Меню

Измерение показателя преломления стеклянной пластинки с помощью микроскопа вывод



Лабораторная работа № 63

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА
ПРИ ПОМОЩИ МИКРОСКОПА

Цель работы : ознакомление с техническими деталями устройства микроскопа; измерение показателя преломления стеклянных пластинок.

Приборы и принадлежности : измерительный микроскоп с микрометрическим винтом, микрометр, измеряемые стеклянные пластинки со штрихами на обеих поверхностях, осветитель.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Рис. 1

Известно, что при прохождении света через границу двух прозрачных веществ неодинаковой оптической плотности падающий луч света АО разделяется на два луча – отраженный луч ОВ и преломленный луч О D (рис. 1).

Направления этих лучей определяются следующими законами отражения и преломления света:

1. Луч АО, падающий на преломляющую поверхность, нормаль к поверхности в точке падения РОР, отраженный луч ОВ и преломленный луч О D лежат в одной плоскости.

2. Угол отражения РОВ численно равен углу падения АОР.

3. Синус угла падения i 1 относится к синусу угла преломления i 2 , как скорость света в первой среде υ1 относится к скорости света во второй среде υ2:

. (1)

Последний закон говорит о том, что свет распространяется в различных средах с различной скоростью.

Для двух данных сред и для луча данной длины волны отношение скорости света в первой среде υ1 к скорости света во второй среде υ2 или отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, т.е.

, (2)

. (3)

Величина n 21 называется относительным показателем преломления второй среды по отношению к первой.

Если одна из сред, например, среда 1 – вакуум или воздух, то показатель преломления n среды 2 (см. рис. 1) по отношению к вакууму называется абсолютным показателем преломления данной среды.

Абсолютный показатель преломления среды 2 равен

, (4)

где с – скорость света в вакууме; υ2 – скорость света в данной среде 2.

Таким образом, абсолютный показатель преломления среды есть отношение скорости света в вакууме к скорости света в данной среде:

. (5)

Показатель преломления зависит от длины волны света и от свойств среды. Абсолютные показатели преломления больше единицы. Это означает, что скорость распространения света в данной среде всегда меньше, чем в вакууме.

Относительный показатель преломления двух сред n 21 связан с абсолютными показателями преломления n 1 и n 2 следующим соотношением:

. (6)

Для определения показателей преломления веществ существуют различные методы. Одним из них является метод определения показателя преломления стекла при помощи микроскопа.

2. ОПИСАНИЕ РАБОЧЕЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ

В основе метода лежит явление кажущегося уменьшения толщины стеклянной пластинки вследствие преломления световых лучей, проходящих через нее нормально к ее поверхности. Схема прохождения лучей дана на рис. 2.

В точку А, находящуюся на нижней поверхности стеклянной пластинки, падают два луча света 1 и 2. Луч 2 падает на пластинку нормально к ее поверхности и поэтому проходит сквозь пластинку и выходит в воздух в точке С, не испытывая преломления. Луч 1 преломляется и выходит из пластинки в точке О по направлению к точке D .

При выходе из пластинки луч О D образует угол преломления i 2 , который больше, чем угол падения i 1 . Если смотреть из точки D по направлению D О , то наблюдатель будет видеть точку пересечения лучей О D и АС не в точке А, а в точке Е, т.е. толщина пластинки будет казаться равной СЕ. Кажущаяся толщина пластинки СЕ = h меньше истинной ее толщины СА = H (см. рис. 2).

Читайте также:  Виды градусников для измерения температуры тела у детей

Для лучей, близких к нормально падающим лучам, углы падения и преломления малы. В этом случае синусы можно заменить тангенсами и по закону преломления света написать (рассматривая обратный ход лучей, т.е. от D к А):

. (7)

Принимая во внимание, что

, (8)

, (9)

(см. рис. 2), получим

, (10)

, (11)

где H – истинная толщина стеклянной пластинки; h – кажущаяся толщина пластинки.

Следовательно, показатель преломления стекла можно найти из отношения истинной толщины стеклянной пластинки к ее кажущейся толщине. Истинная толщина пластинки измеряется микрометром, а кажущаяся – микроскопом с микрометрическим винтом.

На рис. 3 представлен внешний вид микроскопа МБИ-3.

Ход лучей в микроскопе изображен на рис. 4.

Рис. 3

Рассматриваемый предмет S 1 помещается между фокусным и двойным фокусным расстоянием объектива ( F 1 – фокус объектива; F 2 – фокус окуляра ). Изображение S 2 , даваемое объективом 1, рассматривается в окуляр 2, как в лупу. Окуляр располагается таким образом, чтобы мнимое увеличение изображения S 3 предмета оказалось на расстоянии наилучшего зрения от глаза (0,25 м).

