Как найти показатель преломления пластинки

Как найти показатель преломления пластинки

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

  1. Теоретическая
    часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
    . . .
    . . . . .
    5

  2. Экспериментальная
    часть . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
    . . . . . 9

  3. Порядок
    выполнения работы . . . . . . . . . . .
    . . . . . . . . . . .
    10

  4. 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)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
Источник

2021-06-03   comment

Плоскопараллельная стеклянная пластинка толщиной $h = 3 мм$ рассматривается в микроскоп. Сначала микроскоп устанавливают для наблюдения верхней поверхности пластинки, а затем смещают тубус микроскопа вниз для отчетливого наблюдения нижней поверхности пластинки. Смещение тубуса $d = 2 мм$. Определите показатель преломления пластинки.

Решение:



На рисунке показан ход лучей от точки А, принадлежащей нижней поверхности пластинки, к наблюдателю. Ее мнимое изображение будет находиться в точке С (для наблюдения сверху). Очевидно, что при изменении настройки микроскопа с верхней поверхности пластины (точка В) на нижнюю (точка А) тубус микроскопа необходимо передвинуть вниз на величину $d = BC$. Из треугольников ABD и CBD получаем

$frac{BC}{AB} = frac{d}{h} = frac{tg alpha}{tg beta } approx frac{sin alpha}{ sin beta } = frac{1}{n}$.

Отсюда находим показатель преломления пластинки:

$n = frac{h}{d} = 1,5$.

Источник

Лабораторная работа № 5_01

Определение показателя преломления стекла

при помощи микроскопа

 

Цель работы: определить
показатель преломления прозрачных пластинок из различных материалов.

Принадлежности: микроскоп с индикатором, микрометр, пластинки из разных
материалов.

Краткая теория

В основе применяемого метода в данной работе лежит
явление кажущегося уменьшения толщины стеклянной пластинки при рассматривании
сквозь него предмета-метки на нижней поверхности стекла. Схема прохождения пучка
лучей через пластинку показана на рисунке.

Существует связь
между действительной толщиной Н исследуемой пластинки, кажущейся
толщиной и показателем преломления стекла. Установить эту связь можно из
рассмотрения хода лучей от точки А через стеклянную пластинку. При этом
предлагается, что глаз находится на той нормали к плоскости пластинки, которая
проходит через точку А, и пучок лучей АВ составляет с нормалью малый
угол .

Узкий пучок лучей АВ после преломления на
границе раздела двух сред выходит из пластинки в воздух и составляет с нормалью
и ее поверхности угол . Этот угол связан с углом  через показатель преломления n так:

Наблюдателю кажется,
что рассматриваемый пучок лучей исходит не из точки А, а из точки А1,
приподнятой на некоторую высоту АА1. Рассматривая
треугольники АВС и А1ВС, можно написать, что

;  или .

Принимая во внимание,
что углы  и  малы,
можно отношение тангенсов заменить отношением синусов этих углов, т.е. получить
выражение: .

Таким образом,
измерив толщину пластинки и кажущуюся толщину (h= h2 –h1)  можно найти показатель
преломления стекла.

Ход работы

1.               
Задайте толщину стеклянной пластинки .

2.               
Определить
кажущуюся толщину h стеклянной пластинки, обратив
предварительно внимание, что на ней с двух сторон нанесены метки (штрихи).
Установить пластинку на столике микроскопа, чтобы одна из меток оказалась
против объектива и, перемещая тубус,
добейтесь сначала четкого изображения синей метки, нанесенной на нижней
поверхности пластинки. Запишите показания индикатора .

3.               
Затем перемещая тубус, добейтесь четкого изображения красной верхней
метки. Запишите показания индикатора . Разность показаний будет равна расстоянию, на которое переместили
тубус, т.е. равна кажущейся толщине пластинки .

4.               
Повторите опыт с другими
пластинками.

№  п/п

Материал

Н, мм

h1, мм

h2,
мм

=, мм

n

nср

Dn

e, %

1

стекло

СЛЮДА

РУБИН

АЛМАЗ

ЛЁД

3

5

7

 

 

 

 

 

2

3

4,91

6,8

 

 

3

3

5,06

6,76

 

 

4

3

5

6,23

 

 

5

3

5

7,29

 

 

 

Табличные значения показателей преломления некоторых
твердых тел

№  п/п

Материал

n

1

Рубин

1,76

2

Алмаз

2,42

3

Стекло

1,5

4

Лед

1,31

5

Слюда

1,58

 

Контрольные вопросы

1.    
Напишите и
объясните основные законы оптики.

2.    
Как связаны показатель
преломления среды и скорость распространения света в ней?

3.    
Формула для определения
показателя преломления стекла плоско-параллельной пластинки (нормальное падение
лучей) и условие ее справедливости. Как влияет толщина пластинки на точность
определения показателя преломления описанным способом?

4.    
Почему нельзя использовать
наиболее, казалось бы, выгодную большую толщину?

5.    
Как устроен микроскоп?
Какова точность измерения величины кажущегося поднятия точки?

6.    
Начертите ход лучей в
микроскопе.

7.     Что такое
абсолютный показатель преломления среды? Что он характеризует, от чего он зависит?

8.     Как
относятся углы падения и преломления света при попадании света из воздуха в стекло (пвоздуха=1,
пстекла=1,53). Как называется это отношение?

9.     Зависит ли
абсолютный показатель вещества от того, каким светом его облучают? Если
зависит то как?

10.      Что такое
дисперсия света, на какие свойства световых лучей она влияет и как выражается
эта зависимость?

11.      Объясните,
как изменился коэффициент преломления стекла при прохождении через него волн от разных светофильтров.
Постройте примерный график зависимости коэффициента преломления от цвета и объясните
его последовательность

12.      Расскажите последовательность
выполнения работы

13.      Покажите
схематично ход лучей в микроскопе, содержащем в простейшем случае две линзы. Как они называются, где
располагается изображение, каков его характер

14.     
Объясните для чего надо
измерять натуральную величину стекла.

15.     
Можно ли
узнать толщину стекла, имеющий коэффициент преломления =
1,53, толщина его при рассмотрении через микроскоп равна 2
см.

Источник

Добавить комментарий