Порядок выполнения работы

Цель работы

Определение показателя преломления стеклянной пластинки методом измерения действительной и кажущейся толщины.

Приборы и принадлежности

Микроскоп, механический индикатор расстояния, набор плоских стеклянных пластинок с сеткой царапин на обеих гранях, подложка стеклянная (пластинка без царапин).

Теоретическая часть

Свет представляет собой электромагнитные волны.

Для анализа распространения света удобно пользоваться принципом Гюйгенса: каждая точка среды, до которой доходит световое возбуждение, является в свою очередь центром вторичных волн. Поверхность, огибающая в некоторый момент времени эти вторичные волны, указывают положение фронта реальной волны в этот момент времени.

Фронтом волны называется геометрическое место точек, до которых дошло световое возбуждение. Точки колеблются в одинаковой фазе. Рассмотрим процесс прохождения световой волны из одной среды в другую рисунок 1. Пусть лучи плоской световой волны, распространяющейся в вакууме со скоростью с, падают под углом α на границу со средой, в которой скорость распространения волны υ<c. АВ – сечение фронта волны в момент, когда она достигает второй среды в точке А. За время Δt луч, распространяющийся из точки В, пройдёт путь ВС=сΔt и в точке С достигнет границы раздела двух сред. За это же время вторичная волна от точки А во второй среде пройдёт путь АД= υΔt<ВС. Остальные точки отрезка АС так же будут испускать вторичные волны в среду 2 по мере того, как до них будет доходить волна из среды 1. Огибающая вторичных волн (отрезок ДС) и есть сечение фронта волны во 2-ой среде. Таким образом, на границе раздела двух сред, световой луч изменяет своё направление, т.е. преломляется.

Из рисунка 1 следует

Отношение скорости распространения света в 1-ой среде к скорости распространения света во 2-ой среде называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой.

Если первая среда вакуум, то n называется абсолютным показателем преломления.

Определим показатель преломления света для стекла при прохождении через плоскопараллельную пластинку (рисунок 2).

Пусть пучок света из т.А, ограниченный лучами АВ и АС проходит через пластинку и попадает в глаз наблюдателя. Луч АВ, падающий нормально к границе КL, будет распространяться без преломления при переходе из одной среды в другую. Луч АС на границе раздела претерпевает преломление и распространяется по направлению СS₁. При рассмотрении пучка света, ограниченного лучами ВS и СS₁, наблюдатель увидит, что пучок света выходит не из точки А, а из точки А₁ и наблюдаемая толщина h₁ меньше действительной h.

Причина данного искажения – преломления света на границе раздела двух сред. Ввиду малости угла зрения (угла α) . Из рисунка 2 видно т.е. ,

где h - действительная толщина, h₁ - кажущаяся толщина пластины.

Порядок выполнения работы

Определить показатель преломления стекла можно, измерив действительную и кажущуюся толщину стеклянной пластинки (с царапинами).

1. Измерение действительной толщины (h)

Измеряют h с помощью индикатора расстояний (в дальнейшем ИР), для удобства прикреплённого к тубусу микроскопа. На предметный столик микроскопа положить подложку. Вращая накатанный круглый маховик кремальеры микроскопа, перемещают ИР до соприкосновения с подложкой нижнего конца подвижного штока. В этом положении считывают показания шкалы ИР. Не меняя положения ИР, осторожно, пальцами приподнимают шток ИР за верхнюю часть, находящуюся над шкалой, и вводят исследуемую стеклянную пластинку с царапинами между штоком, и подложкой, кладя её на подложку. Так же осторожно опускают шток до соприкосновения с исследуемой пластинкой. Снова считывают показания ИР. Разность этих двух показаний есть действительная толщина пластинки (h).

2. Измерение кажущейся толщины пластинки (h₁) Поместить исследуемую стеклянную пластинку на предметный столик микроскопа (без подложки). Глядя в окуляр микроскопа и вращая маховик, медленно опускают тубус микроскопа, добиваясь четкого изображения царапин верхней плоскости пластинки.

Считывают показания ИР.

Перемещая тубус микроскопа далее вниз, добиваются четкого изображения царапин нижней плоскости пластинки. Снова считывают показания ИР.

Разность этих двух показаний есть кажущаяся толщина пластинки (h₁).

3. По формуле вычисляют показатель преломления n.

Опыт повторяют 3-5 раз. Результаты заносят в таблицу.

Окончательный результат представляют в виде ,

где , ,

m – число измерений.

5 Контрольные вопросы

1. Почему при отражении света угол падения равен углу отражения (объяснить, используя принцип Гюйгенса).
2. Физический смысл показателей преломления.
3. Почему ручей, в котором мы стоим, кажется мельче.