Визначення показника заломлення скла

2 Мета і завдання

2.1 Навчитися визначати показник заломлення скла за допомогою скляних плоскопаралельних пластинок.

3 Інформаційне забезпечення

3.1 Л. С. Жданов, Г. Л. Жданов. Фізика (§§ 29.1 - 29.9).

4 Технічне забезпечення

4.1 Скляна пластинка; вимірювальна лінійка; транспортир; олівець.

Не починати виконання роботи, якщо в інструкції що-небудь залишилось незрозумілим.

При виконанні роботи з плоско паралельними пластинками необхідно поводитися дуже обережно та запобігати їх падінню.

5 Теоретичні відомості

Потрапляючи на межу двох прозорих середовищ під якимось кутом, промінь світла змінює свій напрям поширення. Це відбувається тому, що швидкість поширення світла в різних прозорих середовищах різна.

Кожне прозоре середовище має свій абсолютний показник заломлення n, який показує, у скільки разів швидкість світла u у даному середовищі менша за швидкість світла с у вакуумі: (1). Промінь, що поширюється в першому середовищі, називається падаючим, а та частина його, яка поширюється в другому середовищі, – заломленим променем. Кут a між падаючим променем і перпендикуляром, опущеним у точку падіння А на межі двох середовищ, називається кутом падіння, а кут b між заломленим променем і тим самим перпендикуляром називається кутом заломлення (див. рисунок 8.1).

Згідно з законом заломлення світла відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення для двох даних середовищ є сталою величиною, яка називається відносним показником заломлення, тобто показником заломлення другого середовища відносно першого: (2). В даній роботі необхідно виміряти кути падіння a та заломлення світла і розрахувати показник заломлення другого середовища відносно першого.

Виконання роботи

6.1 Проведення досліду

6.1.1 Накреслити олівцем на аркуші паперу дві паралельні прямі на відстані 5 мм одна від одної. Їх довжина повинна бути більшою, ніж ширина наданої призми.

6.1.2 Покласти зверху на накреслені прямі скляну призму так, щоб вони розташувалися перпендикулярно до паралельних граней призми (див. рисунок 8.2 а)).

6.1.3 Спостерігаючи за лініями з боку однієї з граней, повернути призму так, щоб одна з ліній, що входять у призму, співпала б з іншою, що виходить з неї (див. рисунок 8.2 б)).

6.1.4 Не рухаючи призму, обвести її на аркуші олівцем.

6.1.5 Прибрати призму і на отриманому рисунку з’єднати точку А, в якій одна з ліній входить у призму, з точкою В, з якої виходить інша лінія.

6.1.6 Накреслити в точці падіння променя А нормаль до грані призми.

6.1.7 За допомогою транспортира якомога точніше виміряти кут падіння a і кут заломлення γ.

6.1.8 Дослід повторити ще двічі при відстанях між лініями 10 мм і 15 мм.

6.1.9 Всі отримані дані занести до таблиці 1.

6.2 Опрацювання результатів досліду

6.2.1 За даними таблиці обчислити показник заломлення n світла для даної призми за формулою (2).

6.2.2 Розрахувати середнє значення показника заломлення.

6.2.3 Обчислити абсолютні і відносну похибки. Зробити висновок.

6.2.4 Всі результати обчислень занести до таблиці 1.

Таблиця 1. Результати досліду

№ досліду	a, 0	γ, 0	sina	sin γ	n	Dn	d, %
1
2
3
Сер.	Í	Í	Í	Í			Í

6.2.5 Остаточний результат:n =

Висновок

Контрольні запитання

1. В чому полягають закони відбивання і заломлення світла?

2. Що називають відносним показником заломлення світла?

3. Фізичний зміст абсолютного показника заломлення світла.

4. В чому полягає явище повного внутрішнього відбивання.

8 Місце для розрахунків

Лабораторна робота № 9

Тема

Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної решітки

2 Мета і завдання

2.1 Поглибити уявлення про будову та дію дифракційної решітки.

2.2 Навчитися визначати довжину світлової хвилі за допомогою дифракційної ґратки.

3 Інформаційне забезпечення

3.1 Л. С. Жданов, Г. Л. Жданов. Фізика (§§ 32.5 - 32.8).

4 Технічне забезпечення

4.1 Прилад для визначення довжини світлової хвилі; дифракційна решітка; лампа денного світла.

Не починати виконувати роботу, якщо в інструкції що-небудь залишилось незрозумілим.

З приладами поводитися обережно. Запобігати падінню дифракційної ґратки. При переміщенні екрану не застосовувати надмірні зусилля.

Не позичати приладів у інших робочих груп.

