ЧФ ПНИПУ. Лабораторные работы по физике

Министерство образования и науки российской федерации

Чайковский филиал

федерального государственного бюджетного

образовательного учреждения высшего профессионального образования

"Пермский национальный исследовательский политехнический университет"

(ЧФ ПНИПУ)

Кафедра гуманитарных и естественнонаучных дисциплин

Лаборатория физики

Оптика

Лабораторная работа №1

“Определение показателя преломления твердых тел

с помощью микроскопа”

2011

Цель работы: познакомиться с методом измерения преломления с помощью микроскопа.

Приборы и принадлежности: микроскоп, микрометр, пластинки из стекла.

Сведения из теории

Плоская световая волна на границе двух однородных изотопных прозрачных диэлектриков частично отражается, частично, преломляясь, проходит во вторую среду (нарис. 1.1 АВ – падающий луч, ВС – отраженный луч, ВD – преломленный луч, MN – нормаль к границе раздела двух сред).

Законы отражения:

1. Отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной из точки падения.

2. Угол отражения равен углу падения: α = α.

Законы преломления:

1. Преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной из точки падения.

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная (не зависит от угла падения) для двух данных сред.

Величина n₂₁ называется относительным показателем преломления (второй среды по отношению к первой). Если роль среды 1 выполняет вакуум, то не говорят о “показателе преломления среды 2 по отношению к вакууму”, а соответствующую величину называют абсолютным показателем преломления среды 2 (например, показатель преломления стекла, воды и т.д.) и обозначают буквой п. показатель преломления вакуума, таким образом, принимают равным 1. Для любой другой среды он больше 1. Среда, имеющая больший показатель преломления, называется оптически более плотной.

Световые лучи обладают свойством обратимости: если направить луч из среды 2 под углом β, то, преломившись в среде 1, он пойдет под углом α к перпендикуляру к границе сред. Следовательно, отношение есть показатель преломления первой среды по отношению ко второй. Отсюда видно, чтоп₁₂=1/п₂₁.

Показатели преломления сред связаны со скоростями распространения в этих средах. Так, , гдеv₁ и v₂ – скорости распространения света соответственно в средах 1 и 2. Очевидно, что абсолютный показатель преломления среды п=с/v, где с – скорость света в вакууме, а v – скорость распространения света в данной среде. Отсюда следует, что если п₁₂ и п₂₁ – абсолютные показатели преломления света соответственно для сред 1 и 2, то п₂₁=п₂/п₁. Последнее позволяет записать: илиnsin α=nsin β.

Если n₁>n₂, т.е. если свет идет из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то угол преломления β будет больше угла падения α (рис. 1.2). При увеличении угла α, естественно, растет и угол β, следовательно, существует такой угол α_пр, при котором β=90° (преломленный луч скользит по границе раздела двух сред). Этот угол падения называется предельным и определяется из условия: .

При угле α>α_пр свет полностью отражается от второй среды. Такое явление называется полным внутренним отражением. Оно широко используется в оптике в так называемых поворотных призмах (рис 1.3).