МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики Морев А.В., Паутова Л.В. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ПЛАСТИНКИ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ ПО КУРСУ «ФИЗИКА» для студентов специальности 230700 “Сервис” Тюмень, 2010

УДК 531.19

M-79

Морев А.В., Паутова Л.В. Определение показателя преломления плоскопараллельной пластинки: методические указания к лабораторной работе по курсу «Физика» для студентов специальности 230700 “Сервис” очной формы обучения. - Тюмень: РИО ГОУ ВПО ТюмГАСУ, 2010. – 11 с.

Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы по курсу общей физики, раздел «Оптика».

Методические указания содержат краткую теоретическую часть и контрольные вопросы. В пособии даны методические рекомендации по порядку выполнения работы, математической обработке результатов измерений и оформлению таблиц.

Рецензент: Третьяков П.Ю.

Тираж 50 экз.

© ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет »

© Морев А.В., Паутова Л.В.

Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет »

Содержание

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1. Теоретическая часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2. Экспериментальная часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3. Порядок выполнения работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4. Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Введение

Методические указания предназначены для студентов специальности 230700 “Сервис” очной формы обучения, соответствуют действующей программе курса физики.

В указаниях кратко излагаются теоретические основы изучаемых явлений, даются описания лабораторных установок, методик выполнения упражнений и способов обработки результатов измерений. В конце работы предлагаются контрольные вопросы, акцентирующие внимание студентов на самые важные части теории и проведенного эксперимента.

Работа посвящена изучению основных законов геометрической оптики.

Цель работы – изучение хода лучей в плоскопараллельной пластинке и определение показателя преломления материала.

Оборудованием служит лабораторный оптический комплекс ЛКО-2Р.

1. Теоретическая часть

Рассмотрим основные законы геометрической оптики.

Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Рисунок 1 – Ход луча при отражении и преломлении.

Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (рисунок 1). Угол падения α равен углу отражения γ:

(1)

Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина постоянная для двух данных сред:

(2)

Относительным показателем преломления второй среды относительно первой называют величину:

(3)

Показатель преломления среды относительно вакуума (n₁=1) называют абсолютным показателем преломления:

(4)

Законы отражения и преломления находят объяснение в волновой физике. Согласно волновым представлениям, преломление является следствием изменения скорости распространения волн при переходе из одной среды в другую. Физический смысл показателя преломления – это отношение скорости распространения волн в первой среде υ₁ к скорости их распространения во второй среде υ₂:

(5)

Абсолютный показатель преломления равен отношению скорости света c в вакууме к скорости света υ в среде:

(6)

Среду с меньшим абсолютным показателем преломления называют оптически менее плотной.

Рассмотрим ход лучей в плоскопараллельной пластине.

Плоскопараллельной пластинкой называется оптическая деталь, ограниченная двумя параллельными преломляющими плоскостями.

Плоскопараллельные пластинки применяются в качестве защитных стекол для предохранения внутренних полостей оптических приборов от пыли и влаги; изготовленные из цветного стекла, они служат в качестве светофильтров.

Покажем, что луч, выходящий из плоскопараллельной пластинки, параллелен падающему на пластинку лучу (рисунок 2).

Закон преломления на границе воздух-пластинка:

(7)

(8)

Закон преломления на границе пластинка-воздух:

(9)

(10)

Из рисунка 2 следует, что

(11)

Следовательно,

(12)

Рисунок 2 – Ход лучей в плоскопараллельной пластинке.

Подставим (8) и (10) в (12):

(13)

(14)

Следовательно,

(15)

Таки образом луч, выходящий из плоскопараллельной пластинки, параллелен падающему на пластинку лучу.

Найдем показатель преломления плоскопараллельной пластинки, если известна толщина пластинки d, угол падения луча и смещение l выходящего луча относительно падающего (рисунок 3).

Считаем, что показатель преломления воздуха n_возд=1.

Из треугольника ΔADB:

(16)

Рисунок 3 – К расчету показателя преломления плоскопараллельной пластинки.

Из треугольника ΔACB

(17)

Подставим (16) в (17):

(18)

Тогда

(19)

Следовательно,

(20)

Закон преломления на границе воздух-пластинка:

(21)

(22)

Подставим (22) в (20):

(23)

Если угол α – мал, то выражение (23) можно представить в виде:

(24)

Тогда показатель преломления плоскопараллельной пластинки будет равен

(25)