ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
Определение абсолютного показателя преломления соляного раствора с помощью рефрактометра
Цель работы: изучение принципа действия рефрактометра; определение зависимости абсолютного показателя преломления от концентрации поваренной соли в водном растворе и нахождение по ней неизвестной концентрации соляного раствора.
Приборы и оборудование: рефрактометр, набор водяных растворов с известной концентрацией поваренной соли в колбах, раствор с неизвестной концентрацией соли, мерный стакан, пипетка.
1. Теоретическая часть
1.1. Законы геометрической оптики
Геометрическая оптика - это раздел оптики, в котором распространение света в прозрачных средах рассматривается на основе представления о световом луче как линии, вдоль которой распространяется световая энергия.
В основу формального построения геометрической оптики положено четыре закона, которые были установлены опытным путем задолго до установления физической природы света:
· закон прямолинейного распространения света;
· закон независимости световых лучей;
· законы отражения и преломления света.
Закон прямолинейного распространения света: свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно (дифракцией света пренебрегают).
Закон независимости световых пучков: эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действует ли одновременно остальные пучки (интерференцией пренебрегают).
Законы отражения и преломления света:
1) падающий, отражённый, преломлённый лучи и нормаль к поверхности раздела в точке падения луча лежат в одной плоскости;
2) угол отражения γ равен углу падения , причём отражённый и падающий лучи лежат по разные стороны от нормали;
(1)
3) отношение синуса угла падения α синусу угла преломления β для данных двух сред есть величина постоянная
,
(2)
где n21 – относительный показатель преломления второй среды относительно первой, n1, n2 – абсолютные показатели преломления первой и второй сред соответственно (показатели преломления сред по отношению к вакууму ) (рис.1).
INCLUDEPICTURE
"http://ens.tpu.ru/POSOBIE_FIS_KUSN/%CA%EE%EB%E5%E1%E0%ED%E8%FF%20%E8%20%E2%EE%EB%ED%FB.%20%C3%E5%EE%EC%E5%F2%F0%E8%F7%E5%F1%EA%E0%FF%20%E8%20%E2%EE%EB%ED%EE%E2%E0%FF%20%EE%EF%F2%E8%EA%E0/ima/image1373.jpg"
\* MERGEFORMAT
Рис. 1. Явления отражения и преломления
1.2. Принцип Гюйгенса
Для анализа этих законов Х. Гюйгенс в XVII в. предложил простой и наглядный метод, названный впоследствии принципом Гюйгенса: каждая точка, до которой доходит волна, служит источником вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени.
Волновой фронт – геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t.
Основываясь на своем методе, Гюйгенс объяснил прямолинейность распространения света и вывел законы отражения и преломления.
Закон отражения света. Предположим, что плоская волна (фронт волны АВ), распространяющаяся в вакууме вдоль направления I со скоростью с, падает на границу раздела двух сред (рис. 2а). Когда фронт волны АВ достигнет отражающей поверхности в точке А, эта точка начнет излучать вторичную волну. Для прохождения волной расстояния ВС требуется время Δt = BC/υ. За это же время фронт вторичной волны достигнет точек полусферы, радиус AD которой равен: υΔt = ВС. Положение фронта отраженной волны в этот момент времени в соответствии с принципом Гюйгенса задается плоскостью DC, а направление распространения этой волны – лучом II. Из равенства треугольников ABC и ADC вытекает закон отражения: угол отражения γ равен углу падения α.
Закон преломления света (закон Снелиуса). Предположим, что плоская волна (фронт волны АВ), распространяющаяся в вакууме вдоль направления I со скоростью с, падает на границу раздела со средой, в которой скорость ее распространения равна u (рис. 2б).
Пусть время, затрачиваемое волной для прохождения пути ВС, равно Δt. Тогда ВС = сΔt. За это же время фронт волны, возбуждаемой точкой А в среде со скоростью u, достигнет точек полусферы, радиус которой AD = uΔt. Положение фронта преломленной волны в этот момент времени в соответствии с принципом Гюйгенса задается плоскостью DC, а направление ее распространения – лучом III. Из рис. 2б видно, что
,
т.е. 
.
Отсюда следует закон Снелиуса:
.
Рис. 2. Законы отражения и преломления света согласно принципу Гюйгенса