Порядок выполнения работы. 1. Включить прибор в сеть

1. Включить прибор в сеть. Прогреть в течение 10 – 15 мин.

2. При открытом кюветном отделении установить стрелку микроамперметра на «0»

по шкале «Т».

3. Установить минимальную чувствительность, для этого ручку «Чувствитель-

ность» переключить в положение «1», ручку «Установка 100» «Грубо» переключить в крайнее левое положение.

4. В световой пучок поместить кювету с растворителем или контрольным раство-

ром, по отношению к которому производится измерение.

5. Закрыть крышку кюветного отделения.

6. Ручками «Чувствительность» и «Установка 100» «Грубо» и «Точно» установить

отсчет 100 по шкале фотокалориметра. Ручка «Чувствительность» может находиться в одном из трех положений «1», «2», или «3».

7. Поворотом ручки «4» кювету с растворителем заменить кюветой с исследуемым

раствором.

8. Снять отсчет по шкале микроамперметра, соответствующий коэффициенту про-

пускания исследуемого раствора в процентах, по шкале «Т» или по шкале «Д» - в единицах оптической плотности.

9. Измерения провести 3–5 раз и окончательное значение измеряемой величины оп-

ределить как среднее арифметическое из полученных значений.

10. Определить абсолютную погрешность измерения искомой величины.

Задание № 1. Изучение зависимости оптической плотности от длины

Волны падающего света

1.1. Для стандартного раствора определить оптическую плотность при различных частотах падающего света.

1.2. Данные занести в таблицу 1.

1.3. Построить график зависимости оптической плотности от длины волны l па-

дающего света D = f(l).

1.4. Определить l и номерсветофильтра для D_max .

Таблица 1

Маркировка светофильтра на диске	Длина волны l, соответствующая max пропускания, нм	Оптическая плотность D

Задание № 2. Проверка зависимости оптической плотности от толщины

Поглощающего слоя

2.1. Для стандартного раствора, используя светофильтр с l_max (см. задание № 1), определить D для кювет различного размера.

2.2. Данные занести в таблицу 2.

Таблица 2

Рабочая длина микрокюветы, мм	l
Оптическая плотность	D

2.3. Построить график зависимости D = f(l).

Задание № 3. Построение калибровочного графика и определение концент-

Рации неизвестного раствора

3.1 . Для серии стандартных растворов известной концентрации, используя све-

тофильтр с l_max (см. задание № 1), определить D.

3.2. Данные измерений занести в таблицу 3.

Таблица 3

№ стандартного раствора	Концентрация с, %	Оптическая плотность D
Контрольный раствор

3.3. Построить калибровочный график D = f(с).

3.4. По графику D = f(с) определить концентрацию неизвестного раствора.

Контрольные вопросы

1. Явление ослабления света при прохождении через вещество, механизм поглоще-

ния для разных типов вещества.

2. Параметры, характеризующие фотометрические свойства вещества.

3. Объясните сущность фотометрических методов анализа.

4. Сформулируйте объединенный закон поглощения Бугера–Ламберта–Бера.

5. Каковы причины возможных отклонений свойств растворов от объединенного за-

кона поглощения?

6. Молярный коэффициент поглощения, его определение и факторы, от которых он

зависит.

7. Как осуществляется выбор длины волны поглощаемого излучения при фотокало-

риметрических измерениях?

1. Как строится калибровочный график?

2. Объясните устройство и принцип работы фотокалориметра КФК–2.

3. Где и для чего применяется абсорбционный анализ?

Литература

1. Трофимова Т. И. Курс физики. М.: Высш. шк., 1994. Часть 5, гл. 24, § 187.

2. Савельев И. В. Курс общей физики. М.: Наука, 1977. Том 2, часть 3, гл. XХ,

§ 145.

3. Грабовский Р. И. Курс физики. С-Пб.: Лань. 2002. Часть П, гл. VI, § 50.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4–03

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА

Цель работы: изучить явление преломления света на границе раздела двух прозрачных сред и оптические характеристики среды, изучить метод определения показателя преломления среды с помощью микроскопа, экспериментально определить показатель преломления стекла.

Приборы и принадлежности: микроскоп, микрометр, стеклянная пластина с взаимно перпендикулярными штрихами на обеих поверхностях.

