3. Контрольные вопросы.

3.1. Что называют абсолютным показателем преломления материала?

3.2. Как соотносятся между собой угол падения излучения и угол отражения?

3.3. Поясните ход лучей снаружи и внутри плоско параллельной пластинки.

Лабораторная работа № 2 Определение угла полного внутреннего отражения на границе двух диэлектрических сред

Цель: изучить явление полного внутреннего отражения от границы оптически менее плотной среды.

1. Краткое теоретическое описание

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⁾

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)

Среду с меньшим абсолютным показателем преломления называют оптически менее плотной. При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную n₂ < n₁ (например, из стекла в воздух) можно наблюдать явление полного отражения, то есть исчезновение преломленного луча. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол α_пр, который называется предельным углом полного внутреннего отражения (см. рис. 1.).

Для угла падения α = α_пр  sin β = 1 значение sin α_пр = n₂ / n₁ < 1.

Если второй средой является воздух (n₂ ≈ 1), то формулу удобно переписать в виде

sin α_пр = 1 / n, (3)

где n = n₁ > 1 – абсолютный показатель преломления первой среды.

Для границы раздела оргстекло–воздух (n = 1,5) критический угол равен α_пр = 42°, для границы вода–воздух (n = 1,33) – α_пр = 48,7°.

Рисунок 1.

Полное внутреннее отражение света на границе вода–воздух; S – точечный источник света.

Явление полного внутреннего отражения находит применение во многих оптических устройствах. Наиболее интересным и практически важным применением является создание волоконных световодов, которые представляют собой тонкие (от нескольких микрометров до миллиметров) произвольно изогнутые нити из оптически прозрачного материала (стекло, кварц). Свет, попадающий на торец световода, может

распространяться по нему на большие расстояния за счет полного внутреннего отражения от боковых

п

Рисунок 2

Распространение света в волоконном световоде.

оверхностей (рис 2.). Научно-техническое направление, занимающееся разработкой и применением оптических световодов, называется волоконной оптикой.

2. Порядок выполнения работы.

2.1. Соберите на оптической скамье оптическую схему, показанную на рис. 3:

Рис. 3.

2.2. Выберите из предлагаемого окна работы материал полушара, показатель преломления которого нужно определить.

2.3. Поворачивая полушар относительно центра в диапазоне 90÷180^о, зарегистрируйте и занесите в таблицу №1 значения двух ближайших углов падения, один из которых соответствует появлению преломлённого луча. *

Таблица №1

№	Угол между плоской гранью полушара и горизонтом	Угол паде-ния луча 	Угол преломле-ния луча 	Средний угол падения ср= (12)/2	Предельный угол полного внутреннего отражения	Материал и коэффициент преломления
1
2

2.4. Для выбранного материала полушара по соотношению (3) рассчитайте, коэффициент преломления и занесите результат вычислений в таблицу №1.

2.5. Определите по таблице 2 вид материала и рассчитайте относительное отклонение измеренного значения относительного показателя преломления от его точной величины.

Сформулируйте выводы по проделанной работе

Таблица №2

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