Рис. 4

Линейное увеличение объектива

, (12)

, (13)

. (14)

Современные микроскопы (см. рис. 3) представляют собой сложные оптические приборы, объективы и окуляры которых состоят из нескольких линз.

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

3.1. Микрометром измеряют истинную толщину стеклянной пластинки Н в том месте, где нанесены штрихи, и берут ее значение в миллиметрах.

3.2. Определяют кажущуюся толщину стеклянной пластинки h , для чего пластинку кладут на предметный столик 8 микроскопа под объектив 1 так, чтобы оба штриха пересекли оптическую ось прибора. Вращением барашка 6 опускают тубус 3 в крайнее нижнее положение (см. рис. 3).

3.3. Вращением винта 7 совмещают метку на корпусе микроскопа с 0 шкалы механизма 7 точной фокусировки.

3.4. Наблюдая в окуляр 2 и медленно вращая барашек 6 механизма грубой фокусировки, поднимают тубус до появления в поле окуляра резкого изображения риски на нижней поверхности пластинки.

3.5. Затем, вращая барашек 7 механизма точной фокусировки и считая при этом число оборотов микрометрического винта, получают резкое изображение риски на верхней поверхности пластинки. Количество оборотов микрометрического винта с учетом цены деления даст величину h , мм:

где N – число полных оборотов барабана винта; Z – шаг винта, равный Z = 0,002 × 50 = 0,1 (мм); 50 – число делений в одном полном обороте барабана; 0,002 – цена одного деления барабана винта в мм; m – число делений в неполном обороте барабана.

3.6. По формуле (11) вычисляют показатель преломления стекла.

3.7. Измерение истинной и кажущейся толщины каждой пластинки производят не менее трех раз; определяют среднее и истинное значение показателя преломления стекла. Полученные результаты измерения заносят в таблицу (форма табл. 1).

Источник

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПА.

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПА.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПА.

Цель: определение показателя преломления стекла с помощью микроскопа.

Принадлежности: микроскоп, стеклянная пластина с царапинами на обеих поверхностях, микрометр.

В данной работе для определения показателя преломления используется явление приближения к плоской границе раздела двух сред мнимого изображения светящейся точки, лучи от которой идут из оптически более плотной среды в среду менее плотную.

Читайте также:  Антропометрические измерения следует проводить когда

Для определения показателя преломления стекла берут плоскопараллельную пластинку с нанесёнными неглубокими царапинами на её плоскостях. Для того чтобы было легко распознать, нанесена ли царапина на нижнюю или верхнюю поверхность, удобно на поверхностях наносить царапины во взаимно перпендикулярных направлениях.

Луч света, ОВ, вышедший из точки О лежащей на нижней царапине (рис. 1) после преломления в точке В пойдёт по направлению ВЕ. Продолжение луча ВЕ до луча АО даёт мнимое изображение точки О – точку О1. Поэтому наблюдателю будет казаться что лучи исходят не из точки О, а из точки О1. Положение точки О на нормали ОА будет зависеть от положения глаза наблюдателя – чем больше угол i, тем ближе точка О к верхней плоскости пластины (ближе к точке А).

Из закона преломления имеем:

т. к.

Здесь i, r – углы преломления и падения соответственно.

nст и nв – абсолютные показатели преломления стекла и воздуха соответственно. В эксперименте требуется измерить абсолютный показатель преломления стекла nст. из чертежа на рис. 1 имеем:

(1)

Т. е. для измерения абсолютного показателя преломления стекла необходимо измерить толщину плоскопараллельной стеклянной пластины d и углы i и r. Чтобы исключить измерение углов i и r, наблюдение точки О осуществляют вблизи нормали ОА. В этом случае углы i и r близки к нулю и отношение

,

тогда выражение (1) переходит в выражение

(2)

Измерение толщины пластины d осуществляется микрометром, измерение кажущейся толщины d1 – микроскопом. Если предварительно установить микроскоп на точку А, лежащую на верхней плоскости пластины, то для наблюдения точки О необходимо тубус микроскопа сдвинуть вниз на расстояние ОА = d1, а не на ОА = d. Кажущаяся толщина пластины равна разности отсчёта положения тубуса при наводке микроскопа на верхнюю и нижнюю плоскости пластины. Кажущаяся толщина пластинки равна разности отсчёта положения тубуса при наводке микроскопа на верхнюю или нижнюю царапины. Головка микроскопического винта имеет указатель, перемещающийся по шкале, нанесённой на неподвижном диске. Установив микроскоп так, чтобы была отчётливо видна верхняя царапина, отмечают по диску микроскопического винта деление, стоящее против указателя. Затем вращением микроскопического винта перемещают весь тубус микроскопа вниз, добиваясь отчётливого видения нижней царапины. При этом отсчитывают число оборотов винта и делений диска против которого останавливается указатель. Зная цену деления можно вычислить перемещение тубуса микроскопа, равное кажущейся толщине пластинке. По формуле (2) находим показатель преломления стекла.

