Ф-О-62 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Цель работы: определить показатель преломления стекла, имеющего плоскую форму, путем измерения расстояния до метки с помощью микроскопа.

Приборы и принадлежности: микроскоп с отсчетным механизмом; две плоские пластинки из стекла, на одной из которых алмазом нанесена царапина; микрометр.

Для выполнения данной лабораторной работы необходимо усвоить темы Ф-О-28, Ф-О-29 и Ф-О-30

При выполнении лабораторной работы необходимо знать основные понятия

28.3. Световой луч, 28.4. Закон прямолинейного распространения света, 28.5. Закон независимости световых пучков, 28.6. Закон отражения света, 28.7. Абсолютный показатель преломления среды, 28.8. Относительный показатель преломления, 28.9. Закон преломления, 28.10. Полное внутреннее отражение, 28.12. Коэффициент отражения, 29.8. Монохроматические волны, 29.9. Интерференция света, 29.10. Оптическая длина пути 29.11. Оптическая разность хода волн, 29.12. Интерференционный максимум, 29.13. Интерференционный минимум , 29.14. Кольца Ньютона 30.1. Дифракция

Общие указания

Существуют четыре основные закона оптических явлений:

1. закон прямолинейного распространения света;

2. закон независимости световых лучей;

3. закон отражения света;

4. закон преломления света.

В однородной среде свет распространяется прямолинейно. Это вытекает из того, что непрозрачные предметы при освещении их источниками малых размеров дают тени с резко очерченными границами. Данный закон приближенный, Например, при прохождении света через очень малые отвер­стия наблюдаются отклонения от прямолинейности тем большие, чем мень­ше отверстие. Это явление называется дифракцией.

Независимость световых лучей проявляется в том, что они при пересечении не возмущают друг друга. Каждый из лучей распространяется независимо от другого. Однако это наблюдается лишь при не слишком боль­ших интенсивностях света. При интенсивностях, получаемых с помощью лазеров, лучи взаимодействуют друг с другом.

При прохождении света че­рез границу двух прозрачных веществ падающий луч разделяется на два - отраженный и преломленный (рис.1). Направления этих лучей определяются закона­ми отражения и преломления света. Закон отражения света гласит, что отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке падения. Угол отражения равен углу падения.

Рис. 1

Закон преломления света формулируется следующим образом: преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке падения. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных веществ

,

где n₂₁ – относительный показатель преломления второго вещества по отношению к первому;

n₂, n₁ – абсолютные показатели преломления II и I сред равные отношению скорости света в ва­кууме к скорости света в среде:

; ,

где с – скорость света в вакууме;

₁ – скорость света в I среде;

₂ – скорость света во II среде;

₁ и ₂ – диэлектрические проницаемости I и II сред.

Выведем закон преломления волн при переходе из одной среды в дру­гую. Для этого воспользуемся принципом Гюйгенса для распространения волн.

Принцип Гюйгенса основан на предположении о том, что в интерва­ле времени от t до t+Δt каждую точку фронта волны S(t) можно рассматривать как источник вторичных волн. В однородной изотропной среде волновые поверхности вторичных волн в момент времени t+Δt имеют вид сфер радиуса Δt центры, которых лежат на поверхности S(t). По принципу Гюйгенса, огибающая этих сфер указывает положение в момент времени t+Δt фронта S(t+Δt) действительно распространяющейся волны. При этом огибающую нужно строить только по ту сторону от волно­вой поверхности S(t), в которую распространяется рассматриваемая волна.

Практическое применение принципа Гюйгенса ясно из рис. 2.

При выводе закона преломления будем считать скорость распространения волны в первой среде ₁, а во второй – ₂.

Рис.2.	Рис.3.

За время Δt падающая волна в 1 среде пройдет расстояние ВС (рис.3):

ВС = ₁ Δ t.

За это время Δ t преломленная волна во II среде пройдет расстояние АД

АД = ₂ Δ t.

Из прямоугольных треугольников АВС и АДС следует, что ВС =АСsini и

АД = АСsinr, или

= = . (1)

Мы получили закон преломления волн: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению фазовой скорости волны в пер­вой среде ₁ к фазовой скорости волны во второй среде ₂. Таким образом, из принципа Гюйгенса вытекает, что

n₂₁ = . (2)