Лабораторная работа №13

Тема: «Измерение показателя преломления стекла»

Теория

Если световой пучок падает на поверхность, разделяющую две прозрачные среды разной оптической плотности, например воздух и воду, то часть света отражается от этой поверхности, а другая часть — проникает во вторую среду. При переходе из одной среды в другую луч света изменяет направление на границе этих сред. Это явление называется преломле­нием света.

рис 1. рис. 2

Преломление света оказывает кажущееся изменение формы предметов, их расположения и размеров. Если установить наклонно карандаш в сосуде с водой и посмотреть на сосуд сбоку, то можно заметить, что часть карандаша, находящаяся в воде, кажется сдвинутой в сторону (рис. 1).

Закон преломления света был открыт в начале XVII века голландским математиком Виллебрордом Снеллом, известным под именем Снеллиус, который применим для описания преломления волн и другой природы, например, звуковых.

Угол падения света на поверхность связан с углом преломления соотношением,

  (1)

где n — относительный показатель преломления .Физический смысл показателя преломления заключается в том, что он показывает во сколько раз скорость света в первой среде больше скорости света во второй.

  (2)

Если угол преломления β меньше угла падения α, то согласно (2) скорость света во второй среде меньше, чем в первой( рис2)

Закон преломления света

Падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр к гарнице раздела двух сред в точке падения , лежат в одной плоскости отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, равная отношению скоростей света в этих средах.

Каждая среда имеет свой показатель преломления относительно вакуума, который называется абсолютным . Пользуясь формулой (2), можно выразить относительный показатель преломления через абсолютные показатели преломления п₁ и п₂ первой и второй сред.

 

где с — скорость света в вакууме, то

   (3)

     Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее плотной средой.

При измерении показателей преломления жидких и твердых тел обычно определяются их показатели преломления по отношению к воздуху, абсолютный показатель преломления которого близок к единице: n =1,00027(Таблица1)

Вещество	Показатель преломления относительно воздуха
Вода (при 20°С)   Кедровое масло (при 20°С)   Сероуглерод (при 20°С)   Лед   Каменная соль   Кварц   Рубин   Алмаз   Различные сорта стекла	1.33 1,52 1,63 1,31 1,54 1.54 1,76 2,42 От 1,47 до 2.04

Рассмотрим случай, когда свет идет из среды с большим показателем преломления проникает в среду с меньшим показателем преломления (см. рис. 3). По мере увеличения угла падения увеличивается и угол преломления. При некотором значении угла падения α_пр(назовем его предельным) преломленный луч распространяется вдоль границы раздела (α = ). Если световой луч пустить на границу под углом α > α_пр , то он вообще не проникает во вторую среду. Вся световая энергия отражается, что и является полным внутренним отражением. В этом случае закон преломления записывается следующим образом : = . рис 3

В технических устройствах полное внутреннее отражение в призмах позволяет использовать призмы в оптических приборах: телескопах, биноклях, перископах(рис4), что улучшает освещенность изображений.

Большое применение полное внутреннее отражение получило в световодах . Световоды- это пучки прозрачных гибких волокон толщиной до 0,05 мм.

Прозрачные световоды изготовляют из расплава кварцевого стекла; наружная оболочка из того же кварца легируется примесями, снижающими показатель преломления (бор, германий, фосфор).

За счёт многократного полного отражения свет может быть направлен по любому пути, прямому и изогнутому(рис 5).

Световоды используются для передачи радиосигнала, изображения, в медицинских диагностических и лечебных приборах, в осветительных приборах, для декоративного освещения и т.д(рис5). Например, при исследовании желудка два световода опускаются в желудок. С помощью одного световода освещают нужный объект, посредством другого передают его изображение в фотокамеру или глаз. Получается хорошее изображение внутренних органов, несмотря на то, что световоды приходится перекручивать и изгибать самым причудливым образом.

В природе полным внутренним отражением объясняется образование радуги, серебристая окраска капелек росы(рис 

Рис 4 рис5. рис 6