Министерство сельского хозяйства РФ

ФГОУ ВПО

«Орловский государственный аграрный университет» методические указания к лабораторным работам по физике

(часть 3. Оптика. Квантовая и атомная физика)

Орел, 2003.

Методические указания предназначены для студентов очной и заочной форм обучения Орловского государственного аграрного университета, изучающих курс физики.

Указания составлены в соответствии с ГОС и рабочей программой по физике.

В подготовке лабораторных работ и составлении описаний принимали участие Иващук О.А., Тверская Н.В., Гладких Ю. В., Ставчикова Л.Ф., Гришина С.Ю., Васильева В.В.

Издание третье, дополненное и переработанное.

Обсуждено на заседании кафедры физики, протокол №___от «__»________2003г.

Методические указания одобрены методической комиссией гуманитарных и естественнонаучных дисциплин, протокол №___от «__»________2003г.

© Иващук О.А., Тверская Н.В., Гладких Ю.В.,

Ставчикова Л.Ф., Гришина С.Ю., Васильева В.В

© Издательство ОрелГАУ

Работа № 3.1 изучение микроскопа и определение показателя преломления прозрачных пластинок при помощи микроскопа

Цель работы: изучить физические основы устройства и работы микроскопа определить показатель преломления стеклянной пластинки.

Приборы и принадлежности: микроскоп, микрометр, стеклянная пластинка с на­несенными на ней царапинами.

Введение.

Микроскоп — это оптический прибор, используемый для рассматривания деталей мелких объектов. Его главными частями являются две оптические системы: объектив и окуляр, а также вспомогательная система(осветитель).Ход лучей в оптической системе микроскопа показан на рис.1.1, внешний вид схематически изображен на рис. 1.2, а на рис. 1.3 показано построение изображения в микроскопе.

Рис. 1.1 Рис. 1.2

Объектив микроскопа — короткофокусная линза, но в современных микроскопах он состоит из системы линз (иногда до 10 линз), которые корригированы на хроматическую и сферическую аберрации.

Хроматическая аберрация — окрашивание фокуса линзы в цвета спектра при освещении ее белыми лучами вследствие неодинаковой преломляемости лучей различной длины волны, падающих на линзу общим параллельным пучком.

Сферическая аберрация — пересечение параллельных лучей, проходящих через край линзы, не в фокусе, а в точке, лежащей на оси к вершине линзы.

Изучаемый объект располагается вблизи переднего фокуса объектива между фокусом и двойным фокусом (см. рис. 1.3). В этом случае получается действительное, перевернутое, увеличенное изображение объекта. Это изображение рассматривается через окуляр, который также представляет систему линз, но работает как длиннофокусная собирающая линза. Причем, передний фокус окуляра обычно располагается вблизи заднего фокуса объектива.

Изображение, даваемое объективом, расположено между передним фокусом окуляра и окуляром. При этом получается прямое, увеличенное, но мнимое изображение, т. е. окуляр работает как лупа.

Рис. 1.3

Общее увеличение микроскопа рассчитывается по уравнению:

, (1.1)

где N — увеличение микроскопа,

Δ — расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра. Обычно оно равно длине трубы микроскопа, в один конец которой вставляется объектив, а в другой конец — окуляр,

25 — расстояние наилучшего зрения,

F₁, F₂ — фокусные расстояния объектива и окуляра соответственно.

(Все величины принято выражать в сантиметрах).

Так как в числителе стоят постоянные величины, то чтобы получить большое увеличение, необходимо брать линзы с меньшими фокусными расстояниями. В современных микроскопах применяют линзы F₁≈1мм, а F₂≈2 см. Осветитель микроскопа в простейшем случае состоит из вогнутого зеркала, устанавливаемого наклонно таким образом, чтобы лучи источника света концентрировались на рассматриваемом объекте.

В более современных микроскопах осветитель состоит из сложной оптической системы. Рассматриваемый прозрачный объект помещается на предметном столике над круглым отверстием в центре столика, через которое снизу от осветителя поступает свет. Обычно изучаемый объект кладут на “предметное” стекло, покрывают “покровным” стеклом и все это кладут на столик над отверстием. Все части микроскопа укрепляются на массивном основании.

При переходе через границы раздела сред луч света испытывает отклонение от первоначального направления, если он проходит под некоторым углом к границе раздела (см. рис. 1.4). Луч 1 не испытывает отклонения, а луч 2 —отклоняется.

При распространении света в неоднородных средах выполняются законы преломления и отражения света.

1. Луч падающий, отраженный и преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным из точки падения луча.

2. Угол падения луча равен углу отражения.

α = α₂ (1.2)

3. Отношение синуса угла падения луча к синусу угла преломления луча есть величина постоянная для данных двух сред и равна отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде. Это отношение называют относительным показателем преломление второй среды к первой. Обозначают

(1.3)

Здесь α - угол падения луча в первой среде,

β - угол преломления луча во второй среде,

υ₁ и υ₂ - скорости света в первой и во второй среде,

n_2,1 - относительный показатель преломления второй среды к первой.

Рис. 1.4 Рис. 1.5

Если первой средой будет вакуум, то υ₁ = С = 3 • 10⁸ м/с и равенство (1.3) перепишется

(1.4)

где n₂ — абсолютный показатель преломления среды. Он показывает, во сколь­ко раз скорость света в данной среде меньше, чем скорость света в вакууме.

Показатель преломления стекла можно определить с помощью микроскопа. В основе метода лежит явление кажущегося уменьшения толщины стеклянной пластины вследствие преломления лучей, при рассматривании ее в микроскоп (см. рис. 1.5).