Іі. Опис приладів і методика вимірювання

Знайти n безпосередньо за кутом падіння  та кутом заломлення  складно, оскільки кути важко виміряти. Тому в цій лабораторній роботі показник заломлення твердої прозорої плоскопаралельної пластинки, крізь яку проходить біле світло, визначається за допомогою мікроскопа та мікрометра. Мікроскоп складається з двох основних частин - об’єктива та окуляра. Об’єктив та окуляр розташовані в трубі, що називається тубусом мікроскопа. Тубус закріплено на штативі за допомогою особливого пристосування, що називається кремальєрою. Тубус можна переміщати для фокусування мікроскопа. Часто буває два пристосування для переміщення тубуса: одне для грубих, а друге для точних переміщень (крок гвинта - долі міліметра). Об’єктив мікроскопа закріплено в нижній, а окуляр в верхній частині тубуса. Предмет розташовується на столику під об’єктивом. Об’єктив мікроскопа дає збільшене, дійсне і обернене зображення.

Окуляр дає збільшене, уявне і пряме зображення. Мікроскоп в цілому дає збільшене, уявне і обернене зображення. Схему ходу променів у мікроскопі показано на рис.2.

Рис.2.

Предмет розташовується між фокусом та подвійним фокусом об’єктива. А окуляр розташовується на такій віддалі від об’єктива, щоб зображення, яке дає об’єктив, знаходилось між фокусом окуляра і самим окуляром.

Розглянемо хід променів у плоскопаралельній пластинці товщиною d, вертикальний розріз якої подано на рис.3. Нанесемо одну подряпину у вигляді прямої лінії на нижню поверхню (т.В), а другу ‑ перпендикулярну до неї - на верхню поверхню (т.Е). Усі точки цієї подряпини будуть джерелами розсіяних променів, частина з яких потрапляє до об’єктива мікроскопа, розташованого над пластинкою. Нехай два крайні промені АС та ДS, кут розходження яких обмежений розмірами об’єктива, вийшли з т.В, і, заломившись на межі розділу середовищ, потрапляють в об’єктив. Для спостерігача, який дивиться вертикально вниз уздовж нормалі ВЕ, промені АС та ДS перетнуться в т.О – уявному зображенні т.В. Сукупність таких точок дасть уявне зображення подряпини. Отже, уявна товщина пластинки d’, яку бачимо в мікроскопі, менша за дійсну товщину d.

Вимірявши за допомогою мікроскопа уявну товщину пластинки d’ та за допомогою мікрометра дійсну товщину d, можна обчислити відносний показник заломлення пластинки. А саме: з ВДЕ: ДЕ = ВЕtg = dtg ; з ОДЕ: ДЕ = ОЕtg = dtg . Врахувавши, що при малих кутах  та  sin   tg , sin   tg , одержимо

. (5)

Отже, абсолютний показник заломлення даної прозорої пластинки можна обчислити за формулою

, (6)

де d – дійсна товщина; d - уявна товщина пластинки.

Ііі. Завдання

2. Виміряти мікроскопом уявну та мікрометром дійсну товщину пластинки.

3. Обчислити абсолютний показник заломлення пластинки.

IV. Хід роботи

1. Розмістити прозору пластинку на предметному столику мікроскопа так, щоб точка уявного перетину подряпин нижнього та верхнього шарів пластинки перебували в полі зору.

2. За допомогою гвинта грубого фокусування опустити тубус мікроскопа максимально вниз до верхнього шару пластинки. При цьому мікрометричний гвинт повернути за годинниковою стрілкою до упору, а після цього на один оберт назад. Об’єктив мікроскопа не повинен торкатися поверхні пластинки. Спостереження вести, дивлячись не в окуляр, а збоку, контролюючи відстань між об’єктивом і пластинкою на око.

3. Гвинтом грубого фокусування повільно переміщувати тубус угору доти, доки в окулярі не з’явиться чітке зображення подряпини на нижній поверхні пластинки (т.В). Остаточно чіткість зображення відрегулювати мікрометричним гвинтом і зафіксувати по шкалі барабана відлік.

4. Фокусують мікроскоп за допомогою кремальєри без поділок на верхню (нижню) риску. Записують покази мікрогвинта. Після цього мікрогвинтом переміщують тубус до тих пір, поки не буде різко видно нижню (верхню) риску. Під час переміщення тубуса за допомогою мікрометричного гвинта необхідно відрахувати повні оберти мікрогвинта, а долі оберта відлічити по шкалі мікрометричного гвинта. Ціна поділки мікрогвинта 0,002 мм. Барабан мікрогвинта має 50 поділок. Значить, крок гвинта буде 0,002·50= 0,1 мм, що відповідає переміщенню тубуса вверх (вниз) при повному оберті мікрогвинта. За цими показниками визначають уявну товщину пластинки:

d'=0,1N+0,002К, (7) де N – число повних обертів, К – кількість поділок мікрогвинта.

5. Дійсну товщину d пластинки виміряти мікрометром.

6. Вимірювання d та d повторити тричі.

7. Використовуючи середні значення d та d, за формулою (5) обчислити абсолютний показник заломлення пластинки.

8. Результати вимірювань та обчислень записати у звітну табл. 2.

Таблиця 2

Результати вимірювань та обчислень.

№	d, мм	N	K	d',мм	n	Δn

Контрольні питання

1. Що таке кут падіння та кут заломлення?

2. Як формулюється закон заломлення світла?

3. Що таке абсолютний та відносний показники заломлення світла?

4. Який зв’язок показника заломлення світла зі швидкістю поширення світла в середовищі?

5. За якою формулою визначається показник заломлення світла?

6. Зобразити хід променів у плоскопаралельній пластинці.

7. Вивести робочу формулу для обчислення показника заломлення світла.

8. Яка робоча формула для обчислення відносної похибки показника заломлення світла?

Лабораторна робота № 120