5. Дисперсия света.

Показатель преломления вещества есть отношение скорости света в вакууме к фазовой скорости световых волн в веществе:

.

Д исперсией света называется зависимость показателя преломления вещества от частоты (длины волны). В тех областях спектра, в которых данное вещество прозрачно, показатель преломления с уменьшением длины волны увеличивается. В полосах поглощения наблюдается обратный ход дисперсии, т.е. уменьшение показателя преломления с уменьшением длины волны (см. рис. 2.5). Дисперсию света можно объяснить на основе электромагнитной и электронной теорий вещества. Электроны в атомах удерживаются в положении равновесия квазиупругими силами и испытывают со стороны среды действие сил, аналогичных силам трения. При прохождении электромагнитной волны через вещество каждый электрон оказывается под действием синусоидальной силы и начинает совершать вынужденные колебания с частотой электромагнитной волны. Колеблющийся электрон возбуждает вторичную волну, которая, складываясь с первичной, образует результирующую волну. Фазы вторичных волн отличаются от фазы первичной волны. Это приводит к тому, что результирующая волна распространяется в веществе с фазовой скоростью V, отличной от скорости волн в вакууме. Различие между ними будет тем больше, чем сильнее вынужденные колебания электронов, т.е. чем ближе частота падающей волны к собственной частоте колебаний электрона. Отсюда вытекает зависимость скорости волн в веществе от частоты волны, т.е. дисперсия.

6. Ход работы

Задание 1. Определение показателя преломления стеклянной пластины.

1. Включить микроскоп.

2. Поместить на предметный столик исследуемую пластину, поставив на ней свой отпечаток пальца.

3. Сфокусировать микроскоп на верхнюю поверхность пластины.

4. Замерить расстояние d₁ от предметного столика до объектива микроскопа, полученное значение записать в таблицу 2.1.

5. Перевернуть пластинку отпечатком вниз.

6. Сфокусировать микроскоп на нижнюю поверхность пластины.

7. Замерить расстояние d₂ от предметного столика до объектива микроскопа, полученное значение записать в таблицу 2.1.

8. Опыт повторить пять раз.

9. Рассчитать показатель преломления и погрешность измерений.

Показатель преломления исследуемого вещества вычисляют по формуле

, (2.3)

где d – истинная толщина пластинки, указанная на ее боковой поверхности: d=15,37 мм.

Таблица 2.1

№ опыта	d1, мм		( )2	d2, мм		( )2
1
2
3
4
5
			( )2			( )2

Абсолютная погрешность результата прямых измерений и . Результат измерений: мм, где – относительная погрешность. Аналогично записать результат для d₂.

Среднее значение косвенных измерений получим по формуле: . Абсолютная погрешность результата косвенных измерений вычисляется таким образом: .

Значение найденного показателя преломления запишем в выводе в стандартном виде: .

Задание 2. Определение показателя преломления жидкостей при помощи рефрактометра.

1. Откидываем верхнее полушарие измерительной головки, на поверхность измерительной призмы стеклянной палочкой осторожно (не царапать оптической поверхности!) наносим несколько капель исследуемой жидкости и закрываем головку.

2. Вращая маховичок 4, находим границу раздела света и тени; маховичком 5 устраняем ее окрашенность.

3. Затем маховичком 4 точно совмещаем границу раздела с перекрестием сотки и снимаем отсчет по шкале показателей преломления.

Примечание. Жидкости для измерения выдаются лаборантом, которому перед началом измерений следует проверить градуировку рефрактометра. Это можно сделать, измерив показатель преломления дистиллированной воды и сравнив его с показателем преломления воды, приведенным табл. 2.2.

Таблица 2.2.

	воды		воды		воды
14	1,3335	18	1,3332	22	1,3328
15	1,3334	19	1,3331	23	1,3327
16	1,3333	20	1,3330	24	1,3326
17	1,3332	21	1,3329	25	1,3325

Переходя от исследования одной жидкости к измерению показателя преломления другой жидкости и после окончания работы, необходимо промыть измерительную и осветительную призму дистиллированной водой из спринцовки и осторожно осушить бумажной салфеткой.

Задание 3. Проведение рефрактометрического анализа раствора.

Сделать рефрактометрический анализ раствора, основанный на том, что показатель преломления раствора линейно зависит от его концентрации.

Студенту выдаются несколько растворов различной концентрации одного и того же вещества. Методика определения показателя преломления подробно изложена в задании № 2. После получения значений показателя преломления n растворов, концентрация которых известна, строится градуировочный график – зависимость показателя преломления n раствора от его концентрации. Затем измеряют показатель преломления раствора, концентрация которого неизвестна, и по построенному графику определяют концентрацию этого раствора.

Концентрация, %				Х
Плотность, кг/м3
n

Определить концентрацию и плотность неизвестного раствора.