Изучение эффекта преломления света на границе раздела ср

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ
НОВОСИБИРСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ
(филиал)
(НТИ МГУДиТ(филиал))
Кафедра физики
«УТВЕРЖДАЮ»
Зав. кафедрой физики
__________________
«____» _______2008 г.
Лаборатория оптики
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 39
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
СТЕКЛЯННОЙ ПЛАСТИНКИ С ПОМОЩЬЮ
МИКРОСКОПА
для всех специальностей
Новосибирск 2008 г.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Изучение эффекта преломления света на границе раздела сред.
Изучение устройства микроскопа и метода измерения показателя
преломления стеклянной пластинки.
ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ:
1. Микроскоп.
2. Микрометр.
3. Стеклянные пластинки с одним штрихом на каждой стороне.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
При наблюдении предмета сквозь слой воды или стеклянную пластинку,
предмет всегда кажется расположенным ближе к наблюдателю, чем в действительности,
Это кажущееся приближение вызвано эффектом преломления света на границе раздела
пластинка — воздух. Величина его зависит от показателя преломления вещества
пластинки. Измеряя толщину пластинки с помощью микрометра, а кажущееся смещение
предмета при наблюдении сквозь пластинку — с помощью микроскопа, тубус которого
снабжен микрометрическим винтом, можно определить показатель преломления
пластинки.
Направление световых лучей в стеклянной пластинке определяется законами
отражения и преломления. Схема хода лучей дана на рис. 1.
Рис. 1.
Луч ОD падает на поверхность стеклянной пластинки М под углом i и
преломляется под углом r. Тогда, как видно из рис. 1;
h
H
ADctgi
ADctgr
(1)
(2)
Кроме того, согласно закону преломления
sin i
n sin r
(3)
Н — истинная толщина стеклянной пластинки, измеренная микрометром.
h — кажущееся расстояние между штрихами на разных сторонах пластинки,
измеренное с помощью микроскопа; из-за преломления нижний штрих кажется
приближенным к верхнему.
Из уравнений (1), (2), (3) можно получить следующее соотношения:
h
H
1 sin 2 i
n2
sin 2 i
(4)
Так как лучи падают нормально, то
H
h
n
5
Величина h измеряется микроскопом, оптическая схема которого
изображена на рис.2
Здесь F1 и F1’ — передний и задний фокусы объектива ОБ, F2 и F2’ —
передний и задний фокусы окуляра ОК; АВ — предмет (в данном случае — штрих
на пластинке); А'В’ — увеличенное мнимое обратное изображение предмета АВ.
Величина F1’F2 называется оптической длиной микроскопа.
ОПИСАНИЕ МИКРОСКОПА И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ
В устройстве микроскопа простейшего типа можно
выделить
следующие части (схематически изображенные на рис. 3):
а) штатив, который в свою очередь состоит основания, колонки с
изменяющимся
углом наклона и предметного столика;
б) тубус - подвижная цилиндрическая труба, в верхней части которой находится
окуляр, а к нижнему основанию прикреплен держатель с одним объективом или
несколькими
(до четырех) сменными; тубус можно перемещать по высоте кремальерным или
микрометрическим винтами;
в) зеркало, которое служит для направления лучей от источника света вдоль
оси прибора на рассматриваемый объект.
Рис. 3.
Работа с микроскопом состоит из следующих операций.
1. Установка освещения поля зрения. Поворачивая зеркало, получите от
источника света равномерное освещение поля зрения, рассматриваемого в окуляр.
2. Установка предмета. Разместите стеклянную пластинку на предметном столике
микроскопа под объективом так, чтобы оба штриха пересекались оптической осью
прибора.
3. Фокусировка изображения предмета. Осуществляется перемещением тубуса.
Глядя в окуляр, вращайте кремальерный винт до тех пор, пока изображение
штриха, ставшее максимально резким, не станет заметно ухудшаться; тогда
вращением в обратную сторону достичь прежней резкости изображения. Так как
канавка штриха имеет некоторую глубину, то следует наводить на резкость по краю
канавки на уровне поверхности стекла.
4. Измерение толщины (глубины) предмета. Толщина равна перемещению
тубуса по высоте от резкого изображения одного штриха до резкого изображения
другого. Перемещение можно измерить с помощью микрометрического винта с
делениями.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
1. Измерьте микрометром истинную толщину стеклянной пластинки H в том
месте, где нанесены штрихи.
2. Вращая кремальерный винт, убедитесь, что в поле зрения последовательно
появляются изображения верхнего и нижнего штрихов.
3. Определите кажущуюся толщину стеклянной пластинки h.
Вращая кремальерный винт, добейтесь резкого изображения штриха,
нанесенного
на
верхнюю
поверхность
пластинки.
Запишите
отсчет
микрометрического винта микроскопа и считайте его за нулевое деление (от этого
нулевого деления производятся дальнейшие отсчеты).
Вращая микрометрический винт, поднимайте тубус микроскопа до получения
резкого изображения штриха на верхней поверхности пластинки, то есть на величину
h.
Расчет кажущейся толщины стеклянной пластинки Ь проведите по формуле:
h
( NZ
0.002 m) мм ,
(6)
где N — число полных оборотов (от нулевого деления до нулевого)
барабана винта,
Z — шаг винта, т.е. перемещение тубуса микроскопа за один полный
оборот микрометрического винта; так как на барабане общее число делений
50, а цена деления 0.002 мм, то Z = 0.1 мм,
m — число делений, отсчитанное на барабане микрометрического винта
сверх последнего полного оборота барабана.
4. Измерение истинной и кажущейся толщины пластинки произведите не
менее трех раз.
Вычислите показатель (коэффициент) преломления стекла n по формуле
(5). Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.
Обработайте значения "n" по схеме прямых измерений с надежностью 0.95.
Ответ запишите в стандартном виде. По указанию преподавателя измерения
проведите для двух разных стеклянных пластинок.
№ пп Истинная
толщина
Н, мм
1
2
3
1
2
3
Отсчет
микрометрического
винта
N
т
Среднее
.
значение
Среднее
значение
Таблица
Кажущаяся
толщина h,мм
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Сформулировать законы отражения.
2. Сформулировать законы преломления.
3. Объяснить явление полного отражения.
4. Объяснить ход лучей в микроскопе.
5. Чем отличаются система окуляра и объектива микроскопа?
6. Чему равно и от чего зависит увеличение микроскопа?
7. Каков предел разрешающей силы оптического микроскопа и чем он
обусловлен?
ЛИТЕРАТУРА:
Показатель
преломления
n
Савельев И.В. Курс общей физики, т. 3. — М.: Высш. шк., 1982.