93

Министерство образования и науки Российской Федерации

Хакасский технический институт – филиал

Красноярского государственного технического университета

Оптика атомная физика

Методические указания к лабораторным работам

Абакан, 2005

УДК 53

Л 50

Оптика. Атомная физика. Методические указания к лабораторным работам. /Составители: В.Г. Лесникова, М.Ф.Кузнецов, Е.Х.Тюдешев. Красноярск: КГТУ, 2004. 84 с.

Предназначено для студентов дневной формы обучения (спец. 100400, 120300, 120100, 150300).

 КГТУ, 2004

Редактор Смирнова Н.Ф.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА

Цель работы: а) изучение устройства и принципа действия микро-скопа;

б) определение показателя преломления стекла с помощью микроскопа

Оборудование: микроскоп; штангенциркуль (или микрометр);

набор пластинок из разного сорта стекла

Рис. 1

Если луч света 1 (рис. 1) падает на границу раздела двух сред с разными показателями преломления (n₁ < n₂), то в точке падения он частично отражается в первую среду (луч 2) и частично проходит во вторую среду, преломляясь на границе раздела (луч 3). При этом выполняются законы геометрической оптики.

1. Закон отражения света, согласно которого угол падения равен углу отражения (); луч и, падающий (1) и отраженный (2), лежат в одной плоскости с нормалью к поверхности в точке падения.

2. Закон преломления света гласит: лучи, падающий (1) и преломленный (3), лежат в одной плоскости с нормалью в точке падения, и отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред и называется относительным показателем преломления второй среды к первой (n₂₁)

, (1-1)

где - отношение абсолютного показателя преломления второй среды (n₂) к абсолютному показателю первой среды (n₁).

Абсолютный показатель преломления связан со скоростью света соотношением:

(1-2)

где с = 310⁸м/с – скорость света в вакууме;  - скорость света в данной среде.

С учетом выражения (1-2) формулу (1-1) представим в виде:

(1-3)

Следует помнить, что углы падения, отражения и преломления лежат в одной плоскости и отсчитываются от нормали (рис. 1).

Определение показателя преломления стекла относительно воздуха в данной работе осуществляется с помощью микроскопа, оптическая схема которого приведена на рис. 2.

Рис. 2

Предмет А располагают вблизи переднего фокуса объектива (Об), в котором получается действительное, перевернутое, увеличенное изображение . Это изображение рассматривается через окуляр (Ок), как через лупу, которая дает мнимое, увеличенное и перевернутое изображение (по сравнению с самим предметом).

Задний фокус объектива (F_об) и передний фокус окуляра (F_ок) либо совпадают, либо расположены на незначительном расстоянии  друг от друга. При этом фокусное расстояние объектива во много раз меньше, чем у окуляра (f_об << f_ок).

На рис. 3 показан общий вид микроскопа: а) типа «МШ-1»;

б) «Биолам». Обозначения на обоих рисунках одни и те же:

а) б)

Рис. 3

1 – тубус микроскопа; 2 – окуляр; 3 – объектив; 4 – предметный столик; 5 – зеркало подсветки; 6 – основание микроскопа; 7- исследуемый объект; 8 – микровинт для перемещения тубуса вверх – вниз; 9 – лимб (рис. 3б), шкала которого проградуирована в градусах от 0 до 180 с ценой деления 1⁰.

В основе метода определения показателя преломления с помощью микроскопа лежит кажущееся уменьшение толщины плоскопараллельной пластинки вследствие преломления света.

Н

Рис. 4

а рис. 4 показан ход лучей в плоскопараллельной пластинке толщиной Н. Луч 1 из точки А, лежащей на нижней грани, падает в произвольную точку С на верхней грани под углом  и выходит в воздух под углом . Луч 2, падающий в точку В по нормали, выходит в воздух, не преломляясь. При рассматривании сверху наблюдатель видит точку А, смещенной в точку , т.е. возникает кажущееся уменьшение толщины пластинки (h <<H).

Согласно закона преломления

(1-4)

где n_возд  1 – абсолютный показатель преломления воздуха; n_ст - абсолютный показатель преломления стекла.

При малых углах возможна замена: sin   tg . Тогда формулу (1-4) запишем в виде:

Значения tg  и tg  найдем из рис. 4.

Разделив одно выражение на другое, получим

.

Отсюда показатель преломления стекла будет равен

. (1-5)

Таким образом, определение показателя преломления стекла сводится к измерению действительной толщины (Н) и кажущейся толщины (h) пластинки.