Лабораторная работа № 5

Определение показателя преломления стекла

Цель работы: Научиться определять показатель преломления стекла

с помощью микроскопа и с помощью пластинки

с параллельными гранями.

Оборудование: 1. Микроскоп БИОЛАМ.

2. Стеклянная пластина с царапинами на обеих поверхностях.

3. Микрометр.

4. Стеклянная пластинка с параллельными гранями.

5. Подставка из пенопласта.

6. Булавки – 4 штуки.

7. Прямоугольник.

Теория

Если свет падает на границу раздела двух сред (двух прозрачных веществ), то падающий луч 1 (рис.1) разделяется на два – отраженный 2 и преломленный 3, направления которых определяются законами отражения и преломления.

Закон преломления: луч падающий, луч преломленный и перпен-дикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления – есть величина постоянная для данных сред:

, (1)

где – относительный показатель преломления второй среды отно-сительно первой.

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

Абсолютным показателем преломления среды называется величина , равная отношению скорости электромагнитных волн в вакууме к их фазовой скорости в среде:

. (2)

Закон преломления (1) можно записать в виде

. (3)

Из симметрии выражения (3) вытекает обратимость световых лучей. Если обратить луч 3 (рис.1), заставив его падать на границу раздела под углом , то преломленный луч в первой среде будет распространяться под углом , т.е. пойдет в обратном направлении вдоль луча 1.

Показатель преломления зависит от свойств среды и длины волны света.

Он является важнейшей характеристикой вещества, связанной с его химической структурой, с концентрацией и плотностью (в случае исследования жидких растворов).

Существуют различные методы определения показателя преломления.

В данной работе используются два метода:

1.Определение показателя преломления стекла с помощью микроскопа,

2.Определение показателя преломления стекла с помощью плоско-параллельной пластинки и булавок.

I. Метод

Для определения показателя преломления стекла с помощью микроскопа берут плоскопараллельную пластинку с нанесенными на ее обеих плоскостях неглубокими царапинами.

Для того, чтобы легко было распознать, нанесена ли наблюдаемая в микроскопе царапина на верхней или нижней поверхности, удобно на одной поверхности провести царапину вдоль пластинки, а на другой – поперек.

Рассмотрим ход лучей 1 и 2, вышедших из точки О, лежащей на нижней царапине. Луч 1 идет по направлению ОА, совпадающему с направлением нормали к поверхности пластинки. Луч 2 идет по направлению ОВ и падает на верхнюю поверхность под достаточно малым углом β, когда синусы можно заменить тангенсами. Преломившись в точке В, луч пойдет по направлению ВЕ (рис. 2.).

Наблюдатель, находящийся над пластинкой, увидит уже точку О на пересечении двух лучей первого и продолженного преломленного луча ВЕ в точке О₁. В этой же точке О₁ также пересекутся после преломления продолжения всех лучей, которые выходят из точки О по направлениям, образующим малые углы с нормалью. Наблюдателю будет казаться, что все эти лучи выходят не из точки О, а из ее мнимого изображения О₁. Поэтому, если наблюдатель настроил микроскоп на верхнюю царапину (точка А), то для того чтобы увидеть точку О, ему потребуется опустить тубус микроскопа не на расстояние ОА, равное d ( толщине пластинки), а на меньшее расстояние АО₁, равное d₁  кажущейся толщине пластинки.

Так как в объектив микроскопа попадает очень узкий пучок лучей, то углы и малы и синусы этих углов могут быть заменены их тангенсами.