5 Теоретичні відомості

Використовуючи явище дифракції світла, можна виміряти довжину світлової хвилі. Для цього використовують дифракційну решітку. Дифракційна решітка, являє собою велику кількість прозорих і непрозорих щілин, які приходяться на одиницю довжини її поверхні. Таким чином, вона являє собою сукупність невеликих перешкод (порівняно з довжиною світлової хвилі) на шляху поширення світлового променя. При проходженні світла через дифракційну решітку дуже добре спостерігається відхилення його від прямолінійного поширення, тобто явище дифракції. Одним з основних параметрів дифракційної ґратки є період ґратки d, який показує кількість щілин на одиницю довжини, або відстань між щілинами.

Якщо промені світла падають паралельним пучком перпендикулярно до ґратки, то в її площині вони матимуть однакові фази. Тому промені, які проходять без відхилень (нормально до ґратки), не мають різниці фаз і на екрані накладаються разом, утворюючи центральний максимум білого кольору.

Світлові хвилі, що поширюються в будь-якому іншому напрямі, утворюють певний кут з нормаллю і мають різні фази, бо їхні промені після того, як минають щілини, проходять неоднакові відстані. Таким чином, якщо на різниці ходу променів до екрану укладається будь-яка ціла кількість довжин хвиль, то ці хвилі прийдуть в одній фазі, посилять одна одну і дадуть на екрані максимум інтенсивності світла. В протилежному випадку буде мінімум інтенсивності (Рис. 9.1)

З умови максимуму інтенсивності світла (рівняння дифракційної ґратки):

(1) можна знайти довжину хвилі, частота якої утворює максимум інтенсивності на екрані: (2), де j - кут відхилення променя від нормального напрямку; k - порядок максимуму на екрані.

Враховуючи, що кути відхилення невеликі, можна без особливих похибок замінити синус кута на його тангенс, тоді:

(3). З рис. 9.1 видно, що: (4), де l - відстань від решітки до екрану. Отже, формула (3) прийме вигляд: (5). Прилад для вимірювання довжини світлової хвилі складається з бруска з міліметровою шкалою, на якому закріплена рамка для дифракційної ґратки і рухомий повзунок екрану з міліметровою шкалою і щілиною.

Виконання роботи

6.1 Проведення досліду

6.1.1 Встановити прилад так, щоб лампа, щілина екрана та дифракційна ґратка були розташовані на одній прямій, тобто так, щоб можна було побачити лампу, дивлячись крізь дифракційну ґратку і щілину (див. рисунок 9.1).

6.1.2 Повзунок екрана встановити поблизу від краю бруска з лінійкою на відстані l₁ від ґратки.

6.1.3 Домогтися чіткого зображення спектрів першого порядку (k = 1).

6.1.4 Відрахувати на шкалі екрана відстань від центрального максимуму (біла смуга) до середини фіолетової смужки спектра першого порядку в лівий х_{л фіол} і правий х_{п фіол} боки.

6.1.5 Такі ж самі виміри зробити для зеленої та червоної смуг спектрів першого порядку.

6.1.6 Наблизити екран до ґратки на відстань l₂.

6.1.7 Провести вимірювання за пунктами 5.1.3 – 5.1.5 для відстані l₂.

6.1.8 Всі отримані дані занести до таблиці 1.

6.2 Опрацювання результатів досліду

6.2.1 Знайти значення періоду ґратки d.

6.2.2 Обчислити середні значення відстаней х_сер від центрального максимуму до смужок різних кольорів.

6.2.3 Знайти довжини хвиль, що досліджуються, за формулою (5).

6.2.4 Розрахувати абсолютні та відносні похибки вимірювань.

6.2.5 Враховуючи значення дослідних довжин хвиль, взяті з довідника, обчислити відносну похибку d_д за формулою: .

6.2.6 Всі результати обчислень занести до таблиці 1 і зробити висновок.

Таблиця 1. Результати досліду

№ досліду	d´10 , м	l, м	xл ф´10 , м	xп ф´10 , м	xсер.ф´10 , м	lф´10 , м	Dlф´10 , м	dф, %	lд ф´10 , м	dд ф, %
1
2
Сер.	Í	Í	Í	Í	Í			Í	Í	Í

6.2.7 Остаточний результат:l_ф =

№ досліду	d´10 , м	l, м	xл з´10 , м	xп з´10 , м	xсер.з´10 , м	lз´10 , м	Dlз´10 , м	dз, %	lд з´10 , м	dд з, %
1
2
Сер.	Í	Í	Í	Í	Í			Í	Í	Í

6.2.8 Остаточний результат:l_з =

№ досліду	d´10 , м	l, м	xл ч´10 , м	xп ч´10 , м	xсер.ч´10 , м	lч´10 , м	Dlч´10 , м	dч, %	lд ч´10 , м	dд ч, %
1
2
Сер.	Í	Í	Í	Í	Í			Í	Í	Í

6.2.9 Остаточний результат:l_ч =

Висновок

Контрольні запитання

1. Що таке дифракція світла?

2. Умови максимуму і мінімуму.

3. Дифракційна решітка, її параметри і рівняння.

4. Чим дифракційний спектр відрізняється від призматичного?

8 Місце для розрахунків