- •«Орловский государственный аграрный университет» методические указания к лабораторным работам по физике
- •Работа № 3.1 изучение микроскопа и определение показателя преломления прозрачных пластинок при помощи микроскопа
- •Описание метода измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Измерение показателя преломления стеклянной пластинки
- •Контрольные вопросы
- •Работа№3.2 изучение рефрактометра и определение показателя преломления прозрачных веществ
- •Описание прибора и методика измерения
- •Порядок выполнения работы
- •Работа №3.3 измерение радиуса кривизны линзы и длин световых волн при помощи интерференционных колец ньютона
- •Введение
- •Порядок выполнения работы
- •Измерение радиуса кривизны линзы
- •Работа №3.4 изучение явления дифракции и определение длины волны света при помощи дифракционной решетки
- •Порядок выполнения работы
- •Определение полосы пропускания светофильтров с помощью дифракционной решетки
- •Описание прибора и метода измерения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Работа№3.6 изучение явления поляризации света и проверка законов брюстера и малюса
- •Порядок выполнения работы
- •I. Изучение закона брюстера
- •II. Изучение закона малюса
- •Работа №3.7 исследование вращения плоскости поляризации света
- •Описание прибора и метода измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Изучение законов излучения абсолютно черного тела и их применение к нечерным телам
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Работа №3.9 изучение линейчатых спектров. Градуировка спектроскопа и определение постоянной ридберга по спектру гелия
- •Порядок выполнения работы
- •Градуировка спектроскопа по спектру водорода
- •Определение длин поли видимой части спектра гелия и вычисление постоянной Ридберга
- •Контрольные вопросы
- •Работа №3.10 изучение законов освещенности
- •Порядок выполнения работы
- •Зависимость освещенности от расстояния до источника света
- •Определение зависимости освещенности от угла падения лучей
- •Контрольные вопросы
- •Работа № 3.11 изучение фотоэлектрических свойств фоторезисторов
- •Описание установки
- •Некоторые параметры фоторезисторов
- •Порядок работы.
- •Зависимость фототока от напряжения при постоянном световом потоке
- •Зависимость фототока от светового потока при постоянном напряжении
- •Контрольные вопросы
- •Изучение явления внешнего фотоэффекта. Определение постоянной планка
- •Описание установки
- •Порядок работы
- •Определение постоянной Планка и работы выхода электрона из металла
- •Контрольные вопросы
- •Работа №3.13 исследование температурной зависимости сопротивления полупроводников
- •Описание установки
- •Порядок работы
- •Контрольные вопросы
- •Работа №3.14 снятие счетной характеристики счетчика по космическому излучению
- •Введение
- •Порядок выполнения работы
- •Работа № 3.15 изучение явления дифракции света от щели и нити.
- •Работа №3.16
- •Введение
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы Упражнение 1
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Содержание
Работа№3.2 изучение рефрактометра и определение показателя преломления прозрачных веществ
Цель работы: изучить физические основы работы рефрактометра, научиться пользоваться им и определить показатели преломления прозрачных жидких веществ.
Приборы и принадлежности: рефрактометр УРЛ, набор пробирок с исследуемыми жидкостями.
Введение
Если узкий пучок лучей света падает на границу раздела двух сред (рис. 2.1), в которых скорости света υ1 и υ2 различны, то он частично отражается и частично преломляется. Явление отражения и преломления света подчиняется двум законам:
1) закон отражения — отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения, а угол падения равен углу отражения;
2) закон преломления — луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости, а отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред, называемая относительным показателем преломления второй среды относительно первой.
Математическая запись закона преломления имеет вид:
Кроме относительного показателя преломления n2,1 вводятся абсолютные показатели преломления n1 среды 1 и n2 среды 2, под которыми понимают показатели преломления данных сред относительно вакуума, т. е.
(2.2)
где С. — скорость распространения света в вакууме.
Рис. 2.1
Если выразить скорости υ1 и υ2 через показатели n1,n2 из (2.2) и подставить в (2.1), то получим закон преломления, выраженный через абсолютные показатели преломления в виде
(2.3)
На основе этого закона преломления в виде (2.3) можно легко объяснить явление полного внутреннего отражения, которое наблюдается при переходе луча через поверхность раздела двух сред из оптически более плотной в среду, оптически менее плотную.
Пусть, например, луч I (рис. 2.2) падает на поверхность раздела O1O1 и переходит из стекла (среды I) в воздух (среда II). При этом преломленный луч А в среде II составляет угол преломления β1, который больше угла падения α1. С увеличением α угол преломления β растет и при некотором значении α=α3 становится β3=90°. При этом падающий луч 3 уже не преломляется и не проходит в среду II, а образует скользящий по поверхности раздела луч 3. Угол падения при котором угол преломления β3=90°, является характерной величиной среды I и называется предельным углом падения. Если луч 3 будет падать под углом α > α3,-то он отражается в среду I, образуя отраженный луч 3΄ причем согласно закону отражения угол падения α3 равен углу отражения α'3 . Отражение лучей, падающих под углом больше предельного (α>α3), называется явлением полного внутреннего отражения (α3=γ)
Если положить в уравнении (2.3) показатель преломления воздуха n2 = 1, стекла n1 = n, β = 90°, то для определения предельного угла γ получим:
(2.4)
Так как для большинства стекол n=1,5, то sin γ =1:1,5 =0,668 и γ=42°. Для воды n = 4/3, sin γ = 3/4, γ=49°.
Рис. 2.2
Если показатель преломления среды II n2≠1, то из уравнения (2.3) следует
(2.5)
Зная показатель преломления среды I n1 = n, из выражения (2.5) можно определить n2 = nx- показатель преломления среды II:
nx=n·sin γ (2.6)
Формула (2.6) является расчетной для определения показателя преломления nх прозрачных жидких и твердых тел, если nх<n. Измерение nх можно произвести, если заменить среду II сосудом с исследуемой жидкостью или твердым прозрачным телом путем измерения предельного угла γ. Практически таким способом измерить показатели преломления очень трудно. Для измерения обычно используются соответствующие приборы.