МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра физики
Морев А.В., Паутова Л.В.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ПЛАСТИНКИ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ ПО КУРСУ «ФИЗИКА» для студентов специальности 230700 “Сервис”
Тюмень, 2010 |
УДК 531.19
M-79
Морев А.В., Паутова Л.В. Определение показателя преломления плоскопараллельной пластинки: методические указания к лабораторной работе по курсу «Физика» для студентов специальности 230700 “Сервис” очной формы обучения. - Тюмень: РИО ГОУ ВПО ТюмГАСУ, 2010. – 11 с.
Методические указания предназначены для выполнения лабораторной работы по курсу общей физики, раздел «Оптика».
Методические указания содержат краткую теоретическую часть и контрольные вопросы. В пособии даны методические рекомендации по порядку выполнения работы, математической обработке результатов измерений и оформлению таблиц.
Рецензент: Третьяков П.Ю.
Тираж 50 экз.
© ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет »
© Морев А.В., Паутова Л.В.
Редакционно-издательский отдел ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет »
Содержание
Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Теоретическая часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Экспериментальная часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Порядок выполнения работы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Контрольные вопросы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Введение
Методические указания предназначены для студентов специальности 230700 “Сервис” очной формы обучения, соответствуют действующей программе курса физики.
В указаниях кратко излагаются теоретические основы изучаемых явлений, даются описания лабораторных установок, методик выполнения упражнений и способов обработки результатов измерений. В конце работы предлагаются контрольные вопросы, акцентирующие внимание студентов на самые важные части теории и проведенного эксперимента.
Работа посвящена изучению основных законов геометрической оптики.
Цель работы – изучение хода лучей в плоскопараллельной пластинке и определение показателя преломления материала.
Оборудованием служит лабораторный оптический комплекс ЛКО-2Р.
1. Теоретическая часть
Рассмотрим основные законы геометрической оптики.
Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно.
Рисунок 1 – Ход луча при отражении и преломлении.
Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (рисунок 1). Угол падения α равен углу отражения γ:
(1)
Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина постоянная для двух данных сред:
(2)
Относительным показателем преломления второй среды относительно первой называют величину:
(3)
Показатель преломления среды относительно вакуума (n1=1) называют абсолютным показателем преломления:
(4)
Законы отражения и преломления находят объяснение в волновой физике. Согласно волновым представлениям, преломление является следствием изменения скорости распространения волн при переходе из одной среды в другую. Физический смысл показателя преломления – это отношение скорости распространения волн в первой среде υ1 к скорости их распространения во второй среде υ2:
(5)
Абсолютный показатель преломления равен отношению скорости света c в вакууме к скорости света υ в среде:
(6)
Среду с меньшим абсолютным показателем преломления называют оптически менее плотной.
Рассмотрим ход лучей в плоскопараллельной пластине.
Плоскопараллельной пластинкой называется оптическая деталь, ограниченная двумя параллельными преломляющими плоскостями.
Плоскопараллельные пластинки применяются в качестве защитных стекол для предохранения внутренних полостей оптических приборов от пыли и влаги; изготовленные из цветного стекла, они служат в качестве светофильтров.
Покажем, что луч, выходящий из плоскопараллельной пластинки, параллелен падающему на пластинку лучу (рисунок 2).
Закон преломления на границе воздух-пластинка:
(7)
(8)
Закон преломления на границе пластинка-воздух:
(9)
(10)
Из рисунка 2 следует, что
(11)
Следовательно,
(12)
Рисунок 2 – Ход лучей в плоскопараллельной пластинке.
Подставим (8) и (10) в (12):
(13)
(14)
Следовательно,
(15)
Таки образом луч, выходящий из плоскопараллельной пластинки, параллелен падающему на пластинку лучу.
Найдем показатель преломления плоскопараллельной пластинки, если известна толщина пластинки d, угол падения луча и смещение l выходящего луча относительно падающего (рисунок 3).
Считаем, что показатель преломления воздуха nвозд=1.
Из треугольника ΔADB:
(16)
Рисунок 3 – К расчету показателя преломления плоскопараллельной пластинки.
Из треугольника ΔACB
(17)
Подставим (16) в (17):
(18)
Тогда
(19)
Следовательно,
(20)
Закон преломления на границе воздух-пластинка:
(21)
(22)
Подставим (22) в (20):
(23)
Если угол α – мал, то выражение (23) можно представить в виде:
(24)
Тогда показатель преломления плоскопараллельной пластинки будет равен
(25)