Визначення показника заломлення скла за допомогою мікроскопа

 

Мета роботи: визначити показник заломлення скла за допомогою мікроскопа.

Прилади: вимірювальний мікроскоп з мікрометричним гвинтом, мікрометр, вимірювані скляні пластинки з штрихами на обох поверхнях, освітлювач.

 

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

 

Під час проходження світла через рівну і плоску границю двох прозорих речовин неоднакової оптичної густини падаючий промінь світла АО розділяється на два промені – відбитий ОВ і заломлений OD (рис. 1.22.1). Напрями цих променів визначаються законами відбиття і заломлення світла:

1. Промінь АО, падаючий на заломлюючу поверхню, нормаль до поверхні в точці падіння РОР, промінь відбитий ОВ і промінь заломлений OD лежать в одній площині.

2. Кут відбиття РОВ чисельно рівний куту падіння РОА.

3. Синус кута падіння відноситься до синуса кута заломлення r, як швидкість світла в першому середовищі відноситься до швидкості світла в другому середовищі :

 

.

 

Останній закон говорить про те, що світло поширюється в різних середовищах з різною швидкістю.

Для двох даних середовищ і для променя даної довжини хвилі відношення швидкості світла в середовищі 1 до швидкості світла в середовищі 2 або відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величиною постійною, тобто

 

; .

 

Величина називається відносним показником (коефіцієнтом) заломлення другого середовища відносно першого.

Якщо одне з середовищ, наприклад 1, – вакуум або повітря, то показник заломлення n даного середовища 2 відносно вакууму називається абсолютним показником заломлення даного середовища або просто показником (коефіцієнтом) заломлення.

Абсолютний показник заломлення середовища 2 (рис. 1.22.1)

; ,

де с – швидкість світла у вакуумі ( м/с), – швидкість світла в даному середовищі 2, тобто показник заломлення середовища є відношенням швидкості світла у вакуумі до швидкості світла в даному середовищі:

.

 

Показник заломлення залежить від довжини хвилі світла і від властивостей середовища. Абсолютні показники заломлення більші за одиницю. Це означає, що швидкість розповсюдження світла в даному середовищі завжди менша, ніж у вакуумі.

Відносний показник заломлення двох середовищ пов’язаний з абсолютним показником заломлення середовищ і співвідношенням:

.

 

Для визначення показників заломлення речовин існують різні методи. Одним з них є метод визначення показника заломлення скла за допомогою мікроскопа.

В основі методу лежить явище уявного зменшення товщини скляної пластинки, внаслідок заломлення світлових променів, що проходять у склі, якщо розглядати пластинку нормально до її поверхні. Схему проходження променів через скляну пластинку наведено на рис. 1.22.2.

У точку А, що знаходиться на нижній поверхні скляної пластинки, падає два промені світла 1 і 2. Промінь 2 падає на пластинку нормально до її поверхні і тому проходить крізь неї і виходить в повітря в точці С, не зазнаючи заломлення. Промінь 1 заломлюється і виходить з пластинки в точці О у напрямку до точки D.

На виході з пластинки промінь OD утворює кут заломлення r – більший, ніж кут падіння i. Якщо дивитися з точки D в напрямку DO, то спостерігач бачитиме точку перетину променів OD і AC не в точці A, а в точці E, тобто товщина пластинки здається рівною CE.

З рис. 1.22.2 видно, що товщина пластинки здається меншою за істинну, тобто дійсну її товщину .

Для променів, близьких до падаючих нормально, кути падіння і заломлення малі. У цьому випадку синуси можна замінити тангенсами і за законом заломлення світла записати (розглядаючи зворотний хід променів, тобто від D до A):

.

 

Після відповідних перетворень маємо:

 

або .

 

Отже, показник (коефіцієнт) заломлення скла можна знайти з відношення дійсної товщини скляної пластинки до її уявної товщини. Дійсна товщина пластинки вимірюється мікрометром, а уявна – мікроскопом з мікрометричним гвинтом.

 

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Виміряти мікрометром дійсну товщину скляної пластинки Н в тому місці, де нанесені штрихи, і взяти її значення в міліметрах.

2. Визначити уявну товщину скляної пластинки h, для чого пластинку покласти на столик мікроскопа під об’єктив так, щоб обидва штрихи перетинали оптичну вісь приладу. Надалі:

a) рухаючи тубус, добитися чіткого зображення видимого в мікроскоп штриха, нанесеного на верхню поверхню пластинки. Записати відлік мікрометричного гвинта мікроскопа і вважати його за нульову поділку (від цієї нульової поділки провести подальші відліки);

b) опускати тубус мікроскопа до отримання чіткого зображення штриха на нижній поверхні пластинки. Новий відлік мікрометричного гвинта дає нам уявну товщину пластинки h.

Очевидно

 

мм,

 

де N – число повних обертів барабана гвинта, – крок гвинта, 50 – число поділок в одному повному оберті барабана, 0,002 – ціна однієї поділки барабана гвинта, m – число поділок в неповному оберті барабана.

Як видно, за один повний оберт барабана мікрометричного гвинта тубус мікроскопа переміщується на мм.

3. Обчислити показник (коефіцієнт) заломлення скла за формулою

.

4. Виміри дійсної і уявної товщини пластинки провести не менше трьох разів; визначити середнє і дійсне значення показника заломлення скла. Дані занести в таблицю 1.22.1:

Таблиця 1.22.1

№ п/п	Н, мм	Відлік мікрометричного гвинта	, мм	n
N	m
Середнє значення

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Що називається відносним показником заломлення?

2. Поясніть метод визначення показника заломлення за допомогою мікроскопа.

3. Як проводяться виміри дійсної та уявної товщини пластинки?

4. Показник заломлення скла відносно води – 1,182; показник заломлення гліцерину відносно води – 1,105. Знайти показник заломлення скла відносно гліцерину.

5. Знайти зміщення променя світла під час проходження його крізь плоскопаралельну пластинку зі скла з показником заломлення , якщо кут падіння , а товщина пластинки см

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1.23