11

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

Кафедра физики

Лаборатория оптики и физики атома № 1(015)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Определение показателя преломления

прозрачных пластинок c помощью микроскопа

Составил: профессор Ульянов А.И

Отредактировал: Валиуллина Г.С.

Ижевск, 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Определение показателя преломления прозрачных

пластинок с помощью микроскопа

Цель работы: определить показатель преломления стекла с помощью микроскопа и микрометра.

Приборы и принадлежности: 1) микроскоп с осветителем, 2) стеклянная пластинка, 3) пластинка из прозрачной пластмассы, 4) микрометр.

Показатель преломления n является важной оптической характеристикой среды: он показывает во сколько раз скорость света в данной среде υ меньше скорости света в вакууме с: . (1)

Из двух сред, имеющих различные показатели преломления, среда с меньшим показателем преломления называется оптически менее плотной, а среда с большим показателем – оптически более плотной.

Луч света, падая на границу раздела двух сред, отличающихся показателем преломления, испытывает отражение и преломление. Углы падения, отражения и преломления луча света отсчитываются от нормали, проведённой к границе раздела сред (смотри рис. 1).

Закон отражения света: падающий и отражённый лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведённым к границе раздела сред в точке падения; угол падения α равен углу отражения α^/ (рис. 1).

Закон преломления света: падающий и преломлённый лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведённым к границе раздела сред в точке падения (рис. 1). Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления γ равно отношению показателя преломления второй среды (в которой луч преломляется) к показателю преломления первой среды (из которой луч падает): (2).

Здесь – относительный показатель преломления второй среды относительно первой. Для воздуха показатель преломленияn ≈ 1. Поэтому, если луч света падает из воздуха в оптически плотную среду с показателем преломления n, например, в стекло, то закон преломления примет вид:

Если луч падает на границу раздела из оптически менее плотной среды в более плотную, как на рис.1, то угол преломления луча  < α, так как n₂ > n₁. В случае, если луч падает на границу раздела из оптически более плотной среды в менее плотную, как на рис. 2, то угол преломления  > α, так как n₂ < n₁. Такая связь между углами  и α определяется законом преломления (2).

Из закона преломления также следует, что для определения показателя преломления среды необходимо измерять угол падения α и преломления  луча света в этой среде. Однако, такие измерения достаточно сложны. Можно поступить проще.

Допустим, что мы хотим определить показатель преломления находящейся в воздухе стеклянной пластинки. С этой целью рассмотрим освещённую снизу пластинку. Пусть на нижней поверхности этой пластинки имеется светящаяся точка S (рис. 3).

Лучи света SKO и SD, испускаемые точкой S, попадают в глаз наблюдателя и дают изображение точки S. Луч SKO в точке К переходит из среды оптически более плотной в среду менее плотную (воздух), поэтому угол преломления γ будет больше угла падения луча α. Глазу изображение точки S будет казаться в месте пересечения луча SD, который не преломляется, и продолжением луча ОК, то есть в точке S^/. Отсюда следует, что глаз будет видеть кажущуюся толщина пластинки d^/, которая меньше действительной толщины d.

Понятно, что кажущаяся толщинаd^/ зависит от показателя преломления пластинки. Поэтому, измеряя действительную и кажущуюся толщину пластинки, можно определить показатель преломления.

Из треугольников КВS и КВS^/ на рис. 3 находим:

КВ / ВS^/ = tg γ ; КВ / ВS = tg α

Поделив равенства, получим:

tg γ / tg α = ВS / ВS^/ = d / d^/.

Пусть углы α и γ малы. Это условие выполняется, например, при рассматривании пластинки через микроскоп. В этом случае можно положить:

tg α  sin α; tg γ  sin γ.

Тогда, принимая во внимание (2), получим:

n = d / d^/ . (3)

Действительная толщина пластинки измеряется при помощи микрометра. Кажущаяся толщина пластинки определяется при помощи микроскопа. В данной работе используется биологический микроскоп серии ”Биолан”.

В устройстве микроскопа можно выделить две основные части: механическую и оптическую. Механическая часть включает в себя корпус (1); механизм фокусировки, который приводится в действие вращением ручки (2) для грубой и ручки (3) - для микрометрической фокусировки микроскопа; предметный столик (4). В верхней части корпуса укреплена головка (5), к которой с одной стороны прикреплено устройство для крепления объектива (6), а с другой –окуляр (7). На предметном столике имеются 2 пружины-клеммы, прижимающие исследуемую пластинку (8) и механизм координатного перемещения объекта.