Лабораторная работа № 3. Определение показателя преломления стекла с помощью микроскопа и числовой апертуры микроскопа.

Приборы:

1. Микроскоп “Биолам Р1 У4,2”.

2. Покровное стекло.

3. Микрометр.

4. Стеклянная пластинка с меткой на одной поверхности.

Методика и описание установки.

Первые законы оптических явлений были установлены на основе представлений о прямолинейных световых лучах.

П ри прохождении света через ровную плоскую границу двух прозрачных веществ, воздуха и стекла или воды и стекла и т.д., падающий луч АВ (рис.1.) разбивается на

рис.1

два новых луча: отраженный луч ВС и преломленный ВД. Отраженный луч ВС лежит в одной плоскости c падающим лучом АВ и нормалью ВК, восстановленный из точки падения, при этом угол отражения численно равен углу падения .

По закону преломления света, преломленный луч ВД лежит в одной плоскости с падающим лучом АВ и нормалью, восстановленный из точки падения: отношение синуса угла падения , к синусу угла отражения , есть величина постоянная для данной пары вещества:

(1)

где, - относительный показатель преломления второго вещества по отношению к первому.

Показатель преломления какого-либо вещества по отношению к пустоте называется абсолютным показателем данного вещества . Слово “абсолютный” обычно опускают, тогда просто говорят о показателе преломления данного вещества.

Рассмотрим законы отражения и преломления, можно прийти к выводу, что относительный показатель преломления двух веществ равен отношению их абсолютных показателей преломления. Закон преломления света на границе двух прозрачных сред может быть представлен в виде:

(2)

Предмет, рассматриваемый через плоскопараллельный слой прозрачного вещества, имеющую большую оптическую плотность, по сравнению с воздухом, кажется приподнятым над своим действительным положением. Представим себе, что рассматриваем точку О через плоскопараллельную, стеклянную пластинку. (Рис. 2).

E b D

i

B

C

O` r

d

а

a O

Рис. 2.

Проведем из точки О два луча ОВ и ОС. После преломления эти лучи пройдут по направлению СД и ВЕ. Наблюдая сверху, мы увидим точку О на пересечении продолжения лучей ДС и ЕВ, т.е. в точке О`. Таким образом, точка О покажется нам расположенной выше на величину а = ОО`. Найдем связь между показателем преломления стекла толщиной пластинки d и величиной кажущегося поднятия точки а. Из рисунка 2 следует, что

и

Перемножая полученные выражения, имеем:

(3)

Принимая во внимание, что после преобразования получим:

При ; . Таким образом, при наблюдении вертикально сверху

. (4)

Где d- толщина стеклянной пластинки (покровного стекла), а – кажущегося поднятия предмета.

Д ля определения а в настоящей работе используется микроскоп “Биолам Р1 У4,2”.

рис.3.

Оптическая схема микроскопа (Рис. 3) состоит из следующих частей:

а) осветительная система, включающая в себя зеркало 18 и конденсор 8 с диафрагмой 19;

б) наблюдательная система, состоящая, из объектива 9, призмы 20 и окуляра 10, соединенной в тубусе микроскопа. Пучок лучей от источника света падает на зеркало 18, отражающее свет к диафрагме 19, затем пучок лучей проходит через конденсор 8 и падает на рассматриваемый предмет, идет дальше и объектив 9, призма 20 отклоняет пучок лучей под углом 45⁰ к вертикали. Наклонное положение выходящего пучка обеспечивает удобство при работе с микроскопом. Объектив 9 изображает а в фокальной плоскости окуляра 10, который служит для рассматривания увеличенного изображения стеклянной пластинки.

Составными частями микроскопа являются столик 21, коробка с микро механизма 2, револьвер 6 (Рис. 3). Башмак 1 микроскопа подковообразной формы, имеет снизу три опорные площадки, что придает микроскопу устойчивое положение. Коробка микромеханизма привинчена к башмаку микроскопа. Микромеханизм состоит из системы зубчатых колес и рычага, он проводится в действие вращением рукояток 11, расположенных справа и слева от коробки. Слева от оси рукояток закреплен барабан со шкалой, разделенной на 50 частей.

Каждое пятое деление обозначено цифрой от 0 до 9 по шкале барабана можно определить величину подъема или опусканию тубуса. Один оборот барабана соответствует перемещению тубуса на 0,1 мм, т.е. цена деления барабана равна 0,002 мм. Общая величина перемещения тубуса от упора до упора равна 2,2 – 2,4 мм. Крайние положения тубуса отмечены рисками, нанесенными на коробке микромеханизма. На подвижной части нанесена одна риска (точка), а на неподвижной – две риски, соответствие двум крайним положениям тубуса. Микромеханизм служит для точной фокусировки, грубая фокусировка осуществляется при помощи рукояток 14. Предметный столик укреплен на специальном кронштейне. Верхняя часть предметного столика может вращаться, для чего необходимо опустить винт 13. Столик следует вращать за рукоятку за накатанную часть. Корме того, при помощи двух винтов 12 столик может перемещаться (центрироваться) на 8 мм, что позволяет привести нужный участок препарата в поле зрения. Тубуосодержатель 4, имеющий дуги, в верхней части имеет головку 15, служащую для крепления револьвера 6. Револьвер служит для крепления и быстрой смены объектива. В настоящей работе применяется объектив с увеличением 40^х.

Разрешающей способностью R микроскопа называется предел видимости, при котором две точки предмета различимы как две точки изображения.

(5)

Вершина А = n sinu называется числовой апертурой микроскопа. В формуле (5) n=1 (воздух)- показатель преломления среды. в котором находится рассматриваемый предмет. u – апертурный угол объектива микроскопа; λ- длина волны падающего света. Если расстояние между точками объекта меньше d, то эти точки в поле зрения микроскопа сольются в одну, как бы не было велико увеличение микроскопа.

Порядок выполнения работы.