Лабораторная работа 6 определение показателя преломления жидкости с помощью рефрактометра.

Цель работы: Изучить устройство и принцип работы рефрактометра.

Для реализации поставленной цели, необходимо:

а) Изучить литературу (1) раздел: «Определение показателя преломления жидкости».

б) Ответить на вопросы:

1. Как формулируются основные законы отражения и преломления света?

2. Что называется коэффициентом преломления и от чего он зависит?

3. В чем заключается явление полного внутреннего отражения и при каких условиях оно происходит?

4. Как вычислить предельный угол полного внутреннего отражения?

5. Как зависит показатель преломления раствора от его концентрации?

6. Объясните наличие границы темного и светлого полей зрения при рассматривании картины в проходящем и отраженном свете. Почему граница будет окрашена?

7. Что называется дисперсией света? Как влияет дисперсия на величину предельного угла?

8. Что такое рефрактометр? рефрактометрия? Из каких частей состоит оптическая схема рефрактометра? Начертите ход лучей в призменном блоке рефрактометра.

9. С какой целью применяется рефрактометр в клинических исследованиях?

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основные законы оптики. Полное отражение.

К основным законам распространения света относятся: закон прямолинейного распространения света, законы отражения и преломления света, закон независимости световых пучков.

Закон прямолинейного распространения света – в однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Доказательством этого закона служит образование тени с резкими границами от

непрозрачных предметов при освещении их источниками света малых размеров (рис.1).

Закон независимости световых пучков – эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены.

Закон отражения света – отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенном к границе раздела двух сред в точке падения луча. Угол падения  равен

углу отражения β (рис. 2).

Закон преломления света – луч падающий, луч, преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред:

где n₂₁ – относительный показатель преломления второй среды относительно первой (рис. 3). Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления:

Абсолютный показатель преломления показывает во сколько раз скорость света в среде меньше чем в вакууме, т.е.:

с – скорость света в вакууме, v – скорость света в данной среде.

Обратимость световых пучков - если обратить преломленный луч, заставив его падать на границу раздела под углом i , то преломленный луч в первой среде будет распространяться вдоль падающего луча. Из закона преломления следует, что при распространении света из оптически менее плотной среды в более плотную n₂>n₁, , и угол падения больше угла преломления. Если же луч света переходит из оптически более плотной среды в менее плотную, то n_2<n₁, , и угол падения меньше угла преломления.

С увеличением угла падения увеличивается и угол преломления, и при некотором значении угла падения _кр угол преломления окажется равным 90 . Одновременно с этим интенсивность преломленного луча уменьшается, а интенсивность отраженного луча увеличивается и при угле падения равном _кр интенсивность преломленного луча становится равной нулю, а интенсивность отраженного луча равна интенсивности падающего луча. Поэтому это явление получило название полного внутреннего отражения. Угол падения _кр получил название предельного угла полного внутреннего отражения. При углах падения больших _кр весь падающий свет отражается в первую среду. Из закона преломления света можно получить, если учесть, что i=90 формулу для угла полного внутреннего отражения, .

Явление полного отражения нашло широкое практическое применение в призмах полного отражения. Такие призмы применяются в биноклях, перископах, телескопах, а также в рефрактометрах, позволяющих определять показатель преломления вещества.

Если направить в какую-либо точку на границе раздела двух сред пучок лучей с углами падения от 0 до 90° со стороны оптически более плотной среды и наблюдать картину в отраженных лучах, то поле зрения будет разделено на две части различной освещенности. Та часть поля зрения, которая освещается лучами, испытавшими частичное отражение от границы раздела и частичное преломление (лучи 1 и 2 на рис. 4, а), будет менее освещена, чем вторая половина, которая освещается только лучами, испытавшими полное внутреннее отражение (лучи 3 и 4 на рис. 4, а).

При наблюдении картины в проходящем свете граница раздела сред освещается пучком лучей, идущих из среды с меньшим показателем преломления (лучи 1, 2, 3, 4 на рис.4, б). Очевидно, что в пучке преломленных лучей луч 4 будет крайним. Поле зрения будет разделено на полностью затененную и освещенную части. Этот способ дает очень

отчетливую границу, но пригоден только для прозрачных сред. Первый же способ может применяться и в том случае, когда среда с меньшим показателем преломления мало прозрачна, но в этом случае граница наблюдается труднее из-за малой разницы в освещенности обеих половин поля зрения.