физика леч / методичка / цикл 3 / рефрактометр5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Тема: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВА С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРА»

ЦЕЛЬ. Изучить законы прямолинейного распространения света, научиться определять концентрацию вещества с помощью рефрактометра.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Рефрактометр, растворы известной концентрации, раствор неизвестной концентрации, дистиллированная вода, пипетка.

ПЛАН ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

1.Законы преломления света.

2.Физический смысл показателя преломления.

3.Понятие предельного угла полного внутреннего отражения.

4.Явление полного внутреннего отражения и его применение в медицине.

5.Условие определения предельного угла полного внутреннего отражения.

6.Рефрактометр. Устройство и принцип работы.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

При переходе световой волны из одной среды в другую происходит изменение скорости распространения и длины волны (частота колебаний остается без изменений). Если лучи света падают на границу раздела сред под некоторым углом , то направление их распространения во второй среде изменяется и они распространяются под углом .

Угол , образованный лучом падающим и перпендикуляром, восстановленным в точке падения к поверхности раздела сред, называется УГЛОМ ПАДЕНИЯ ЛУЧА (рис. 1).

Угол , образованный лучом преломления и перпендикуляром в точке падения, называется УГЛОМ ПРЕЛОМЛЕНИЯ (рис. 1).

Явление изменения направления хода светового луча на границе раздела двух сред, называется РЕФРАКЦИЕЙ или преломлением.

Взаимное геометрическое расположение лучей падающего, отраженного и преломленного определяется законами Декарта:

1.Закон отражения света

Падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Угол падения и угол отражения равны.

αβ

Рис.1.

2. Закон преломления света.

Падающий, преломленный луч, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред.

где n2,1 - относительный показатель преломления.

Абсолютный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость распространения света в вакууме больше скорости распространения света в данной среде.

n 0 VС ,

где С - скорость света в вакууме; v - скорость света в среде.

Явление, при котором луч идет из среды более плотной в менее плотную под углом больше предельного, называется ПОЛНЫМ ВНУТРЕННИМ ОТРАЖЕНИЕМ.

ПРЕДЕЛЬНЫМ УГЛОМ полного внутреннего отражения называется такой максимальный угол падения, которому соответствует угол преломления, равный 900 (рис. 3).

пр

.

Таким образом, предельный угол полного отражения для данных сред зависит от их показателей преломления. Это свойство нашло применение в приборах для измерения показателя преломления веществ: рефрактометрах, используемых для определения чистоты воды, концентрации общего белка сыворотки крови, для идентификации различных веществ.

Рис.4.

Внешний вид рефрактометра

Оптическая схема рефрактометра

Рис. 5.

Определение показателя преломления жидкости с помощью рефрактометра может быть выполнено двумя способами. При первом способе (рис. 5а) пучок световых лучей, испускаемых источником света S, с помощью зеркальца Z направляется на грань AB призмы ABC. Преломившись на грани АB, лучи проходят в призму ABC и достигают грани AC, но так как эта грань сделана матовой и поэтому вызывает рассеяние света, лучи войдут в жидкость и достигнут грани DE под различными углами. Наибольший угол падения для лучей, падающих на грань DE равен 900. Эти скользящие вдоль поверхности DE лучи после преломления определяют границу распространения света, так как им соответствует предельный угол преломления. При втором способе (рис. 4б) пучок световых лучей, испускаемых источником света S, с помощью зеркальца Z направляется на грань DF. Грань DF тоже матовая и поэтому лучи входят в призму DEF под разными углами. Те из лучей, которые падают на поверхность DE под углом меньше предельного, пройдут в жидкость и в призму ABC, а те, у которых угол падения больше предельного, претерпят полное внутренне отражение.

Отметим, что граница между освещенной и темной частями поля зрения будет резкой только в случае монохроматического света. Для немонохроматического света добиться резкой границы помогают компенсаторы.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Какой угол называется углом падения?

2.Какой угол называется углом преломления?

3.Сформулируйте закон отражения света.

4.Сформулируйте закон преломления.

5.Запишите математическую формулу закона преломления.

6.Что называется относительным (абсолютным) показателем преломления?

7.Какая характеристика световой волны не изменяется при переходе волны из одной среды в другую?

8.Что является причиной изменения направления распространения световой волны при переходе из одной среды в другую?

9.Как связаны абсолютный показатель преломления среды и скорость распространения света в ней?

10.В чем заключается явление полного внутреннего отражения? При каких условиях оно наблюдается?

11.Дайте понятие предельного угла полного внутреннего отражения.

12.Напишите условие, из которого можно определить предельный угол полного внутреннего отражения.

13.Из чего состоит оптическая система рефрактометра типа РЛ-2?

14.Объясните принцип действия рефрактометра.

15.Что такое волоконная оптика?

16.С какой целью используется рефрактометр в медицине?

17.Применение волоконной оптики в медицине.