Порядок проведения опыта.

1. Измеритьмикрометром несколько раз толщину пластинки вблизи царапины, из полученных результатов найти среднее.

2. Положить пластинку на предметный столик так, чтобы пересечение царапин оказалось в поле зрения микроскопа.

3. Микроскопический винт установить на нулевое деление.

4. Навести микроскоп с помощью кремальеры на верхнюю царапину.

5. Вращая микроскопический винт, навести микроскоп на видение нижней царапины, отсчитать при этом число оборотов и отметить деление на диске, стоящее против указателя. Наводку повторить несколько раз и взять среднее.

6. Вычислить показатель преломления стекла по формуле (2), подставив в неё средние значения d и d1.

Источник

Лабораторные Работы / Лабораторная работа №5а

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Читайте также:  Схема измерения дифференциального напряжения

«Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова»

Кафедра общей физики

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛЯННОЙ ПЛАСТИНКИ С ПОМОЩЬЮ МИКРОСКОПА

Студент группы ЭЭ – 32 — 05

Иваничев Алексей Владимирович

Цель работы: изучение законов геометрической оптики и приобретения навыков работы с микроскопом.

Приборы и принадлежности: микроскоп «Биолам», плоскопараллельная стеклянная пластинка.

Краткая теория. При наблюдении предмета сквозь слой воды или стеклянную пластинку предмет кажется расположенным ближе к наблюдателю, чем в действительности. Это кажущееся приближение предмета связано с преломлением света на границе пластинки с воздухом и зависит как от толщины пластинки, так и от ее показателя преломления.

Рассмотрим ход лучей через плоскопараллельную стеклянную пластинку толщиной d при фокусировке микроскопа на точку А, расположенной на нижней поверхности пластинки (рис.1б). Из рисунка 1б следует, что

где х – кажущаяся толщина пластинки.

Если ограничиваться малыми углами наблюдения, то

Следовательно, для малых углов наблюдения

(1)

Измерив действительную толщину пластинки d и так называемую кажущуюся толщину x, можно вычислить по формуле (1) показатель преломления стекла.

В тоже время из рис.1б видно, что

(2)

где — кажущееся приближение предмета.

Подставив формулу (2) в (1), получим

(3)

Следовательно, измерив кажущееся приближение y и кажущуюся толщину x, можно вычислить показатель преломления стекла вторым способ по формуле (3). Комбинируя первый и второй способ можно вычислить показатель преломления третьим способом по формуле:

(4)

Порядок выполнения работы.

Перемещение тубуса микроскопа рассчитывается по следующей формуле

[мм] (5)

где К – число полных оборотов микрометрического винта, N – количество делений микрометрического винта от значения полного оборота, мм – цена деления микрометрического винта.

Измерение реальной толщины стеклянной пластинки d.

На предметное стекло микроскопа кладем стеклянную пластинку и фокусируем микроскоп на метке (пылинки) на ее верхней поверхности (рис.3а т.В).

Убираем стеклянную пластинку и, перемещая тубус микроскопа вращением головки микрометрического винта, фокусируем микроскоп на метке (пылинке) на верхней поверхности предметного стекла (рис.3б т.А).

Пренебрегая воздушным промежутком между нижней поверхности стеклянной пластинки и верхней поверхностью предметного стекла, считаем, что перемещение тубуса микроскопа, вычисленное по формуле (5), является реальной толщиной пластинки d.

Значения K, N, d заносим в таблицу измерений.

Измерения производятся не менее 5-ти раз.

Измерение кажущейся толщины стеклянной пластинки х.

На предметное стекло микроскопа кладем стеклянную пластинку и фокусируем микроскоп на метке (пылинке) на ее верхней поверхности (рис.1а т.В).

Перемещая тубус микроскопа вращением микрометрического винта, фокусируем микроскоп на метку (пылинку) на нижней поверхности стеклянной пластинки (рис.1б т.А).

Перемещение тубуса микроскопа, вычисленное по формуле (5), является кажущейся толщиной пластинки х.

Значение K, N, x заносим в таблицу измерений.

Измерения производятся не менее 5-ти раз.

На предметное стекло микроскопа кладем стеклянную пластинку и фокусируем на микроскоп на метке (пылинке) на нижней поверхности стеклянной пластинки (рис.2а т.А).

Убираем стеклянную пластинку и, перемещая тубус микроскопа вращением головки микрометрического винта, фокусируем микроскоп на метке (пылинке) на верхней поверхности предметного стекла (рис.2б т.А).

Пренебрегая воздушным промежутком между нижней поверхности стеклянной пластинки и верхней поверхностью предметного стекла считаем, что перемещение тубуса микроскопа, вычисленное по формуле (5), является кажущимся приближением y.

Значение K, N, y заносим в таблицу измерений.

Источник