Лабораторная работа №12

Лабораторная работа
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА
ПРЯМОУГОЛЬНОГО ПАРАЛЛЕЛЕПИПЕДА
Цель работы: определить показатель преломления стекла, из которого изготовлен
прямоугольный параллелепипед, и оценить правдоподобность полученного результата.
О б о р у д о в а н и е: брусок в форме прямоугольного параллелепипеда из органического стекла (целесообразно для обработки результата методом среднего арифметического иметь 3-4 бруска из одного и того же материала, но с разными линейными размерами),
линейка с миллиметровыми делениями или штангенциркуль.
Содержание и метод выполнения работы
При прохождении света через ровную и плоскую границу двух прозрачных веществ
неодинаковой оптической плотности падающий луч свет разделяется на два луча – отраженный луч и преломленный луч. Направления этих лучей определяются законами отражения и преломления света:
1. Луч, падающий на преломляющую поверхность, нормаль к поверхности в точке
падения, луч отраженный и луч преломленный лежат в одной плоскости.
2. Угол отражения равен углу падения.
3. Синус угла падения относится к синусу угла преломления, как скорость света в
первой среде относится к скорости света во второй среде. Данная величина называется
относительным показателем (коэффициентом) преломления второй среды по отношению
к первой.
Последний закон говорит о том, что свет распространяется в различных средах с
различной скоростью.
В основе метода экспериментального исследования лежит явление кажущегося
уменьшения толщины стеклянной пластины вследствие преломления световых лучей,
проходящих в стекле при рассматривании пластинки нормально к ее поверхности. Схема
прохождения лучей через стеклянную пластину дана на рисунке.
В точку D, находящуюся на нижней поверхности стеклянной пластины, падают два луC
B
ча света 1 и 2. Луч 2 падает на пластину нор
мально к её поверхности и поэтому проходит

O
сквозь пластину и выходит в воздух в точке А,
2
A
2
не испытывая преломления. Луч 1 преломляется

D M
N
и выходит из пластины в точку О по направле1
нию к глазу наблюдателя.
При выходе из пластины луч, идущий к глазу наблюдателя, образует угол преломления   больший, чем угол падения . Если смотреть по направлению выходящего луча, то
наблюдатель будет видеть точку пересечения лучей DА и МО не в точке D, а в точке М,
т.е. толщина пластины будет казаться равной МА.
Из рисунка видно, что кажущаяся толщина пластины МА меньше истинной, т.е. действительной ее толщины DА.
Для лучей, близких к нормально падающим лучам, углы падения и преломления малы. В этом случае синусы углов можно заменить тангенсами и по закону преломления
света написать (рассматривая обратный ход лучей, т.е. от О к D):
sin  tg  OА  AD
AD
n


или п 
.
sin  tg 
AM  OA
AM
Лабораторная работа «Определение показателя преломления стекла прямоугольного параллелепипеда»
2
Следовательно, показатель преломления стекла можно найти из отношения истинной толщины стеклянной пластины к кажущейся ее толщине.
Порядок выполнения работы
1. Подготовьте листы для отчета о проделанной работе с предварительными записями.
2. Измерьте линейкой (или штангенциркулем) истинную толщину стеклянного бруска.
3. Экспериментально определите кажущуюся толщину стеклянного бруска, для чего
брусок положите на лист бумаги так, чтобы его грань DC не совпадала с краем листа. Посмотрите на брусок через противоположную грань АВ и, перемещая брусок добейтесь кажущегося совпадения передней грани DC с краем листа. Измерьте кажущуюся длину
бруска МА.
AD
4. Определите показатель преломления стекла по расчётной формуле n 
.
AM
5. Для большей достоверности повторите опыт с двумя другими гранями бруска, а
также с брусками с иными линейными размерами.
6. Занесите результаты измерений и вычислений в таблицу и оформите отчет о лабораторной работе.
Справка: Показатель преломления стекла колеблется от 1,47 до 2,04.
Таблица результатов измерений и вычислений
№
опыта
Истинная толщина
стеклянного бруска
Кажущаяся толщина
стеклянного бруска
Показатель преломления стекла
Абсолютна погрешность показателя преломления стекла
АD
АМ
п
п
мм
мм
1
2
3
…
10
Среднее
Контрольные вопросы
1. Почему река кажется мельче, если смотреть на неё с берега?
2. Если поверхность воды не совсем спокойна, то предметы, лежащие на дне, кажутся колеблющимися. Объясните явление.
3. Человек, стоящий на берегу озера, видит на гладкой поверхности воды изображение солнца. Как будет перемещаться это изображение при удалении человека
от озера?
4. Наблюдатель рассматривает источник света, находящийся под водой. При каких
условиях источник света покажется ему расположенным над водой?
5. В жарких пустынях иногда наблюдается мираж: вдалеке «возникает» поверхность водоёма. Какими физическими явлениями обусловлен такой мираж?
6. На боковую грань равнобедренной призмы падает луч, идущий параллельно основанию призмы. При каком условии луч, пройдя призму, не изменит своего
направления?