Лабораторные Работы / Лабораторная работа №5а

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова»

Кафедра общей физики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛЯННОЙ ПЛАСТИНКИ С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПА

Выполнил:

Студент группы ЭЭ – 32 - 05

Иваничев Алексей Владимирович

Проверил:

Митрюхин Л.К.

Чебоксары 2006

Цель работы: изучение законов геометрической оптики и приобретения навыков работы с микроскопом.

Приборы и принадлежности: микроскоп "Биолам", плоскопараллельная стеклянная пластинка.

Краткая теория. При наблюдении предмета сквозь слой воды или стеклянную пластинку предмет кажется расположенным ближе к наблюдателю, чем в действительности. Это кажущееся приближение предмета связано с преломлением света на границе пластинки с воздухом и зависит как от толщины пластинки, так и от ее показателя преломления.

Рассмотрим ход лучей через плоскопараллельную стеклянную пластинку толщиной d при фокусировке микроскопа на точку А, расположенной на нижней поверхности пластинки (рис.1б). Из рисунка 1б следует, что

где х – кажущаяся толщина пластинки.

Действительно:

Если ограничиваться малыми углами наблюдения, то

Следовательно, для малых углов наблюдения

(1)

Измерив действительную толщину пластинки d и так называемую кажущуюся толщину x, можно вычислить по формуле (1) показатель преломления стекла.

В тоже время из рис.1б видно, что

(2)

где - кажущееся приближение предмета.

Подставив формулу (2) в (1), получим

(3)

Следовательно, измерив кажущееся приближение y и кажущуюся толщину x, можно вычислить показатель преломления стекла вторым способ по формуле (3). Комбинируя первый и второй способ можно вычислить показатель преломления третьим способом по формуле:

(4)

Порядок выполнения работы.

Перемещение тубуса микроскопа рассчитывается по следующей формуле

[мм] (5)

где К – число полных оборотов микрометрического винта, N – количество делений микрометрического винта от значения полного оборота, мм – цена деления микрометрического винта.

Измерение реальной толщины стеклянной пластинки d.

1. На предметное стекло микроскопа кладем стеклянную пластинку и фокусируем микроскоп на метке (пылинки) на ее верхней поверхности (рис.3а т.В).

2. Убираем стеклянную пластинку и, перемещая тубус микроскопа вращением головки микрометрического винта, фокусируем микроскоп на метке (пылинке) на верхней поверхности предметного стекла (рис.3б т.А).

3. Пренебрегая воздушным промежутком между нижней поверхности стеклянной пластинки и верхней поверхностью предметного стекла, считаем, что перемещение тубуса микроскопа, вычисленное по формуле (5), является реальной толщиной пластинки d.

4. Значения K, N, d заносим в таблицу измерений.

5. Измерения производятся не менее 5-ти раз.

Измерение кажущейся толщины стеклянной пластинки х.

1. На предметное стекло микроскопа кладем стеклянную пластинку и фокусируем микроскоп на метке (пылинке) на ее верхней поверхности (рис.1а т.В).

2. Перемещая тубус микроскопа вращением микрометрического винта, фокусируем микроскоп на метку (пылинку) на нижней поверхности стеклянной пластинки (рис.1б т.А).

3. Перемещение тубуса микроскопа, вычисленное по формуле (5), является кажущейся толщиной пластинки х.

4. Значение K, N, x заносим в таблицу измерений.

5. Измерения производятся не менее 5-ти раз.

Измерение кажущегося приближения предмета y.

1. На предметное стекло микроскопа кладем стеклянную пластинку и фокусируем на микроскоп на метке (пылинке) на нижней поверхности стеклянной пластинки (рис.2а т.А).

2. Убираем стеклянную пластинку и, перемещая тубус микроскопа вращением головки микрометрического винта, фокусируем микроскоп на метке (пылинке) на верхней поверхности предметного стекла (рис.2б т.А).

3. Пренебрегая воздушным промежутком между нижней поверхности стеклянной пластинки и верхней поверхностью предметного стекла считаем, что перемещение тубуса микроскопа, вычисленное по формуле (5), является кажущимся приближением y.

4. Значение K, N, y заносим в таблицу измерений.

5. Измерения производятся не менее 5-ти раз.

Таблица 1.

№№ опыта	d			x			y
	K	N	мм	K	N	мм	K	N	мм
1	12	31	1.262	9	11	0.922	3	43	0.386
2	12	46	1.292	9	16	0.932	3	47	0.394
3	12	44	1.288	9	17	0.934	3	47	0.394
4	12	36	1.272	9	15	0.930	3	45	0.390
5	12	46	1.292	9	16	0.932	3	47	0.394
Сред.			1.2812			0.930			0.3916

Обработка результатов измерений.

1. Рассчитать средние значения прямых измерений: реальной толщиной стеклянной пластинки d_ср, кажущейся толщины стеклянной пластинки x_ср и кажущегося приближения y_ср.

2. Найти погрешности прямых измерений Δd, Δx, Δy.

3. Результаты прямых измерений представить в виде

4. Вычислить показатель преломления стеклянной пластинки 3 способами по формулам (1), (3), (4).

5. На основе выражений (1), (3), (4) найти формулы для погрешностей косвенных измерений показателя преломления для всех 3-х способов.

6. С помощью найденных формул определить абсолютные погрешности показателей преломления Δn₁, Δn₂, Δn₃.

7. Окончательный результат записать в виде

Вычислим среднеквадратичные погрешности отдельных измерений:

Принимаем Р=0,95 и по таблице найдем коэффициент Стьюдента для пяти измерений α=2,8.

Вычислим случайные погрешности:

мм

мм

мм

Полная погрешность с учетом приборной:

мм

мм

мм

Запишем результаты прямых измерений:

мм

мм

мм

Вычислим средние значения n_1ср, n_2ср, n_3ср:

Вычислим относительные погрешности измерения n₁, n₂, n₃:

Вычислим абсолютную погрешность измерения n₁, n₂, n₃ :

Запишем окончательный результат вычисления n₁, n₂, n₃ :