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

12 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

287. Сборка и настройка персонального компьютера 2.3 MB
  Системные настройки для оптимизации работы жесткого диска. Установка операционной системы Windows 7. Заправка картриджа лазерного принтера. Порядок сборки системного блока. Способы чистки дозирующего лезвия
288. Способи організації екстремального туризму 523 KB
  Сутність та особливості екстремального туризму. Виникнення та розвиток екстремального туризму в Україні. Туристичний маршрут Невгамовні річки карпат. Повітряні, наземні та екзотичні види екстремального туризму.
289. Кладка столбов и сварка трубопроводов 2.48 MB
  Технология кладки столбов по трёх рядной системе перевязки швов 2*2. Организация рабочего места электросварщика. Технология сборки и сварки трубопроводов из нержавеющей стали. Контроль качества сварных соединений трубопроводов на объектах.
290. Исследование рынка экспресс-доставки и разработка маркетингового плана ООО Рапида 2.27 MB
  Теория маркетинговых исследований и особенности изучения спроса на транспортные услуги. Исследование спроса на услуги экспресс-доставки рынка города Рыбница. Бизнес-модель создания предприятия по экспресс-доставке грузов для рынка города Рыбница - ООО Рапида
291. Синтез двухмерных фрактальных изображений 652 KB
  Построение плоских фрактальных изображений с помощью фрактального генератора, исследование их свойства, а также с помощью программы LSE создание фрактал в виде салфетки.
292. Визначення оптимальних обсягів виробництва консервованої продукції продуктовою компанією за допомогою професійного пакету MS Office 1.16 MB
  Визначення параметрів та факторів, накладання умов на фактори та параметри. Формалізація та ідентифікація обчислювального процесу. Вибір методу розв’язання та обрання програмного забезпечення.
293. Гиперссылки и управляющие кнопки. Создание презентации Проверь себя 580.5 KB
  Анимированные эффекты перехода смены слайдов по щелчку мыши. Создание презентации Проверь себя. Дополнение ее слайдами с гиперсылками в виде текста и картинок. Настройка навигации программы для создания презентаций.
294. Характеристика эксплуатации газодобывающего предприятия Чайковское ЛПУ МГ 1.48 MB
  Должностная инструкция инженера по эксплуатации оборудования газовых объектов. Фотография рабочего дня инженера по эксплуатации оборудования газовых объектов. План-график проведения ППР основного и вспомогательного оборудования.
295. Проектирование композитных трёхмерных объектов, сцен и разработка приложения интерактивной компьютерной графики 566.5 KB
  Описание алгоритма и исходного кода программы проектирования композитной трехмерной сцены (замок) и разработки приложения интерактивной компьютерной графики. Разработана и отлажена программа, реализующая представленные алгоритмы на языке С++ с использованием библиотеки OpenGL.