Теория метода и описание установки

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.