Определение показателя преломления жидкостей.

Цель работы: ознакомиться с законами геометрической оптики: зако-нами преломления и отражения света; эксперимен-тально исследовать показатель преломления жидкости с помощью рефрактометра и провести компьютерную обработку полученных результатов.

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ

При решении задач отражения и преломления можно воспользоваться волновой природой света. Световая волна, распространяясь в среде 1, попадает на границу раздела двух сред (рис. 1). Когда фронт волны достигает отражающей поверхности в заданной точке, то согласно принципу Гюйгенса, эта точка начинает излучать вторичную волну и положение фронта волны в этой среде изменяется. Становится иным и направление волны, которая оказывается отраженной. Происходит изменение фронта волны при прохождении ее через границу раздела в среду 2, где она начинает распространяться со скоростью, отличной от скорости распространения в среде 1. Эта волна преломляется. И если в среде 1 скорость света равна , то в среде 2 скорость распространения волны равна . Отношение этих скоростей и представляет показатель преломления одной среды относительно другой. Рассматривая время прохождения фронта волны, можно определить законы отражения и преломления света.

С точки зрения геометрической оптики при падении света на границу раздела двух сред (рис. 1) падающий луч 1 разделяется на два: отраженный 3 и преломленный 2, направление которых задается законами отражения и преломления.

Закон отражения: отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения; угол отражения равен углу падения .

. (1)

Закон преломления: падающий луч 1, преломленный луч 2 и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред.

. (2)

Рис. 1

Относительный показатель преломления – показатель преломления второй среды относительно первой – равен отношению абсолютных показателей преломления .

Значение показателя преломления определяется диэлектрическими свойствами среды

(3)

где и – диэлектрическая и магнитная проницаемость среды.

При распространении света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную ( )

. (4)

При этом с увеличением угла падения увеличивается угол преломления до тех пор, пока при некотором угле падения ( ) угол преломления не окажется равным . Угол падения называется предельным углом. При углах падения весь падающий свет полностью отражается. Это явление называется полным внутренним отражением.

При распространении света из оптически менее плотной среды в оптически более плотную ( )

.

В этом случае при увеличении угла падения угол преломления тоже увеличивается и достигает своего максимального значения при (луч 1 скользит по границе двух сред, этот луч называется скользящим).