Контрольные вопросы

1. Опишите устройство биологического микроскопа.

2. Изобразите ход лучей в микроскопе; выведите формулу увеличения микро­скопа.

3. Что называется пределом разрешения и разрешающей способностью микро­скопа? апертурным углом объектива?

4. Укажите способы увеличения разрешающей способности микроскопа.

5. Опишите специальные приемы микроскопии.

6. Опишите назначение и устройство окулярно-винтового микрометра.

7. Как определяется цена деления окулярно-винтового микрометра в работе?

Литература

4. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. – М.: Высшая школа, 1999. – §§26.7-26.9.

5. Ливенцев Н.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1974. – §§139–142.

6. Лаврова И.В. Курс физики. – М.: Просвещение, 1981. – §§35; 90.

7. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1997. – §§83, 84, 85.

Лабораторная работа № 16

Определение показателя преломления жидкости

Цель работы: изучение принципа работы рефрактометра и исследование зави­симости показателя преломления раствора от концентрации.

Приборы и принадлежности: рефрактометр, растворы различной концентрации, пипетка.

При переходе света через границу раздела двух сред, скорость распространения света в которых различна, происходит изменение его направления. Это явление называ­ется преломлением, или рефракцией света.

Закон преломления: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред

, (1)

где n₂₁ – относительный показатель преломления второй среды относительно первой. Индексы в обозначении углов i₁, i₁^/, i₂ указывают, в какой среде (первой или второй) идет луч.

Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления:

. (2)

Абсолютным показателем преломления среды называется величина n, равная отношению скорости электромагнитных волн в вакууме к их фазовой скорости v в среде:

. (3)

Учитывая (2), закон преломления (1) можно записать в виде

. (4)

И з симметрии выражения (4) вытекает обратимость световых лучей. Если обратить луч III (рис.1), заставив его падать на границу раздела под углом i₂, то преломленный луч в первой среде будет распространяться под углом i₁, т.е. пойдет в обратном направлении вдоль луча I.

Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления n₁ (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления n₂ (оптически менее плотную) (n₁ > n₂), например из стекла в воду, то согласно (4)

.

Отсюда следует, что преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления i₂ больше, чем угол падения i₁ (рис.2а). С увеличением угла падения увеличивается угол преломления (рис.2б, 2в) до тех пор, пока при некотором угле падения (i₁ = i_пр.) угол преломления не окажется равным . Угол i называется предельным углом полного отражения (i = i_отр). При углах падения i₁ > i_отр. весь падающий свет полностью отражается (рис.2г).

Таким образом, при углах падения от i_отр. до луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду, причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы. Это явление называется полным отражением.

Предельный угол полного отражения i_отр. определим из формулы (4):

,

тогда . (5)

У равнение (5) удовлетворяет значениям угла i_отр. при n₂ < n₁. Следовательно, явление полного отражения имеет место только при падении света из среды оптически более плотной в среду менее плотную.

Если свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плот­ную (n₁ < n₂), то угол преломления меньше угла падения (рис.3). Если луч падает на границу раздела сред под наибольшим возможным углом (луч скользит вдоль границы раздела сред), то он будет преломляться под углом . Этот угол является наибольшим углом преломления для данных сред и называется предельным углом преломления. Из формулы (4) следует:

,

откуда

. (6)

Т аким образом, предельный угол преломления и предельный угол полного отра­жения для данных сред зависят от их показателей преломления. Это нашло применение в приборах для измерения показателя преломления веществ – рефрактометрах (рис.4), используемых для определения чистоты воды, концентрации общего белка сыворотки крови, для идентификации различных веществ и т.д.

Явление полного отражения используется также в световодах (светопроводах), представляющих собой тонкие, произвольным образом изогнутые нити (волокна) из оптически прозрачного материала. В волоконных деталях применяют стеклянное волокно, световедущая жила (сердцевина) которого окружается стеклом – оболочкой из другого стекла с меньшим показателем преломления. Свет, падающий на торец световода под углами, большими предельного, претерпевает на поверхности раздела сердцевины и оболочки полное отражение и распространяется только по световедущей жиле.