40

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный гуманитарный университет»

Оптика и квантовая физика

Лабораторный практикум для студентов специальности 010100 (010101.65) - Математика

Хабаровск

2010

Содержание

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ ПРИ ПОМОЩИ РЕФРАКТОМЕТРА АББЕ 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИУСА КРИВИЗНЫ ЛИНЗЫ И 7

ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ С ПОМОЩЬЮ КОЛЕЦ НЬЮТОНА 7

ИЗУЧЕНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА 11

ИЗУЧЕНИЕ ЛИНЕЙЧАТЫХ СПЕКТРОВ ИСПУСКАНИЯ 15

ПРИ ПОМОЩИ СПЕКТРОСКОПА 15

ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА 20

СООТНОШЕНИЕ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТЕЙ ДЛЯ ФОТОНОВ 25

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ МЕТАЛЛОВ И ПОЛУПРОВОДНИКОВ 27

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА РАДИОАКТИВНОГО РАСПАДА 34

Лабораторная работа № 1

Определение показателя преломления жидкостей при помощи рефрактометра аббе

Приборы и принадлежности: рефрактометр Аббе, пипетка, фильтровальная бумага, набор исследуемых жидкостей.

Рефрактометрами называются приборы для измерения показателей преломления веществ: твердых, жидких и газообразных.

Рис. 1.1

Рефрактометр РЛ-2 применяется в основном для быстрого определения показателей преломления жидкостей, взятых в небольших количествах (2–3 капли), показатели преломления которых лежат в пределах 1,3–1,7. Принцип действия прибора основан на явлениях, происходящих при прохождении света через границу раздела двух сред с разными показателями преломления.

Световой пучок, отраженный от зеркала, падает на двойную призму, представляющую собой две прямоугольные призмы, показанные на рис. 1.1.

Призмы изготовлены из тяжелого стекла (флинт), показатель преломления которого больше 1,700. Грань АВ верхней осветительной призмы матовая и служит для освещения рассеянным светом жидкости, нанесенной тонким слоем в узкий зазор между призмами. Свет, рассеянный матовой гранью верхней призмы, проходит плоскопараллельный слой исследуемой жидкости и падает на диаго­нальную грань нижней призмы под различными углами в пределах от 0 до 90°. Луч, угол падения которого равен 90°, называется сколь­зящим лучом, а т. к. показатель преломления призмы больше, чем показатель преломления жидкости, то скользящий луч RS, преломляясь на границе жидкость – стекло, пойдет в нижней призме под предельным углом преломления MST. Преломление светового луча RS в точке S подчинено закону

n = N sin r, (1.1)

где N – показатель преломления стекла, из которого сделаны призмы; n – показатель преломления исследуемой жидкости; r – угол преломления MST в нижней призме. В точке Т по выходе луча из призмы имеем

N sin r^/ = sin i, (1.2)

где r^/ есть угол падения луча ST на грань призмы АС; а i – предельный угол выхода луча из призмы. Луч ТЕ представляет собой границу распространения света, прошедшего призму, со стороны наименьших углов i. Преломляющий угол призмы

а = r + r^/. (1.3)

Из соотношений (4.1) – (4.3) легко получается формула, связывающая искомый показатель преломления n с предельным углом выхода i

. (1.4)

Шкала показателей преломления, видимая в поле зрения одновре­менно с границей раздела, градуируется при t = 20 °С.

При измерении показателя преломления мутных и непрозрачных жидкостей измерительную призму АВС освещают со стороны грани ВС через специальное окно В в кожухе прибора (Рис. 1.1). Одна часть лучей пройдет измерительную призму, затем попадет в жидкость, где будет поглощена. Другая же часть лучей, падающих на гипотенузную грань измерительной призмы – границу со средой оптически менее плотной под углом большим предельного, испытает на нем полное отражение. Луч, падающий под углом, равным предельному углу полного отражения, будет определять в данном случае границу между светлой и темной областями поля зрения.

Положение ее также зависит от показателя преломления жидкости. Чем он больше, тем больше предельный угол и, следовательно, тем выше граница между освещенной и темной областями в поле зрения трубы. Измерения показателей преломления на рефрактометре РЛ-2 проводятся с любыми и немонохроматическими источниками света.

В этом случае граница раздела, видимая в поле зрения, окрашена вследствие дисперсии. Для устранения окраски в оптическую часть прибора между измерительной призмой и объективом оптической трубы для компенсации дисперсии введен компенсатор, состоящий из двух призм прямого зрения, которые могут вращаться в противоположных направлениях. Винтом, расположенным на корпусе прибора слева от наблюдателя, вращают призмы компенсатора до полного устранения окраски границы раздела.