Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный технический университет

Кафедра физики Методические указания и отчёт по лабораторной работе № 80 « Определение показателя преломления стеклянной пластинки с помощью микроскопа»

Выполнил(а) студент(ка) группы _________________ __________________________

Принял преподаватель ______________ “___“_______ 2004

Караганда 2004

Печатается по: Ясинский В. Б.

Лабораторный физический практикум: волновая и квантовая оптика, физика атома и ядра.

Учебное пособие.

Караганда: КарГТУ, 2002, 90с., ил. С.71-76

Лабораторная работа № 80 Определение показателя преломления стеклянной пластинки с помощью микроскопа

Теория метода

Рис. 1

При прохождении света через ровную и плоскую границу двух прозрачных сред неодинаковой оптической плотности падающий луч света АО разделяется на два луча: отражённый луч ОВ и преломленный луч ОD (рис.1). Направления лучей определяются следующими законами отражения и преломления света:

1. Луч АО, падающий на преломляющую поверхность, нормаль к поверхности в точке падения NON₁, луч отраженный ОВ и луч преломленный ОD лежат в одной плоскости.

2. Угол отражения NOB численно равен углу падения NOA.

3. Синус угла падения  относится к синусу угла преломления , как скорость света в первой среде относится к скорости света во второй среде:

.

Последний закон говорит о том, что

свет распространяется в различных средах с различной скоростью.

Для луча данной длины волны отношение скорости света в среде 1 к скорости света в среде 2 или отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, то есть

.

Величина n₂₁ называется относительным показателем преломления второй среды по отношению к первой. Отсюда же следует и его физический смысл, который заключается в том, что

относительный показатель преломления показывает, как меняется скорость света при переходе из одной среды в другую.

Если среда 1 – вакуум, то показатель преломления n₂₁ среды 2 по отношению к вакууму называется абсолютным показателем преломления данной среды или просто показателем преломления.

Абсолютный показатель преломления среды 2 равен:

Здесь с – скорость света в вакууме (с = 310⁸ м/с). Отсюда следует, что

абсолютный показатель преломления среды равен отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде.

Показатель преломления зависит от длины волны света и от свойств среды. Поскольку скорость распространения света в среде всегда меньше, чем в вакууме, абсолютный показатель преломления всегда больше единицы.

Рис. 2

При переходе света из среды оптически более плотной в менее плотную (n₂ < n₁) угол преломления  больше угла падения . Когда угол падения достигает некоторого значения = _пр (луч 3 на рис. 2), угол преломления окажется равным 90. В этом случае преломленный луч скользит по поверхности границы сред. При угле падения  большем _пр преломленный луч отсутствует, а падающий луч полностью отражается от границы раздела сред (луч 4 на рис. 2). Наблюдается полное внутреннее отражение.

Предельный угол определяется из условия, что при полном внутреннем отражении угол преломления  становится равным 90, то есть

из

получаем .

Применение явления полного внутреннего отражения

Полное внутреннее отражение позволяет в некоторых случаях отказаться от непрочных, часто дорогостоящих и неудобных в эксплуатации зеркал с наружным напылением, и заменить их прямоугольными призмами. Вариантов может быть несколько. Исторически сложилась, что фактически одна и та же призма в зависимости от способа её использования получила своё персональное название. Посмотрим, как это делается.

Поворотная призма

Рис.3

Если по формуле (2) определить предельный угол полного внутреннего отражения на границе стекло-воздух, то получаем пр = 41о49'. Следовательно, если взять стеклянную прямоугольную равнобедренную призму и направить на нее луч со стороны катетной грани по нормали к ней (см. рис.3), то этот луч будет падать на гипотенузную грань призмы под углом =45о, который будет больше предельного.

Как мы уже видели, это означает, что луч отразится от этой грани под тем же углом 45^о и попадет на вторую катетную грань уже по нормали к ней. В результате луч выйдет из призмы в той же плоскости, что и падающий луч, но повёрнутый под прямым углом к нему. Именно поэтому призма и получила название поворотной.