ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4

Определение показателя преломления различных сред.

1. Определение показателя преломления стекла с помощью микроскопа

ОБОРУДОВАНИЕ: микроскоп, стеклянные пластинки, штангенциркуль.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: определить с помощью микроскопа показатель преломления 2-3 стеклянных пластинок.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ РАБОТЫ

При прохождении света через ровную и плоскую границу двух прозрачных веществ не одинаковой оптической плотности падающий луч света АО разделяется на два луча - отраженный луч ОВ и преломленный ОД (рис.1).

А Р В

i i среда 1

υ₁ i>r

υ₂ r среда 2

Д

рис.1

Направления этих лучей определяются следующими законами отражения и преломления света:

ЛУЧ АО, ПАДАЮЩИЙ НА ПРЕЛОМЛЯЮЩУЮ ПОВЕРХНОСТЬ; НОРМАЛЬ К ПОВЕРХНОСТИ В ТОЧКЕ ПАДЕНИЯ РОР; ОТРАЖЕННЫЙ ЛУЧ ОВ И ПРЕЛОМЛЕННЫЙ ЛУЧ ОД ЛЕЖАТ В ОДНОЙ ПЛОСКОСТИ.

УГОЛ ОТРАЖЕНИЯ РОВ ЧИСЛЕНО РАВЕН УГЛУ ПАДЕНИЯ РОА.

СИНУС УГЛА ПАДЕНИЯ i ОТНОСИТСЯ К СИНУСУ УГЛА ПРЕЛОМЛЕНИЯ r КАК СКОРОСТЬ СВЕТА В ПЕРВОЙ СРЕДЕ ₁ ОТНОСИТСЯ К СКОРОСТИ СВЕТА ВО ВТОРОЙ СРЕДЕ ₂ :

- закон Снеллиуса

Последний закон говорит о том, что свет распространяется в различных средах с различной скоростью.

Для двух данных сред и для луча данной длины волны отношение скорости света в среде 1 к скорости света в среде 2 или отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, т.е.

Величина n₂₁ называется относительным показателем (коэффициентом) преломления второй среды по отношению к первой.

Если одна из сред, например 2, вакуум или воздух, то показатель преломления данной среды 2 по отношению к вакууму называется абсолютным показателем преломления данной среды или показателем (коэффициентом) преломления.

Абсолютный показатель преломления среды 2:

n₂ = C / ₂ ; n₂ = sin i / sin r

где C - скорость света в вакууме (C = 310⁶ м/с),

₂ - скорость света в данной среде 2,

т.е. показатель преломления среды есть отношение скорости света в вакууме к скорости света в данной среде n = C /  .

Показатель преломления зависит от длины волны света и от свойств среды. Абсолютные показатели преломления всегда больше единицы. Это означает, что скорость распространения света в данной среде всегда меньше, чем в вакууме.

Относительный показатель преломления двух сред n₂₁ связан с абсолютными показателями преломления сред n₁ и n₂ следующим соотношением:

Для определения показателей преломления веществ существуют различные методы, одним из которых является метод определения показателя преломления стекла при помощи микроскопа.

Предмет, рассматриваемый через плоскопараллельный слой прозрачного вещества, имеющего большую оптическую плотность по сравнению с воздухом, кажется нам расположенным ближе.

Представим себе, что рассматриваем точку (чернильное пятно) через плоско-параллельную стеклянную пластинку (рис.2)

е i i д

В i С

d О^/

a r

О

Рис.2

Проведем из точки О два луча ОВ и ОС. Эти лучи пойдут по направлениям ВЕ и СД (по законам преломления). Наблюдая сверху, мы увидим точку О на пересечении продолжения лучей СД и ВЕ, т.е. в точке О. Таким образом, точка О покажется нам расположенной ближе на величину, равную ОО . Найдем связь между показателем преломления стекла n ,толщиной пластинки d и величиной кажущегося поднятия точки a .

Из рис.2 следует, что

перемножая полученные выражения , имеем

Принимая во внимание ,что sin i / sin r = n , после преобразования получим :

при i  0, т.е. при нормальном падении света , где

N - относительный показатель преломления линзы (относительно воздуха),

n_СТ, n_В - абсолютный показатель преломления линзы и воздуха (n_В  1).

Таким образом при наблюдении вертикально сверху:

Описанным выше явлением кажущегося поднятия предмета пользуются при определении показателя преломления стеклянной пластины при помощи микроскопа.

ХОД ЛУЧЕЙ В МИКРОСКОПЕ.

Предмет АВ располагают вблизи фокуса объектива Л₁ Получают действительное, перевернутое, увеличенное изображение АВ . Окуляр Л₂ играет роль линзы. С его помощью получают мнимое увеличенное изображение АВ в глазу человека. Изображение АВ лежит в фокальной плоскости окуляра.

ХОД РАБОТЫ

1. Изучить законы отражения и преломления света.

2. Познакомиться с устройством микроскопа, уметь начертить ход лучей в микроскопе.

3. Вывести формулу для определения показателя преломления стеклянной пластинки при наблюдении сверху .

4. Произвести нужные измерения и определить показатель преломления 2-3 стеклянных пластинок.

И З М Е Р Е Н И Я

На стеклянную пластинку нанести небольшое чернильное пятно (точку). Исследуемую пластинку кладут на предметный столик микроскопа. Фокусируют микроскоп на верхнюю поверхность пластинки, замеряют длину тубуса. Затем фокусируют на нижнюю поверхность пластинки и снова замеряют длину тубуса.

Очевидно разность отсчетов микрометрического винта или разность отсчетов положения тубуса по штангенциркулю равна (d-a). Измеряют толщину пластинки микрометром или штангенциркулем и вычисляют показатель преломления по формуле:

; (1 - 2) = (d - a)

где d - толщина пластинки,

(d - a) = (1-2) - 1 и 2 - измерения штангенциркулем положения тубуса при фокусировании на верхнюю и нижнюю поверхности пластинки.

Повторяют измерения несколько раз и берут среднее значение для каждой пластинки, определяя погрешности и ошибку.

Оборудование: рефрактометр ИРФ-22, исследуемые жидкости, термометр, термостат (в данном случае парообразователь в виде колбы с отводной трубкой).

Цель работы: ознакомиться с устройством и принципом действия рефрактометра ИРФ-22, определить коэффициент преломления исследуемой жидкости его зависимость от температуры.