random books / Голицына О.М., Гриднев А.Е., Рисин В.Е., Чернышев В.В., Чернышова Т.Д. - Оптика (2005)

1

Ф Е Д Е РАЛ Ь Н О Е АГ Е Н Т С Т В О П О О БРАЗО В АН И Ю В О РО Н Е Ж С КИ Й Г О С У Д АРС Т В Е Н Н Ы Й У Н И В Е РС И Т Е Т

ОП Т ИКА

Пр ак т и к ум по к ур су общ ей фи зи к и

С пеци а ль н о ст и :

010701(010400) – ф и зи ка

010801(013800) – ра д и о ф и зи ка и элект ро н и ка 010803(014100) – ми кро элект ро н и ка и по лупро во д н и ко вые при бо ры

В О РО Н Е Ж 2005

С о ставители: Г о лиц ы наО .М ., Г ридневА.Е ., РисинВ .Е ., Ч ерны ш евВ .В .,

Ч ерны ш о ваТ .Д .

П рактикум по дго то вленнакафедрео бщ ей физики

физическо го факультетаВ о ро неж ско го го сударственно го университета.

Реко мендо вано для студенто в спец иально стей: 010801 (радио фи-

но сти010801 (радио физикаиэлектро ника) 3 курсао чно -зао чно й фо рмы о бучения.

П устьлучсветападаетнаграниц уразделадвух средсо сто ро ны о птически бо леепло тно й среды (см. рис.1). Здесь n1 > n2 и уго лϕ < ϕ2. Д ля угло в падения ϕ, меньш их неко то ро го предельно го угла ϕпр, свет

Z

Рис. 1. Х о длучей награниц еразделадвух диэлектрико в.

частично про никаетв средус по казателем прело мления n2, ачастично о траж ается. С ро сто м углаϕ растети уго лϕ2 ипринеко то ро м углепадения ϕ = ϕпр прело млённы й лучначинаетско льзитьпо границ еразделадвух сред, т. е. ϕ2 = π/2. П о это муиззако напрело мления следует:

П ри углах ϕ > ϕпр прело мленны й лучо тсутствуети наступаеттак назы ваемо епо лно евнутреннеео тражение.

Зная по казательпрело мления о дно й изсреди, о пределяя нао пы те предельны й уго л, мо жно спо мо щ ью (1) о пределитьпо казательпрело м- лениевто ро й среды .

П устьтеперьсветпадаетнаграниц уразделасо сто ро ны о птически менеепло тно й среды . В зависимо сти о туглападения уго л прело м- ления в бо лее пло тно й среде мо ж етизменяться о тнуля до неко то ро го ϕпр, со о тветствую щ его углупадения 900 (ско льзящ ий луч).

Как уж еуказы вало сьвы ш е, прио траж ениисвето во й во лны о то п- тически менеепло тно й среды при углах падения ϕ > ϕпр энергия ц ели-

5

Э то уравнениево лны , распро страняю щ ейся вдо льо си X со ско ро - стью v/sinj. В о лнанео дно ро дная, т. к. ее амплитуда(вы деленаквадратно й ско бко й) зависито тглубины про никно вения Z во вто рую среду. В о лназатухаю щ ая сглубино й (взято cosj2 = -ia, т. к. есливзять cosj2

что такая во лнапро никаетнаглубинупо рядкаl.

Э танео дно ро дная во лнасущ ествуетпрактически лиш ьвпо верхно стно м сло е вто ро й среды , то лщ ина ко то ро го примерно равна длине во лны исследуемо го излучения. Н аблю дается неко то ро е про тиво речие: вся энергия о траж ается впервую средуивместестем какая-то частьпо - то каэнергии распро страняется во вто ро й средевдо льграниц ы раздела. П о до бная ситуац ия мо ж етнаблю даться лиш ь вто м случае, если часть по то каэнергиипо падетво вто рую среду, азатем изнеевы хо дит.

Н аличие тако й миграц ии энергии по дтверж дается и математическимивы кладкамиипрактическимио пы тами(В уд, М андельш там).

П ри измерении по казателя прело мления мо ж но по льзо ваться как мето до м по лно го внутреннего о траж ения, так и мето до м ско льзящ его луча. П рибо ры , служ ащ ие для о пределения по казателей прело мления

жидких итвёрды х тел, назы ваю тся рефракто метрами.

Оптическая схемарефракто метрапредставленанарис. 2. О сно в-

но й его частью является измерительная камера с двумя стеклянны ми прямо уго льны ми призмами Р1 и Р2. П ризмы изго то влены из стекла с бо льш им по казателем прело мления. В разрезе призмы имею твид прямо уго льны х треуго льнико в, о бращ енны х другк другугипо тенузами, зазо рмеж дупризмамиимеетш ирину0,1 мм ислуж итдля по мещ ения исследуемо й жидко сти.

6

L2

L1

A2

A1

f

Рис. 3. И змерительны епризмы .

7

черезмато вую граньde. С вет, рассеянны й мато во й по верхно стью , про - хо дитсло й жидко стиипо двсево змо жны ми углами(00 ≤ ϕ2 ≤ 900 ) по падаетнасто ро нуac призмы Р2. С ко льзящ емулучувж идко сти (ϕ2 = 900 ) со о тветствуетпредельны й уго лпрело мления ϕпр.

П рело мленны елучисуглами, бо льш имиϕпр, нево зникаю т. В связисэтим уго лi вы хо далучей изграниab мо жетизменяться лиш ьвинтервалео тнеко то ро го значения i до 900.

