ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЙ

СТЕКЛА МИКРОСКОПОМ И ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ТЕЛ РЕФРАКТОМЕТРОМ

Цель работы: 1) определить показатели преломления жидких и твердых веществ; 2) определить среднюю дисперсию вещества.

Приборы и принадлежности: микроскоп МБУ-4, рефрактометр ИРФ-454, объективный микрометр (штангенциркуль), набор образцов.

ЧАСТЬ 1

ИЗМЕРЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

ТВЕРДЫХ ТЕЛ С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПА

Теоретическое обоснование

При наблюдении предмета сквозь слой воды или стеклянную пластинку предмет всегда кажется расположенным ближе к наблюдателю, чем в действительности. Это кажущееся приближение связано с преломлением света на границе пластинки с воздухом и зависит как от толщины пластинки, так и от её коэффициента преломления. Измеряя толщину пластинки с помощью микрометра, а кажущееся смещение предмета при наблюдении сквозь пластинку с помощью микроскопа, тубус которого снабжен микрометрическим винтом, можно определить коэффициент преломления пластинки. Положим на столик микроскопа плоскопараллельную стеклянную пластинку толщины d с нанесенными на нее с обеих сторон неглубокими царапинами. Для удобства распознавания царапина на верхней стороне пластинки наносится вдоль пластинки, а на нижней – поперек. Микроскоп фокусируют на царапину, находящуюся на верхней стороне пластинки и, чтобы увидеть в микроскоп царапину, находящуюся на нижней стороне пластинки, тубус микроскопа необходимо переместить на некоторое расстояние х (рис. 4.1). Вследствие преломления лучей x < d.

Рис. 4.1.

Рассмотрим один из лучей, идущих в объектив от царапины, находящейся на нижней стороне пластинки. Из рис. 4.1 следует, что вследствие обратимости лучей

Если ограничимся малыми углами наблюдения (объектив микроскопа имеет малый апертурный угол), то

и, следовательно,

(4.1)

Измеряя толщину пластинки d и перемещение x тубуса микроскопа при перефокусировке его с верхней стороны пластинки на нижнюю, определяют показатель преломления п.

Истинная толщина пластинки d измеряется микрометром, кажущаяся толщина пластинки равна разности отсчетов положений тубуса при наводке микроскопа на верхнюю и нижнюю царапины.

Головка микрометрического винта имеет указатель, перемещающийся по шкале, нанесенной на неподвижном диске. Установив микроскоп так, чтобы отчетливо была видна верхняя царапина, отмечают по диску микрометрического винта деление k₁, стоящее против указателя. Затем вращением микрометрического винта перемещают весь тубус микроскопа вниз, добиваясь отчетливого видения нижней царапины.

При этом отсчитывается целое число оборотов винта (обозначим его через т) и деление диска k₂, против которого устанавливается указатель.

Обозначим через S шаг винта, а число делений на диске винта обозначим через N, тогда находим цену Z одного деления диска микрометрического винта:

Например: если шаг винта S= 0,107 мм, а число делений на диске 50, то цена одного деления диска Z = 0,002 мм.

Следовательно, т полных оборотов винта перемещают тубус микроскопа на mS мм, а разность делений винта k₂ – k₁ соответствует перемещению тубуса на (k₂ – k₁)Z мм.

Таким образом, перемещение тубуса микроскопа дает величину кажущейся толщины пластинки.

х=mS+(k₂ – k₁)Z (4.2)

Подставляя это выражение в формулу (4.1), получим окончательную формулу для вычисления показателя преломления стекла:

(4.3)

Описание установки

В работе для определения показателя преломления твердых веществ используется микроскоп МБУ-4 с шагом винта S=0,107 мм и ценой деления барабана Z=0,002 мм; набор пластинок из стекла, оргстекла и слюды, объективный микрометр.

Истинная толщина пластинки измеряется микрометром или штангенциркулем.