106

Составители: И. К. Некрасов, д. физ.- мат. н., проф; В. В. Лентовский, доцент; О. В. Алексеева, ассистент.

УДК

Оптика: Метод. указания к лаб. раб. по физике. Сост. И. К. Некрасов, и др.; Под ред. И. К. Некрасова; Балт. гос. техн. ун-т. СПб, 2004 (2-ое издание, дополненное и исправленное).

Сборник создан на основе двух руководств:

1. Методическое руководство к лабораторным работам по физике. Часть третья. Оптика. Ленинград,1973.

2. Методические указания к лабораторным работам по физике. Часть V. Оптика. Ленинград,1988.

Предназначены для студентов 2 курса всех специальностей.

Ил. . Табл. . Библиогр.: назв.

Утверждено

редакционно-издательским

советом университета

Рецензент: кафедра физики твердого тела СПб ГТУ

(зав. каф. д-р физ-мат. наук, проф. А.А.Липовский)

БГТУ, СПб, 2004

Лабораторная работа № 1

Определение показателя преломления стеклянной плоскопараллельной пластинки при помощи микроскопа Теоретическое обоснование работы

П усть требуется определить показатель преломления n_ст стеклянной пластинки ИП, толщина которой d (рис. 1.1). Воспользуемся для этой цели вспомогательной пластинкой ВП, на поверхности которой нанесены штрихи ш (сетка Горяева), две царапины ц₁ и ц₂, на нижней и верхней поверхности пластинки ИП (рис. 1.2), и микроскопом М, объектив которого Об.

Тубус микроскопа может перемещаться в вертикальном направлении, и значения этого перемещения могут отсчитываться. Из рис. 1.2 видно, что штрих ш сетки Горяева при наблюдении в микроскоп будет виден в положении ш', смещенном от плоскости сетки Горяева на величину b₁ вверх. При этом справедливы соотношения и

Рис 1.1

, откуда

(1.1)

Для определения значения d, входящего в формулу (1.1), микроскоп фокусируют на царапину ц₁, нанесенную на нижнюю поверхность пластины ИП, а затем на царапину ц₂, нанесенную на верхнюю поверхность пластины ИП (рис. 1.1).

И з рис. 1.1 видно, что ; и и

(1.2)

где - расстояние от верхней поверхности пластины ИП до видимого положения царапины ц₁, нанесенной на нижнюю поверхность пластины.

В этой работе допустима замена отношений тангенсов углов отношениями синусов, что вызывает относительную погрешность результата, не превышающую 2%. Поэтому выражение (1.1) можно переписать

Рис 1.2

откуда

(1.3)

Выражение (1.2) можно переписать

откуда

. (1.4)

Подставляя значение d из выражения (1.4) в (1.3), получаем

. (1.5)

Значения b₁ и b₂ измеряются по вертикальной шкале микроскопа при его перемещениях для фокусировки на резкое видение штриха сетки Горяева и царапин, нанесенных на пластину ИП.

Порядок выполнения работы

1. Фокусируем микроскоп на штрих вспомогательной пластинки ВП (сетку Горяева) при отсутствии исследуемой пластинки ИП, делаем отсчет N₁ вертикального положения микроскопа.

2. Вводим исследуемую пластинку ИП.

3. Фокусируем микроскоп на штрих вспомогательной пластинки ВП в присутствии исследуемой пластинки; делаем снова отсчет вертикального положения микроскопа, значение b₁ определяется по разности отсчетов.

4. Фокусируем микроскоп на нижнюю царапину исследуемой пластины ИП; делаем отсчет N₂.

5. Фокусируем микроскоп на верхнюю царапину, опять делаем отсчет , разность отсчетов равна b₂.

6. Вычисляем по формуле (1.5) значение .

7. Полученные результаты заносим в таблицу.

№ опыта	N1		b1	N2		b2
1
2
3
4
5
							Среднее значение

8. Опыт повторяем пять раз.

9. Фокусировку следует делать при движении тубуса микроскопа в одном направлении - снизу вверх.

10. Обрабатываем результаты измерений; определяем абсолютную и относительную погрешности но разбросу полученных значений . Сопоставляем относительную погрешность результата с ее значением, обусловленным заменой отношения тангенсов отношением синусов (2%).

Контрольные вопросы

1. Закон преломления и физический смысл показателя преломления.

2. Нормальная и аномальная дисперсия вещества.

3. Групповая и фазовая скорость распространения света.

4. Ход лучей в микроскопе и его увеличение.

Рекомендуемая литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Изд. 2-е. Т. 3, гл.I, II, VII. М., Наука, 1967. Изд. 4-е, кн. 4, гл. 3,6. М., «Наука - Физматлит», 1998г.

2. Фриш С. Э., Тиморева А. В. Курс общей физики. Т. 3. главы XXII, XXIV, XXVIII. М., Физматгиз, 1962

Лабораторная работа №3

Исследование микроскопа

Содержание работы заключается в определении видимого увеличения микроскопа, линейного увеличения объектива, видимого увеличения окуляра, числовой апертуры объектива.

Теоретическое обоснование работы

Видимым увеличением микроскопа Г называется величина, которая показывает, во сколько раз видимые угловые размеры предмета (им соответствуют размеры изображения на сетчатке глаза) больше при наблюдении в микроскоп, чем при наблюдении этого предмета невооруженным глазом в условиях, когда он помещен на расстоянии ясного видения для нормального глаза (d₀ = 250 мм). Из рис. 3.1 видно, что

Рис 3.1

где u - угол, стягиваемый предметом, помещенным на рассто янии d₀ = 250 мм от глаза, при рассматривании его невооруженным глазом; u_B - угол, стягиваемый предметом при рассматривании его через микроскоп.

Если l - величина предмета, то

где - размер действительного изображения предмета, образованного объективом; - первое фокусное расстояние окуляра; - второе фокусное расстояние объектива; - оптическая длина тубуса, т. е. расстояние от второго фокуса объектива до первого фокуса окуляра (обычно в микроскопе = 160 мм).

Тогда видимое увеличение

Здесь все величины измеряются в миллиметрах. На объективе обычно указывается его линейное увеличение на окуляре указывается его видимое увеличение как лупы Видимое увеличение всего микроскопа равно

(3.1)

А

Крайний луч

пертурным углом и называется угол, который образуется с оптической осью крайним лучом, идущим из точки на оптической оси (совпадающей с предметной точкой), который еще проходит через и

Рис 3.2

зображение.

Числовой апертурой объектива называется величина A = n·sinu, где n - показатель преломления среды перед объективом. В случае воздуха принять n = 1. На объективах микроскопа наряду с его линейным увеличением обычно указывается значение числовой апертуры.

Задача сводится к измерению угла u. Из опыта находят значение tgu и от него переходят к значению sinu.