ФГОУ ВПО «КАЛИНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ФИЗИКИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 218

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЗРАЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

Методическое указание к выполнению лабораторной работы по курсу общей физики для студентов инженерно-технических специальностей

Калининград

2008

Цель работы: Определение при помощи микроскопа показателя преломления пластинок из различных оптических материалов и расчёт скорости распространения света в этих материалах.

Оборудование: Исследуемые пластинки, микроскоп, микрометр (штангенциркуль).

Примечание: в связи с различным типом микроскопов, применяемых для проведения данной работы, она подразделяется на варианты «А» и «Б» (см. далее).

1. Вводная часть

Свет представляет собой сложное явление: в одних случаях он ведёт себя как электромагнитная волна, в других - как поток особых частиц (фотонов). В электромагнитной волне колеблются два вектора - напря­жённости электрического и напряжённости магнитного полей. Как пока­зывает опыт, физиологическое, фотохимическое и другие действия света вызываются колебаниями электрического вектора, то есть вектора напря­жённости электрического поля (светового вектора). При этом изменение вектора напряжённости электрического поля в веществе, в пространстве и времени описывается уравнением:

, (1.1)

где Ф/м, Гн/м,

и - диэлектрическая и магнитная проницаемости данного вещест­ва. Вообще уравнение типа:

(1.2)

представляет собой волновое уравнение. Всякая функция, удовлетворяю­щая такому уравнению, описывает некоторую волну, причём корень квад­ратный из величины, обратной коэффициенту при , даёт скорость распространения этой волны.

Таким образом, из составления и сопоставления уравнений (1.1) и (1.2) следует, что скорость распространения света в веществе

(1.3)

Для случая распространения света в вакууме =1, =1 и тогда получим:

м/сек = С

Таким образом, скорость распространения света в веществе:

(1.4)

Для всех известных в настоящее время прозрачных веществ магнитная про­ницаемость практически равна 1 и тогда:

(1.5)

Абсолютным показателем преломления оптически прозрачного вещества называется отношение скорости распространения света в вакууме к ско­рости распространения света в данном веществе:

(1.6) Из сопоставления формул (1.5.) и (1.6.) следует

(1.7)

Эта формула связывает оптические свойства вещества с его электричес­кими свойствами. На первый взгляд может показаться, что эта формула неверна. Например, для воды = 81, а = 1,33. Однако надо иметь в ви­ду, что значение =81 получено из электростатических измерений. В быстропеременных электрических полях значение получается иным, причём оно зависит от частоты колебаний поля. Подстановка в формулу (1.7) значения , полученного для соответствующей частоты, приво­дит к правильному значению .

При прохождении света через границу раздела двух сред (двух прозрачных веществ) падающий луч разделяется на два - отражённый и пре­ломлённый (рис. 1). Отражённый луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке падения. Угол отражения равен углу падения: .

Преломлённый луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нор­малью, восстановленной в точке падения. Отношение синуса угла паде­ния к синусу угла преломления есть величина постоянная для данного вещества:

(1.8)

Луч падающий	Рис.1	Абсолютный показатель преломления Луч отражённый (среда 1) Луч преломлённый(среда 2) Абсолютный показатель преломления

Величина называется относительным показателем преломления второго вещества по отношению к первому. Показатель преломления ве­щества по отношению к вакууму называется абсолютным показателем пре­ломления (или просто показателем преломления) данного вещества и обозначается буквой .