Е сли свет, вы хо дящ ий изграни ab, про пустить черезсо о тветствую щ ую линзуL1, то веефо кально й пло ско стинаблю дается резкая границ асветаитени. Г раниц арассматривается спо мо щ ью линзы L2.

черто чка), о бразо ванны й то нкими линиями. П о ло ж ение границ ы в фо - кально й пло ско сти линззависито твеличины по казателя прело мления

жидко стиn1.

По во рачивая измерительную камерурефракто метрао тно сительно зрительно й трубы , мо жно со вместитьграниц усветаи тени счерто чко й и, таким о бразо м, измерение по казателя прело мления сво дится к измерению угламеж дуно рмалью к грани ab и о птическо й о сью трубы . О п- раваспризмами мо ж етпо во рачиваться, асней скреплен указатель, перемещ аю щ ийся по лимбу.

При рабо те с немо но хро матическим свето м наблю даемая в по ле зрения границ асветаи тени часто о казы вается размы то й. Д ля устране-

ния это го недо статкаперед о бъективо м трубы по мещ аю тко мпенсато р, со сто ящ ий издвух дисперсио нны х призм Амичи A1 и A2 . Каждая изних со сто итизтрех склеенны х призм, о бладаю щ их различны ми по казателямипрело мления иразлично й дисперсией.

В неш ний видрефракто метраРД У -2 изо браж еннарис. 4.

О писаниеко нструкц ииприбо раРД У -2.

Н ао сно вании(1) устано вленасто йка(2). В сто йкенао сикрепится ко рпус(3) прибо ра. Н ако рпусеукрепленаправая зрительная труба(4) с о куляро м (5) для наблю дения границ ы светаи тени и левая зрительная

8

труба(6) с о куляро м (7) для о тсчетапо казателя прело мления. О куляры имею тдио птрийную наво дкуо т-5 до +5 дио птрий. С бо кувтубусеправо й зрительно й трубы вы веденаго ло вка(8) винтаю стиро во чно го ме-

во рачивается вместислимбо м привращ ениируко ятки(10).

Н а о дно й о си с ко рпусо м нахо дится камера с двумя призмами (верхней – измерительно й (11) и нижней – о светительно й (12)) и ш кала для о тсчетапо казателей прело мления. Э ти две призмы связаны между со бо й по средство м ш арнира. Ко рпус со вместно с камеро й и ш кало й имеетво змо жно стьпо во рачиваться нао си для удо бствананесения раство ранао светительную призму.

9

П ри по мо щ и ручки (13) камераизмерительно й призмы по во рачивается со вместно со тсчетно й ш кало й о тно сительно зрительны х труб.

Д ля направления свето во го по то канавхо дную граньо светительно й призмы служ итзеркало (14), укреплённо енакро нш тейне. В инт(15) служ итдля о ткры вания камеры .

Н астро йкаприбо ра.

3.Закры тькамеру, приэто м меж дугранямипризм о бразуется то н- кий сло й ж идко сти.

4.У стано витьзеркало впо ло ж ениепо лно го запо лнения свето вы м по то ко м вхо дно го о кнао светительно й призмы .

5.П ри по мо щ и ручки (13) медленно вращ ать камерус измерительно й призмо й до тех по р, по кавпо лезрения право го о куляраприбо - ранепо падётграниц асвето тени.

6. Д ля устранения дисперсио нно й о краски границ ы свето тенипри по мо щ иручки(10) (рис. 4) по вернутьдисперсио нны й ко мпенсато р.

Приэто м по ло ж ениивизирно й линииграниц асвето тенивправо м

окуляреприбо радо лжнапро хо дитьчерезперекрестиесетки зрительно й трубы .

8. Е сли границ а непро хо дитчерезперекрестиесетки, то при по - мо щ и ю стиро во чно го клю чавращ аю твинт(8) ю стиро во чно го механизмадо тех по р, по каграниц асвето тенинебудетсо вмещ енасперекрестием сеткизрительно й трубы .

По слетако й про верки правильно сти устано вки прибо рана“но ль” мо ж но начинатьизмерениеисследуемы х раство ро в.

10

П о рядо к вы по лнения.

1. О пределитьпо казателипрело мления для ш естиразличны х раство ро всахаравво де. И змерения следуетпро во дитьвпо рядке увеличения ко нц ентрац ии.

2. П ро мы тьпризмы измерительно й го ло вки рефракто метраи о п- ределитьпо казательпрело мления раство ранеизвестно й ко нц ентрац ии.

3.В но вьпро мы тьго ло вкурефракто метраи по вто ритьизмерения вто й ж епо следо вательно сти.

4.П о средним значениям n по стро итьграфик зависимо сти по казателя прело мления раство ра о тпро ц ентно го со держ ания сахара. П о указанию препо давателя результаты измерений о брабо татьнаЭ В М .

Ко нтро льны ево про сы .

1.Я влениепо лно го внутреннего о траж ения света.

2.Рассмо третьо траж енную во лну. П о казать, что приуглах ϕ > ϕпр вся свето вая энергия во звращ ается впервую среду.

3.Рассмо третьпрело мленную во лну. П о казать, что при углах ϕ >

мо ж но о пределитьпо казательпрело мления для исследуемо го раство ра. 5. У стро йство и принц ип действия призмы прямо го зрения (приз-

мы Амичи).

Л итература, реко мендуемая для само сто ятельно й рабо ты : [1] § 2.4, [2] c. 288.