ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА
С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПА
Цель работы: изучение законов отражения и преломления света.
Задачи работы: определить относительный показатель преломления стекла.
Приборы и принадлежности: измерительный микроскоп с микрометрическим винтом; микрометр; измеряемые стеклянные пластинки со штрихами на обеих поверхностях; осветитель.
Теория метода и описание установки
При прохождении света через ровную и плоскую границу двух прозрачных веществ неодинаковой оптической плотности падающий луч света АО разделяется на два луча – отраженный луч ОВ и преломленный луч OD (рис. 1). Направления этих лучей определяются следующими законами отражения и преломления света:
1. Луч АО, падающий на преломляющую поверхность, нормаль РОР к поверхности в точке падения, луч отраженный ОВ и луч преломленный OD лежат в одной плоскости.
2. Угол отражения РОВ численно равен углу падения РОА.
3. Синус угла падения 
относится к синусу угла преломления 
, как скорость света в первой среде 
относится к скорости света во второй среде 
:
.
P
A B
О Среда 1
Среда 2 (более плотная)
r
P D
Рис. 1
Последний закон говорит о том, что свет распространяется в различных средах с различной скоростью.
Для двух данных сред и для луча данной длины волны отношение скорости света в среде 1 к скорости света в среде 2 или отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, т.е.
; 
.
Величина 
называется относительным показателем (коэффициентом) преломления второй среды по отношению к первой.
Если одна из сред, например 1, - вакуум, то показатель преломления 
данной среды 2 по отношению к вакууму называется абсолютным показателем преломления данной среды.
|
|
Абсолютный показатель преломления среды 2 (рис. 1)
; 
,
где с – скорость света в вакууме (
);
- скорость света в данной среде 2,
т.е. абсолютный показатель преломления среды показывает во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данной среде:
.
Показатель преломления зависит от длины волны света и от свойств среды. Абсолютные показатели преломления больше единицы. Это означает, что скорость распространения света в данной среде всегда меньше, чем в пустоте.
Относительный показатель преломления двух сред связан с абсолютными показателями преломления сред 
и 
следующим соотношением:
.
Для определения показателей преломления веществ существуют различные методы. Одним из них является метод определения показателя преломления стекла при помощи микроскопа.
В основе метода лежит явление кажущегося уменьшения толщины стеклянной пластинки вследствие преломления световых лучей, проходящих в стекле при рассматривании пластинки нормально к ее поверхности. Схема прохождения лучей через стеклянную пластинку дана на рис. 2.
В точку А, находящуюся на нижней поверхности стеклянной пластинки, падают два луча света 1 и 2. Луч 2 падает на пластинку нормально к ее поверхности и поэтому проходит сквозь пластинку и выходит в воздух в точке С, не испытывая преломления. Луч 1 преломляется и выходит из пластинки в точке О по направлению ОD.
При выходе из пластинки луч OD образует угол преломления - больший, чем угол падения . Если смотреть из точки D по направлению DO, то наблюдатель будет видеть точку пересечения лучей OD и AC не в точке А, а в точке Е, т.е. толщина пластинки будет казаться равной СЕ.
|
|
 | |||
 |
r D
Воздух C O
Стекло
h
H E
Воздух A
Рис. 2
На рис. 2 видно, что кажущаяся толщина пластинки CE=h меньше истинной, т.е. действительной ее толщины CA=H.
Для лучей, близких к нормально падающим лучам, углы падения и преломления малы. В этом случае синусы можно заменить тангенсами и по закону преломления света написать (рассматривая обратный ход лучей, т.е. от D к А):
.
При рассмотрении рисунка и после соответствующих преобразований имеем:
или 
.
Следовательно, показатель (коэффициент) преломления стекла можно найти из отношения истинной толщины стеклянной пластинки к кажущейся ее толщине. Истинная толщина пластинки измеряется микрометром, а кажущаяся – микроскопом с микрометрическим винтом.