеими стенками кюветы с общей толщиной кюветы  dкюветы =dкюветы1 + dкюветы2 (полость кюветы, заполненная воздухом, смещения луча не вызывает). Поэтому при расчете показателя преломления вещества кюветы по формуле (10) необходимо использовать измеренные значения Sкюветы и dкюветы =dкюветы1+dкюветы2.

Заполним кювету дистиллированной водой. Согласно формулам (3) и (6):

и

следовательно, как видно из сравнения с выражением (6) и последующими выводами, показатель преломления дистиллированной воды также можно вычислить по формуле (10). При его расчете необходимо использовать смещение светового луча Sводы, вызванного слоем воды с толщиной dводы, который равен толщине полости кюветы.

В настоящей работе смещения светового луча Sкюветы и Sводы, вызванные стенками кюветы и дистиллированной водой, измеряется с помощью микроскопа. Для этого необходимо сфокусировать микроскоп на предметный столик и добиться резкого изображения перекрестия на стеклянной пластине, расположенной на предметном столике. С помощью микрометрического винта, находящегося с правой стороны микроскопа, совместите перекрестия стеклянной пластины и окуляра. Поставьте на предметный столик наклонную плоскость и снова добейтесь четкого изображения перекрестия пластины, далее совместите перекрестия пластины и окуляра. Зафиксируйте показания микрометрического винта φ1 .При дальнейших измерениях микрометрический винт необходимо поворачивать только в одну сторону. 100 делений на шкале микрометрического винта микроскопа соответствуют 1 миллиметру.

Установите пустую кювету на наклонную плоскость, сфокусируйте микроскоп на перекрестие стеклянной пластины и поворотом микрометрического винта совместите перекрестия пластины и окуляра. Запишите показания микрометрического винта φ2. Разность значений φ2 – φ1, выраженная в миллиметрах, равна смещению светового луча Sкюветы, вызванного двумя стенками ПУСТОЙ  КЮВетЫ С ПОЛНОЙ ТОЛЩИНОЙ dкюветы =dкюветы1+dкюветы2.

Не трогая микрометрический винт микроскопа, снимите кювету с наклонной плоскости. С помощью шприца заполните кювету дистиллированной водой и установите ее на наклонную плоскость. Снова сфокусируйте микроскоп на изображение перекрестия пластины и поворотом микрометрического винта совместите перекрестия пластины и окуляра. Запишите показания микрометрического винта φ3. Разность значений φ3 – φ2, выраженная в миллиметрах, равна смещению светового луча ЅВОды,вызванного слоем воды с толщиной dBoды,который равен толщине полости кюветы.

Вылейте воду из кюветы и высушите кювету.

Для того, чтобы найти α - угол падения светового луча на кювету, измерьте линейкой катеты наклонной плоскости. Так как наклонная плоскость представляет собой прямоугольный треугольник, рассчитать синус и косинус угла падения а можно по формулам:

(11)

где а - длинный катет; b - короткий катет.

Микроскопом измерьте ТОЛЩИНУ стенок кюветы dкюветы =dкюветы1+dкюветы2.и толщину полости кюветы, которая соответствует толщине слоя воды dBoды.Выразите эти значения в миллиметрах.

По формуле (10), используя Sкюветы и dкюветы, рассчитайте показатель преломления вещества кюветы и по значениям Sводы,dBoдыпоказатель преломления дистиллированной воды.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

  1.  Сфокусировать микроскоп на предметный столик и добиться резкого
    изображения перекрестия на стеклянной пластине, расположенной на
    предметном столике.
  2.  С помощью микрометрического винта, находящегося с правой стороны
    микроскопа, совместить перекрестия стеклянной пластины и окуляра.
  3.  Поставить на предметный столик наклонную плоскость и добиться четкого
    изображения перекрестия пластины, совместить перекрестия пластины и
    окуляра.
  4.  Записать показания микрометрического винта φ1.При дальнейших измерениях
    микрометрический винт необходимо поворачивать только в одну сторону.
  5.  Установить пустую кювету на наклонную плоскость, сфокусировать
    микроскоп на перекрестие пластины и поворотом микрометрического винта
    совместить перекрестия пластины и окуляра. Записать показания
    микрометрического винта φ
    2.

Найти разность значений φ21 и выразить ее в миллиметрах. Эта величина
равна смещению светового луча
Sкюветы, вызванного двумя стенками пустой
кюветы с полной толщиной
dкюветы = dкюветы 1 + dкюветы 2  (100 делений на шкале
микрометрического винта микроскопа соответствуют 1 миллиметру.)

С помощью шприца заполнить кювету дистиллированной водой и снова
установить ее на наклонную плоскость, не трогая микрометрический винт
микроскопа.

Сфокусировать микроскоп на перекрестие пластины и поворотом
микрометрического винта совместить перекрестия пластины и окуляра.
Записать показания микрометрического винта φ
3.

Найти разность значений φ3- φ2 и выразить ее в миллиметрах. Эта величина
равна смещению светового луча
SBOды,вызванного слоем воды с толщиной
dводы, который равен толщине полости пустой кюветы.

