ТВЕРДЫХ И ЖИДКИХ ВЕЩЕСТВ
Упражнение 1. Определение показателя преломления плоско - параллельной стеклянной пластинки.
Приборы и материалы: набор стеклянных пластин, микроскоп типа МБУ-4, микрометр.
 |
Существует множество методов определения абсолютного показателя преломления плоско - параллельной стеклянной пластинки косвенным методом, который сводится к измерению с помощью микроскопа - кажущейся, а микрометра - действительной толщины пластинки.
На рисунке показана часть плоско - параллельной стеклянной пластинки (П), на нижней части которой проведена царапина перпендикулярно плоскости чертежа; можно принимать царапину S за линейный источник света. Например, для луча SA угол падения a, преломления - g. Наблюдателю, смотрящему вдоль направления А1А, точка S покажется при S поднятой над ее истинным положением на величину SS`.
Измерив истинную величину ОS = d и кажущуюся SS`= l можно определить показатель преломления n.
Действительно, из тригонометрических соображений
и 
Учитывая, что a и g малы,
или 
Микрометром 3-4 раза измеряют d для каждой пластинки. Для измерения кажущейся толщины l стеклянную пластинку кладут на предметный столик микроскопа так, чтобы точка пересечения нижней и верхней царапин находилась в центре осветительного отверстия предметного столика.
Вращая рукоятку грубой фокусировки «по» и «против» хода часовой стрелки, находят в поле зрения окуляра нижнюю и верхнюю царапинки. Затем фокусируют микроскоп на одну из царапин, например О. На отсчетном барабане механизма микрометрической фокусировки определяют деление, соответствующее отсчетной черточке, которую принимают за нулевой отсчет. После этого медленным вращением микрометрического барабана в поле зрения окуляра находят наиболее отчетливое изображение царапины (допустим, S0), при этом считают число полных оборотов барабана N и число делений N`, соответствующее последнему обороту. Число делений шкалы барабана -50, а цена одного деления - 0, 002 мм.
Следовательно, кажущаяся толщина стеклянной пластинки по этим данным может быть определена как
.
| N0 | Стекло | d | l | n | Dn | e,% | n±nD |
| №1 | |||||||
| №2 | |||||||
Полученные данные внести в таблицу и вычислить показатель преломления n, оценить абсолютную и относительную погрешности. Сравнить полученные результаты со справочными данными и объяснить возможные расхождения.
Сделать выводы.
Упражнение 2. Определение показателя преломления жидкостей призменным рефрактометром.
Приборы и материалы: рефрактометр типа ИРФ-22 (или 23), исследуемые жидкости с индивидуальными пипетками, промокательная бумага. Предлагаемый метод основан на использовании явления, обратного явлению полного внутреннего отражения света.
В данной работе используется прибор для определения показателя преломления жидкостей - рефрактометр ИРФ-22.
На приборе можно исследовать вещества, показатель преломления которых меньше показателя преломления измерительной призмы. Несколько
 |
капель исследуемой жидкости помещают между измерительной (1) и осветительной (2) призмами измерительной головки.
Призма 1 с хорошо отполированной гранью АС измерительной, а призма 2 с матовой гранью А`S` - осветительной.
Рассмотрим ход лучей в призмах. От источника света лучи падают на грань В`С`, преломляются и попадают на матовую поверхность А`С`. Вследствие рассеивания матовой поверхностью в исследуемую жидкость входят лучи различных направлений. Проходя слой жидкости, лучи попадают на грань АС призмы 1. Т.к. показатель преломления жидкости n меньше показателя преломления измерительной призмы n, то лучи всех направлений, преломляясь на границе жидкость - стекло, входят в призму 1.
Применяя закон преломления, можно написать
(1.8)
или
Из (1.8) видно, что с увеличением угла i угол i` также увеличивается достигая максимального значения при угле падения i=900, то есть когда падающий луч скользит по поверхности АС.
Здесь имеет место явление, обратное явлению полного внутреннего отражения. Так как зазор между призмами 1 и 2 очень мал, то приближенно можно считать, что лучи с наибольшим углом падения являются скользящими.
Тогда считая i =900, можно записать
. (1.9)
Таким образом, зная n и угол преломления i`, можно вычислить n’.
Если на пути лучей, выходящих из призмы, поставить зрительную трубу, то нижняя часть ее поля зрения будет освещена, а верхняя - останется темной. Получающаяся граница света и тени определяется лучом, выходящим из призмы под предельным углом, как показано на рисунке.
Скользящий луч по границе АС будет определять границу освещенной и темной частей поля зрения.
Короче говоря, если мы добьемся для данной жидкости условия (3), то в поле зрения должны наблюдать картину, показанную на рисунке сверху.
Установку шкалы прибора производят по эталонному образцу с известным показателем преломления.
Для измерения показателя преломления той или иной жидкости откидывают верхнюю часть измерительной головки; пипеткой наносят несколько капель исследуемой жидкости на поверхность измерительной призмы; осторожно закидывают головку; наблюдая в окуляр зрительной трубы и вращая маховиком измерительную головку, находят границу раздела с перекрестием нитей окуляра и снимают отсчет по шкале показателей преломления. Индексом для отсчета служит неподвижный горизонтальный штрих шкалы. Целые, десятые, сотые и тысячные значения показателя преломления отсчитываются по шкале, десятитысячные оцениваются на глаз.
Полученные результаты для исследуемых жидкостей внести в таблицу:
| жидкость | N | n | n’ | Dn | % | n±nD |
Вычислить абсолютную и относительную погрешности. Сравнить полученные результаты со справочными данными. Сделать краткие выводы.