Теория работы

При падении света на границу раздела двух прозрачных сред свет частично отражается и частично преломляется. Это обусловлено различием скоростей распространения света в разных средах. Оптической характеристикой среды является ее абсолютный показатель преломления, показывающий, во сколько раз скорость света с = 3×10⁸ м/с в вакууме больше скорости света u в среде:

. (1)

Величина абсолютного показателя преломления среды зависит от длины волны света, а также от природы и строения вещества, его агрегатного состояния, температуры, давления и др. Например, в видимом диапазоне длин волн абсолютные показатели преломления для большинства твердых и жидких прозрачных тел лежат в диапазоне n = 1,3 - 2,5, в рентгеновском практически для всех сред n » 1.

Относительным показателем преломления n₂₁ второй среды относительно первой называется отношение абсолютных показателей преломления n₂, n₁этих сред или фазовых скоростей u₁, u₂ света в них:

(2)

Если n₂₁ >1, то вторая среда является оптически более плотной, чем первая.

Так как показатель преломления воздуха в видимом диапазоне незначительно (в четвертом знаке после запятой) отличается от показателя преломления вакуума, то показатель преломления воздуха так же, как и вакуума, принимают равным единице, а измеренные относительно воздуха показатели преломления сред считают абсолютными. В высокоточных измерениях отличием показателя преломления воздуха от единицы пренебрегать нельзя.

При падении световой волны на идеально плоскую границу раздела двух различных оптически однородных сред выполняются законы отражения и преломления света (рис. 1).

Закон отражения света: луч падающий и луч отраженный лежат в одной плоскости с перпендикуляром к поверхности раздела сред в точке падения луча, и образованные ими углы падения a и отражения b равны по абсолютной величине.

Закон преломления света: луч, падающий на преломляющую поверхность, и

Рис. 1

луч преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром к поверхности раздела в точке падения луча, при этом произведение показателя преломления первой среды на синус угла падения равно произведению показателя преломления второй среды на синус угла преломления: n₁ sin a = n₂ sin g. Отсюда следует, что отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред, равная относительному показателю преломления второй среды относительно первой:

. (3)

Для определения показателя преломления прозрачных сред существуют различные методы. Одним из них является метод определения показателя преломления стекла при помощи микроскопа. В основе метода лежит явление кажущегося уменьшения толщины стеклянной плоскопараллельной пластинки вследствие преломления проходящих сквозь нее световых лучей.

Схема прохождения лучей света сквозь плоскопараллельную стеклянную пластинку дана на рис. 2.

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, преломляясь на нижней и верхней поверхностях пластинки, выходит из нее через точку О в направлении D. При выходе из пластинки луч ОD образует угол преломления a, больший, чем угол падения g, т. к. n₂ > n₁= 1. Таким образом, плоскопараллельная пластинка сдвигает падающий под углом к ней луч параллельно самому себе.

Рассматривая ход лучей 1 и 2 в обратном направлении, наблюдатель будет видеть точку пересечения лучей DО и СА не в точке А, а в точке Е, т.е. толщина пластинки будет казаться наблюдателю равной СЕ = h, потому что попадающий в глаз наблюдателя расходящийся световой пучок лучей СA и DO при прямолинейном распространении должен исходить из мнимой точки Е, а не из реальной точки А.

Из рис. 2 видно, что кажущаяся толщина пластинки h меньше истинной Н, т.е. действительной ее толщины СА = Н. Для лучей, близких к нормально падающим лучам, углы падения и преломления малы. В этом случае синусы можно заменить тангенсами и закон преломления света для рассмотренного обратного хода лучей от D к А можно представить в виде:

Из рис. 2 имеем: ; , и после соответствующих преобразований получим: . (4)

Следовательно, показатель преломления n стекла можно найти из отношения истинной толщины Н стеклянной пластинки к кажущейся ее толщине h.

Истинная толщина пластинки определяется с помощью микрометра, кажущаяся – с помощью микроскопа.

Микроскоп представляет собой оптический прибор, предназначенный для получения сильно увеличенных изображений мелких объектов. Простейшая оптическая схема микроскопа состоит из объектива и окуляра, которые совместно формируют изображение объекта. Объектив и окуляр находятся в тубусе микроскопа, который может сильно перемещаться при вращении винта грубой наводки и очень слабо – при вращении микрометрического винта. Перемещение тубуса с помощью микрометрического винта определяется с точностью до тысячных долей мм.