Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»
Кафедра физики
Лаборатория оптики и физики атома № 1(015)
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
Определение показателя преломления
прозрачных пластинок c помощью микроскопа
Составил: профессор Ульянов А.И
Отредактировал: Валиуллина Г.С.
Ижевск, 2011
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
Определение показателя преломления прозрачных
пластинок с помощью микроскопа
Цель работы: определить показатель преломления стекла с помощью микроскопа и микрометра.
Приборы и принадлежности: 1) микроскоп с осветителем, 2) стеклянная пластинка, 3) пластинка из прозрачной пластмассы, 4) микрометр.
Показатель преломления n является важной оптической характеристикой среды: он показывает во сколько раз скорость света в данной среде υ меньше скорости света в вакууме с: . (1)
Из двух сред, имеющих различные показатели преломления, среда с меньшим показателем преломления называется оптически менее плотной, а среда с большим показателем – оптически более плотной.
Луч света, падая на границу раздела двух сред, отличающихся показателем преломления, испытывает отражение и преломление. Углы падения, отражения и преломления луча света отсчитываются от нормали, проведённой к границе раздела сред (смотри рис. 1).
Закон отражения света: падающий и отражённый лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведённым к границе раздела сред в точке падения; угол падения α равен углу отражения α/ (рис. 1).
Закон преломления света: падающий и преломлённый лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведённым к границе раздела сред в точке падения (рис. 1). Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления γ равно отношению показателя преломления второй среды (в которой луч преломляется) к показателю преломления первой среды (из которой луч падает): (2).
Здесь – относительный показатель преломления второй среды относительно первой. Для воздуха показатель преломленияn ≈ 1. Поэтому, если луч света падает из воздуха в оптически плотную среду с показателем преломления n, например, в стекло, то закон преломления примет вид:
Если луч падает на границу раздела из оптически менее плотной среды в более плотную, как на рис.1, то угол преломления луча < α, так как n2 > n1. В случае, если луч падает на границу раздела из оптически более плотной среды в менее плотную, как на рис. 2, то угол преломления > α, так как n2 < n1. Такая связь между углами и α определяется законом преломления (2).
Из закона преломления также следует, что для определения показателя преломления среды необходимо измерять угол падения α и преломления луча света в этой среде. Однако, такие измерения достаточно сложны. Можно поступить проще.
Допустим, что мы хотим определить показатель преломления находящейся в воздухе стеклянной пластинки. С этой целью рассмотрим освещённую снизу пластинку. Пусть на нижней поверхности этой пластинки имеется светящаяся точка S (рис. 3).
Лучи света SKO и SD, испускаемые точкой S, попадают в глаз наблюдателя и дают изображение точки S. Луч SKO в точке К переходит из среды оптически более плотной в среду менее плотную (воздух), поэтому угол преломления γ будет больше угла падения луча α. Глазу изображение точки S будет казаться в месте пересечения луча SD, который не преломляется, и продолжением луча ОК, то есть в точке S/. Отсюда следует, что глаз будет видеть кажущуюся толщина пластинки d/, которая меньше действительной толщины d.
Понятно, что кажущаяся толщинаd/ зависит от показателя преломления пластинки. Поэтому, измеряя действительную и кажущуюся толщину пластинки, можно определить показатель преломления.
Из треугольников КВS и КВS/ на рис. 3 находим:
КВ / ВS/ = tg γ ; КВ / ВS = tg α
Поделив равенства, получим:
tg γ / tg α = ВS / ВS/ = d / d/.
Пусть углы α и γ малы. Это условие выполняется, например, при рассматривании пластинки через микроскоп. В этом случае можно положить:
tg α sin α; tg γ sin γ.
Тогда, принимая во внимание (2), получим:
n = d / d/ . (3)
Действительная толщина пластинки измеряется при помощи микрометра. Кажущаяся толщина пластинки определяется при помощи микроскопа. В данной работе используется биологический микроскоп серии ”Биолан”.
В устройстве микроскопа можно выделить две основные части: механическую и оптическую. Механическая часть включает в себя корпус (1); механизм фокусировки, который приводится в действие вращением ручки (2) для грубой и ручки (3) - для микрометрической фокусировки микроскопа; предметный столик (4). В верхней части корпуса укреплена головка (5), к которой с одной стороны прикреплено устройство для крепления объектива (6), а с другой –окуляр (7). На предметном столике имеются 2 пружины-клеммы, прижимающие исследуемую пластинку (8) и механизм координатного перемещения объекта.