Визначення показника заломлення скляної пластинки за допомогою мікроскопа

Мета роботи: освоїти методику визначення показника заломлення плоскопаралельних прозорих пластинок; визначити показник заломлення скла.

Прилади і матеріали: мікроскоп з мікрометричним гвинтом, мікрометр, набір скляних пластинок різної товщини з двома взаємно перпендикулярними штрихами на верхній та нижній поверхнях, освітлювач.

Теоретичні відомості

Промінь, що падає на границю двох прозорих середовищ оптичної густини, розділяється на два промені — відбитий і заломлений.

Синус кута падіння i відноситься до синуса кута заломлення r як швидкість світла в першому середовищі υ₁ до швидкості світла в другому середовищі υ₂

. (1)

Із співвідношення (1) випливає, що швидкість світла неоднакова в різних середовищах і для променю деякої хвилі справедливі рівності:

. (2)

Величина n₂₁ називається відносним показником заломлення другого середовища відносно першого. Якщо одним із середовищ є вакуум, то показник заломлення другого середовища називається абсолютним показником заломлення. Це записується як:

, (3)

де с і υ - швидкості світла відповідно у вакуумі і в даному середовищі.

Показник заломлення залежить від довжини хвилі світла і від властивостей середовища. Абсолютні показники заломлення більші одиниці, тому що швидкість розповсюдження світла в будь-якому середовищі менша, ніж у вакуумі.

Якщо відомі абсолютні показники заломлення двох середовищ п₁ і п₂, то їх відносний показник заломлення визначається за формулою:

. (4)

Оскільки швидкість світла в повітрі наближається до швидкості світла в вакуумі, то показник заломлення, що вимірюється відносно повітря, практично дорівнює абсолютному показнику.

Показник заломлення як оптична характеристика прозорих середовищ (твердих, рідких і газоподібних) має велике значення для практики. Наприклад, за значеннями показника заломлення можна визначити структуру складних молекул і встановити типи хімічного зв'язку між атомами, визначити з великою точністю (0,01 – 0,1 %) процентний склад газоподібних і рідинних сумішей, вимірювати їх густини і т.д.

Для визначення показників заломлення різних речовин відомі різні методи. Одним з них є метод визначення показників заломлення плоскопаралельних прозорих пластинок за допомогою мікроскопа.

В основі цього методу лежить явище уявного зменшення товщини пластинок внаслідок заломлення світових променів, що проходять крізь неї при розгляданні пластинки перпендикулярно до її поверхні.

Нехай точка А розглядається через плоскопаралельну пластину К (рис.1). Промені АВ і АС, що йдуть з точки А після заломлення на границі скло-повітря будуть розповсюджуватись відповідно по напрямах BD і СЕ. Продовження цих променів перетинаються в точці а₁. В цій же точці перетнуться також продовження всіх променів, що виходять з точки А. Таким чином, спостерігачеві здається, що промені виходять не з точки А, а з її уявного зображення А₁, тобто точка А здається розміщеною ближче до спостерігача на величину а = АА₁ .

Встановимо зв'язок між показником заломлення скла і товщиною пластинки K.

З ΔAFC i ΔA₁ FC маємо:

, (5)

. (6)

Перемножуючи рівності (5) і (6), знайдемо:

. (7)

Враховуючи співвідношення

Залежність (7) зводимо до вигляду:

(8)

Рис. 1

При спостереженні вертикально зверху i = 0. Тому співвідношення (8) приймає вигляд:

. (9)

На рис. 2 показано загальний вигляд мікроскопа: Ок – окуляр, Т-тубус, В1- кремальєра, В2 - мікрометричний гвинт, Об - об'єктив, С - предметний столик, К - конденсор, Дз - дзеркало.