Лабораторная работа № 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПА.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПА.
Цель: определение показателя преломления стекла с помощью микроскопа.
Принадлежности: микроскоп, стеклянная пластина с царапинами на обеих поверхностях, микрометр.
В данной работе для определения показателя преломления используется явление приближения к плоской границе раздела двух сред мнимого изображения светящейся точки, лучи от которой идут из оптически более плотной среды в среду менее плотную.
Для определения показателя преломления стекла берут плоскопараллельную пластинку с нанесёнными неглубокими царапинами на её плоскостях. Для того чтобы было легко распознать, нанесена ли царапина на нижнюю или верхнюю поверхность, удобно на поверхностях наносить царапины во взаимно перпендикулярных направлениях.
Луч света, ОВ, вышедший из точки О лежащей на нижней царапине (рис. 1) после преломления в точке В пойдёт по направлению ВЕ. Продолжение луча ВЕ до луча АО даёт мнимое изображение точки О – точку О1. Поэтому наблюдателю будет казаться что лучи исходят не из точки О, а из точки О1. Положение точки О на нормали ОА будет зависеть от положения глаза наблюдателя – чем больше угол i, тем ближе точка О к верхней плоскости пластины (ближе к точке А).
Из закона преломления имеем:
т. к. 
Здесь i, r – углы преломления и падения соответственно.
nст и nв – абсолютные показатели преломления стекла и воздуха соответственно. В эксперименте требуется измерить абсолютный показатель преломления стекла nст. из чертежа на рис. 1 имеем:
(1)
|
|
Т. е. для измерения абсолютного показателя преломления стекла необходимо измерить толщину плоскопараллельной стеклянной пластины d и углы i и r. Чтобы исключить измерение углов i и r, наблюдение точки О осуществляют вблизи нормали ОА. В этом случае углы i и r близки к нулю и отношение
,
тогда выражение (1) переходит в выражение
(2)
Измерение толщины пластины d осуществляется микрометром, измерение кажущейся толщины d1 – микроскопом. Если предварительно установить микроскоп на точку А, лежащую на верхней плоскости пластины, то для наблюдения точки О необходимо тубус микроскопа сдвинуть вниз на расстояние ОА = d1, а не на ОА = d. Кажущаяся толщина пластины равна разности отсчёта положения тубуса при наводке микроскопа на верхнюю и нижнюю плоскости пластины. Кажущаяся толщина пластинки равна разности отсчёта положения тубуса при наводке микроскопа на верхнюю или нижнюю царапины. Головка микроскопического винта имеет указатель, перемещающийся по шкале, нанесённой на неподвижном диске. Установив микроскоп так, чтобы была отчётливо видна верхняя царапина, отмечают по диску микроскопического винта деление, стоящее против указателя. Затем вращением микроскопического винта перемещают весь тубус микроскопа вниз, добиваясь отчётливого видения нижней царапины. При этом отсчитывают число оборотов винта и делений диска против которого останавливается указатель. Зная цену деления можно вычислить перемещение тубуса микроскопа, равное кажущейся толщине пластинке. По формуле (2) находим показатель преломления стекла.
Порядок проведения опыта.
|
|
1. Измеритьмикрометром несколько раз толщину пластинки вблизи царапины, из полученных результатов найти среднее.
2. Положить пластинку на предметный столик так, чтобы пересечение царапин оказалось в поле зрения микроскопа.
3. Микроскопический винт установить на нулевое деление.
4. Навести микроскоп с помощью кремальеры на верхнюю царапину.
5. Вращая микроскопический винт, навести микроскоп на видение нижней царапины, отсчитать при этом число оборотов и отметить деление на диске, стоящее против указателя. Наводку повторить несколько раз и взять среднее.
6. Вычислить показатель преломления стекла по формуле (2), подставив в неё средние значения d и d1.
7. Вычислить относительную погрешность.