Лабораторна робота № 1 визначення показника заломлення скла за допомогою мікроскопа

Мета роботи: визначити коефіцієнт заломлення скла, використовуючи явище наближення до поверхні розподілу двох середовищ уявного зображення точки.

Прилади і матеріали: вимірювальний мікроскоп, мікрометр, скляна пластинка з двома штрихами на верхній і нижній сторонах, освітлювач.

1.1. Основні розрахункові формули.

Абсолютним коефіцієнтом заломлення якого-небудь середовища називається відношення синуса кута падіння променя, що йде із пустоти (або повітря), до синуса кута заломлення цього середовища:

В даній роботі для визначення коефіцієнта заломлення використовується явище наближення до поверхні розподілу двох середовищ уявного зображення точки.Це явище спостерігається в тому випадку, якщо промені ідуть із оптично більш густого середовища і, заломившись, виходять в менш густе середовище.

Щоб визначити коефіцієнт заломлення скла, беруть плоскопаралельну скляну пластинку, на якій зроблені на обох поверхнях неглибокі штрихи. На одній поверхні штрих роблять вздовж пластинки, а на другій – поперек.

Нехай промінь (рис.1.1), який вийшов із точки О (вона лежить на нижньому штриху) в напрямку ОВ, заломившись в точці В, піде в повітрі в напрямку ВЕ. Тоді око, що знаходиться на нормалі ОА, проведеній із точки О до поверхні пластинки, побачить уявне зображення цієї точки О₁ (вона лежить на перетині з нормаллю продовженого заломленого променя ВЕ). В точці О₁ будуть перетинатися продовження всіх променів після заломлення, що виходять із точки О в напрямках, які утворюють невеликі кути з нормаллю ОА (рис. 1.2).

Рис. 1.1 Рис. 1.2

Спостерігачу може здатися, що всі ці промені виходять не з точки О, а із уявного її зображення O . Тому, якщо спостерігач встановив мікроскоп на точку А, що лежить на верхньому штриху, то щоб побачити точку О, яка лежить на нижньому штриху, йому, очевидно, необхідно перемістити весь тубус мікроскопа не на віддаль OA, рівну d ( де d – товщина пластинки), а на меншу віддаль O А, рівну d (де d - уявна товщина пластинки).

В результаті того, що в об’єктив мікроскопа падає дуже вузький пучок променів (рис. 1.2), кути і та r – дуже малі. Тому синуси цих кутів можна замінити їх тангенсами. Із рис. 1.1 видно, що показник заломлення

Таким чином, щоб визначити коефіцієнт заломлення скла, необхідно дійсну товщину скляної пластинки поділити на її уявну товщину. Дійсну товщину пластинки d вимірюють мікрометром, а уявну d визначають по різниці відліків двох положень тубуса мікроскопа при наведенні його на верхній і нижній штрих.

1.2. Опис мікроскопа.

Оптична схема мікроскопа показана на рис 1.3,

Рис. 1.3

де F і F , F₁^/,F₂^/ - відповідно передній і задній фокуси об’єктива О і окуляра О ; ab- предмет (штрих на пластинці); a^/ b^/-дійсне, обернене і збільшене об’єктивом зображення, яке служить предметом для окуляра; a^// b^//- зображення предмета a^/ b^/, яке ще більше збільшене окуляром. Оскільки окуляр відіграє роль лупи, то a^/ b^/ повинне знаходитись між окуляром і його переднім фокусом F . Тоді зображення , яке дає мікроскоп, буде збільшеним, уявним і оберненим по відношенню до предмета ab .

Віддаль між фокусами F₁^/- F називається оптичним інтервалом, який здебільшого рівний 160-170 мм.

Зовнішній вигляд мікроскопа показаний на рис. 1.4. Поставивши перед дзеркалом L електричну лампочку, повертають дзеркало так, щоб поле зору в окулярі було яскраве і рівномірно освітлене.

На столик S кладуть скляну пластинку із штрихами на нижній і верхній і прижимають її двома держаками. Місце перетину штрихів повинне знаходитись посередині поля зору об’єктива. Фокусування мікроскопа необхідно проводити на край штриха, тому що при фокусуванні середини штриха виникне похибка в вимірюванні уявної товщини, тому що середина штриха лежить глибше,ніж його край. Вимірювальна частина мікроскопа складається із гвинта грубої наводки G і мікрометричного гвинта М для точної наводки.