«Определение показателя преломления призмы »

Цель работы: Нахождение преломляющего угла призмы с последующим определением ее показателя преломления.

Приборы и принадлежности: комплекс ЛКО-5; призма флинт; стол поворотный, фотодатчик диодный.

Теоретическое введение

Показатель преломления - одна из важнейших оптических характеристик данного вещества. Ему можно дать два определения. Геометрическое определение гласит: показателем преломления какого либо вещества относительно вакуума называется отношение синуса угла падения к синусу угла преломления при прохождении луча из вакуума в вещество. Физическое определение гласит: показатель преломления какого либо вещества относительно вакуума есть отношение скорости распространения света в вакууме к скорости распространения света в веществе.

Закон преломления (закон Снелла) утверждает, что при переходе из одной прозрачной среды в другую, световой луч меняет свое направление. Например, если луч света попадает из воздуха в воду или стекло, то он отклоняется в сторону нормали (рис.1).

Воздух α -угол падения

β -угол преломления

α > β

Стекло

Рис.1

Теперь рассмотрим и покажем, почему на границе раздела двух сред меняется направление распространение волны. На рис. 2 изображены два последовательных положения участка волнового фронта АВ и А’ В’. Пусть ₁ длина световой волны в среде 1, а ₂ – в среде 2; - скорость волны в среде 1, а - в среде 2, - частота, тогда

(1)

₁

Среда 2

₂

Среда 1

₁

₂

Рис.2

Из прямоугольного треугольника АВВ’ находим sin ₁= , а из прямоугольного треугольника А’ АВ sin ₂= .

Разделив первое соотношение на другое:

Подставим сюда вместо ₁ и ₂ их отношение, полученное из (1); тогда

с/ - это показатель преломления среды. Следовательно,

(закон Снелла) (2)

где n₁ и n₂ – показатели преломления соответственно среды 1 и 2.

Описание установки

Лабораторный оптический комплекс ЛКО-5

Рис.3

Каркас установки состоит из двух боковин 1, стянутых опти­ческой скамьей 2 плитой-основанием и задней стенкой. Вдоль каркаса размещена оптическая скамья 2, состоящая из двух рельс. Оптическая ось установки расположена отно­сительно оптической скамьи на высоте 45 мм от верхнего края рельс. Излучатель 3 (лазер в держателе с 5 степенями свободы) уста­новлен на оптической оси установки над оптической скамьей.

На задней стенке и на боковым стенках каркаса размещен белый экран 4.

Лазер, смонтированный со схемой стабилизации тока в оправе и закреплен подвижно в корпусе (рис.4). Корпус установлен на двух стойках. Двумя передними винтами 1 и двумя задними винтами 2, лазер можно перемещать относительно корпуса, подбирая нужное положение и направление пучка излучения.

Излучатель с лин­зой-насадкой на оптической скамье

Рис.4

Стол поворотный (рис.5 ) предназначен для установки объектов с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, а также для отсчета угловых координат и углов поворота. Поворот стола производится ручкой 1. Отсчет угловых координат производится по основной шкале 2 (цена деления 2^о) и нониусу 3 (цена деления 0,5^о). Рычаг 4 поворачивают до совпадения его вертикальной риски с одним из делений основной шкалы и снимают отсчет по основной шкале. К полученному значению прибавляют отсчет по нониусу. Таким методом можно снимать отсчеты с разрешением 0,1^о при погрешности порядка 0,2^о. Углы поворота определяют как разности угловых координат.

Объекты вставляют в кронштейны 5. Винтом 6 регулируют наклон платформы стола и установленного на столе объекта.

Рис. 5

Фотодатчик (рис.6) содержит фотодиод в светонепроницаемой оправе 1 с входным окном (отверстие диаметром 3 мм) в экране 2. Датчик установлен на стандартном экране 3 размерами 40х80 мм, который вставляется в кронштейны поворотного стола. При этом окно датчика оказывается на уровне оптической оси установки.

Рис.6

Настройка установки

Настройка установки заключается в фиксации лазерного луча и центров оптических элементов на оптической оси установки. Совместную настройку группы оптических элементов называют юстировкой.

Юстировка. Придвиньте поворотный стол с установленным в нем фотодатчиком к излучателю. Поворотом передних винтов излучателя (рис.4) совместите центр пятна излучения лазера с центром окна фотодатчика.

Отодвиньте поворотный стол с фотодатчиком как можно дальше от излучателя. Поворотом задних винтов излучателя (рис.4) совместите центр светового пятна с центром окна излучателя. Операцию юстировки повторите 2-3 раза. Пока смещение светового пятна от номинального положения при перемещении фотодатчика не окажется меньше радиуса входного отверстия фотодатчика.

Теория метода выполнения лабораторной работы