Вылить воду из кюветы и высушить кювету.

Линейкой измерить катеты наклонной плоскости.

По формулам (11) рассчитать синус и косинус угла падения. В этих формулах:
а - длинный катет;
b - короткий катет.

Микроскопом измерить ТОЛЩИНу СТеНОК КЮВеТЫ dкюветы = dкюветы 1 + dкюветы 2 И

толщину полости кюветы, соответствующей толщине слоя воды dводы.Выразить эти значения в миллиметрах.

  1.  По формуле (10), используя Sкюветы и dКЮВеты , рассчитать показатель
    преломления вещества кюветы.
  2.  По формуле (10), используя SBoды,dBoды рассчитать показатель преломления
    дистиллированной воды.
  3.  Сделать вывод и оформить отчет.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  Сформулируйте законы геометрической оптики.
  2.  Дайте определение абсолютного показателя преломления среды, как он связан
    со скоростью света в вакууме?
  3.  Выведите формулу для определения показателя преломления пластинки.
  4.  Почему для нахождения показателя преломления вещества кюветы и
    дистиллированной воды используется одна и та же формула?
  5.  Какие измерения необходимо провести в работе, каким образом это делается?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22067. Ренессанс 43 KB
  преобладали мотивы и формы Позднего Средневековья и в ряду европейских литератур эпохи Возрождения она была едва ли не самой старомодной то в XVII в. В эпоху Возрождения начало меняться общественное положение литератора произошло ускорение информационных процессов. Поэт Возрождения уже не ремесленник но творец. Именно этим смыслом и наполнена поэтическая тема уединения столь характерная для всех поэтов Возрождения.
22068. Гуманизм и Реформация 55 KB
  Ненависть народа направлена была также и против католической церкви которая пользуясь государственной слабостью Германии старалась выкачать из нее как можно больше денег. Города и прежде всего вольные города становились важнейшими очагами духовной жизни Германии вступившей в эпоху возрождения. По той резкости с какой наиболее воинствующие гуманисты Германии нападали на алчность развращенность и обскурантизм католического клира не щадя при этом официального богословия они несомненно превосходили своих итальянских учителей. Для...
22069. Методика і техніка організації експерименту 70.5 KB
  Методика і техніка організації експерименту План 1.Етапи проведення експерименту. Види експерименту і методика їх проведення.Типові помилки в проведенні експерименту.
22070. Обробка, аналіз та інтерпретація отриманої інформації 313.5 KB
  Потім близькі за смислом відповіді об’єднуються і кожній групі приписується певний код. Таким чином при класифікації відкритих відповідей необхідно дотримуватися наступних правил: виділяти групи відповідей у відповідності до мети дослідження; всі відповіді в одній групі повинні мати загальну логічну і смислову основу; різні групи повинні розрізнятися чітко по смислу. Наприклад: середній бал у групі де ознаки мають такі варіації 54. Наприклад аналіз відвідування занять студентами 2х груп в першій групі – 20 студентів в другій – 30...
22071. ОФОРМЛЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ТЕОРЕТИКО-ЕКСПЕРТНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ 21.5 KB
  Загальні вимоги до оформлення науководослідної роботи. Правила оформлення науководослідної роботи. Літературне оформлення науководослідної роботи. Організація і методика науководослідницької діяльності.
22072. ДИПЛОМНА, МАГІСТЕРСЬКА РОБОТИ ЯК КВАЛІФІКАЦІЙНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ 1.3 MB
  ТЕМА: ДИПЛОМНА МАГІСТЕРСЬКА РОБОТИ ЯК КВАЛІФІКАЦІЙНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ План 1. Загальна характеристика дипломноїмагістерської роботи. Алгоритм написання магістерської роботи. Заключний етап роботи.
22073. НАУКОВО-ПЕДАГОГІЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ 100 KB
  ТЕМА: НАУКОВОПЕДАГОГІЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ План 1. Науково педагогічне дослідження: сутність мета і завдання.Види та етапи науковопедагогічного дослідження. Педагогічні дослідження: методологічні поради молодим науковцям.
22074. ТЕОРЕТИЧНИЙ ПОШУК В ПЕДАГОГІЧНОМУ ЕКСПЕРИМЕНТІ 63 KB
  Розробка задуму наукового дослідження визначення проблеми обгрунтування її актуальності; вивчення об’єкту дослідження та визначення його предмету; постановка мети та формування задач дослідження.Теоретичний пошук має велике значення у визначенні сутності експериментального дослідження. Починається теоретичний пошук з розробки задуму наукового дослідження. Задум наукового дослідження – це уявлення про те нове що буде привнесено в теорію і практику в результаті дослідження закономірності перебігу і розвитку процесу практичні...
22075. ЗАГАЛЬНА МЕТОДОЛОГІЯ НАУКОВОГО ДОСЛІДЖЕННЯ 239.5 KB
  ТЕМА: ЗАГАЛЬНА МЕТОДОЛОГІЯ НАУКОВОГО ДОСЛІДЖЕННЯ План 1. методика і техніка дослідження. Методологічні основи педагогічного дослідження. Педагогічні дослідження: методологічні поради молодим науковцям.