Лабораторная работа № 3.

Определение показателя преломления стекла с помощью микроскопа и числовой апертуры микроскопа.

Приборы:

1. Микроскоп.

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 преломления , 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 от-носительный показатель преломления двух веществ равен отношению их абсо-лютных 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 D

B

C

O`

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 = 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.

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

р ис.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 и падает на рассматриваемый предмет, идет дальше и объектив 9, призма отклоняет пучок лучей под углом 45⁰ к вертикали. Наклонное положение выходящего пучка обеспечивает удобство при работе с микроскопом. Объектив 9 дает увеличенное изображение риски стеклянной пластинки в фокальной плоскости окуляра 10.

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 со-ответствует 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 непод-вижной – две риски, соответствие двум крайним положениям тубуса. Микромеханизм служит для точной фокусировки, грубая фокусировка осущест-вляется при помощи рукоятки 14. Предметный столик укреплен на специальном кронштейне. Верхняя часть предметного столика может вращаться, для чего не-обходимо опустить винт 13. Столик следует вращать за рукоятку за накатанную часть. 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.