ОПИСАНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Лабораторная работа № 1

Изучение законов отражения и преломления на границе двух диэлектрических сред

Лабораторная работа № 2

Определение угла полного внутреннего отражения на границе двух диэлектрических сред

Лабораторная работа № 3

Исследование дисперсии света в диэлектрических материалах

Лабораторная работа № 4

Исследование работы тонкой линзы со сферическими поверхностями

Лабораторная работа № 5

Определение фокусного расстояния тонкой линзы

Лабораторная работа № 6

Исследование явления интерференции лучей от двух тонких щелей

Лабораторная работа № 7

Проверка закона Малюса

Лабораторная работа № 8

Качественное изучение явления рефракции в среде с плавно изменяющимся показателем преломления

Лабораторная работа № 1

Изучение законов отражения и преломления на границе двух диэлектрических сред

Цель: определить связь между углами падения, отражения и преломления излучения на границе двух диэлектрических сред.

1. Краткое теоретическое описание

Основные законы геометрической оптики были известны задолго до установления физической природы света.

1. Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Следует отметить, что закон прямолинейного распространения света нарушается и понятие светового луча утрачивает смысл, если свет проходит через малые отверстия, размеры которых сравнимы с длиной волны.

На границе раздела двух прозрачных сред свет может частично отразиться так, что часть световой энергии будет распространяться после отражения по новому направлению, а частично пройти через границу и распространяться во второй среде.

2. Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α.

3. Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред:

⁽¹⁾

З акон преломления был экспериментально установлен голландским ученым В. Снеллиусом (1621 г.).

Постоянную величину n называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.

Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления:

n = n₂ / n₁ (2)

Рис 1. иллюстрирует законы отражения и преломления света. Среду с меньшим абсолютным показателем преломления называют оптически менее плотной.

Количество отраженной и преломленной энергии излучения зависит от коэффициента преломления и угла падения излучения.

Рисунок 1.

Законы отражения и преломления: γ = α;

n₁ sin α = n₂ sin β.

2. Порядок выполнения работы

2.1. Соберите на оптической скамье оптическую схему, показанную на рисунке:

Рис 2.

Включите красный луч. Необходимо, что бы ленточный пучок лазера попадал на центр полушара и проходил через ось симметрии транспортира.

2.2. Выберите из предлагаемой таблицы №1 и задайте на пульте показатель преломления окружающей среды n₁ и показатель преломления материала полушара n₂ . По формуле (2) определите относительный коэффициент преломления n для этих материалов.

Таблица №1

Коэффициент преломления материалов ( 20°С, для излучения жёлтого цвета)

Вещество	Коэффициент преломления
Оптические стёкла	1,51 ÷ 1,805
Алмаз	2,4195
Корунд (сапфир, рубин, А1203) .	1,768
Хлорид серебра	2,09
Полистирол (15°С)	1,592
Полиметакрилметил (органическое стекло)	1,491
Лед (0°С)	1,309
Вода	1,33
Воздух	1, 0003

2.3. Поворачивая полушар относительно центра в диапазоне 0÷90^о, зарегистрируйте и занесите в таблицу №2 значения углов падения, отражения, преломления и вычислите синусы этих углов для 7÷8 положений плоской грани полушара.

Таблица №2

№	Угол между плоской гранью полушара и горизонтом	Угол падения луча 	Sin 	Угол отраже-ния луча	Угол прелом-ления луча	Sin	Относитель-ный коэф-фициент преломления	Максимальная абсолютная погрешность измерения
1
2
3
4
5
6
7
8

2.4. Для каждого положения грани полушара рассчитайте экспериментальный относительный коэффициент преломления n , используя формулу (1), и занесите результат вычислений в таблицу №2.

2.5. Определите максимальное отклонение измеренного значения относительного показателя преломления от его точной величины.

2.6. Считая, что угол падения  задаётся с точностью до 0.1^о, а абсолютная погрешность отсчёта транспортира составляет половину цены деления, рассчитать относительную и абсолютную погрешность каждого измерения показателя преломления. Результаты занести в таблицу №2.

Относительная погрешность отношения считается по формуле:

Максимальная абсолютная погрешность измерений относительного показателя преломления:

2.7. Сформулируйте выражение, устанавливающее взаимосвязь между углом падения и отражения.

Сформулируйте выводы по проделанной работе.