Измерение показателя преломления стекла.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.Изучение законов геометрической оптики, измерение показателя преломления стекла.

2. ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Оптическая скамья, лазер, стеклянная пластина, лист миллиметровой бумаги, циркуль, линейка.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Сформулируем закон преломления света: на границе раздела двух сред падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для этих двух сред:

, (1)

где α – угол падения луча; β – угол преломления луча; n₁ и n₂ – абсолютные показатели первой и второй среды, соответственно; n₂₁ – относительный показатель преломления второй среды относительно первой среды.

Среду с большим абсолютным показателем преломления называют оптически более плотной средой. Для вакуума абсолютный показатель преломления равен 1. В большинстве случаев приходится рассматривать переход света через границу воздух – твердое тело или жидкость.

Для воздуха абсолютный показатель преломления n₁ = 1,000292 мало отличается от единицы, поэтому в нашей лабораторной работе считаем:

, (2)

где n – показатель преломления стекла. На одну из параллельных граней стеклянной пластины под углом направляем узкий световой пучок (рис.1). Проходя через пластину, этот пучок испытывает двукратное преломление на гранях пластины. Источником света служит электрическая лампочка. Световой пучок создается с помощью экрана со щелью. Для определения отношения, стоящего в левой части формулы (2), поступаем следующим образом. Стеклянную пластину кладем на лист бумаги в клеточку так, чтобы одна из ее параллельных граней совпадала с предварительно отмеченной линией на бумаге. Эта линия укажет границу раздела сред воздух – стекло. Тонко очиненным карандашом проводим линию вдоль второй параллельной грани. Эта линия укажет границу раздела сред стекло – воздух. После этого, не смещая пластину относительно начерченных линий, на ее первую параллельную грань направляем узкий световой пучок от источника света под каким-либо углом к грани. Вдоль падающего на пластину и вышедшего из нее световых пучков тонко очиненным карандашом ставим точки 1, 2, 3, 4, (рис.1). После этого пластину снимаем со столика и с помощью линейки прочерчиваем падающий, преломленный и выходящий лучи (рис.1). Через точку В проводим перпендикуляр к границе и отмечаем угол падения α и угол преломления β. Далее с помощью циркуля проводим окружность с центром в точке В и строим прямоугольные треугольники ABE и CBD.

Так как и AB=BC, то формула (2) для определения показателя преломления стекла примет вид:

. (3)

Длины отрезков AE и CD измеряем с помощью линейки. Относительная ошибка косвенного измерения:

. (4)

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

4.1. Проделать экспериментальные действия, описанные в пункте 3. Результаты измерений запишите в таблицу 1.

4.2. Измените угол α – угол падения луча на пластину и повторите измерения. Результаты измерений запишите в таблицу 1.

Таблица 1.

α	AE	∆AE	CD	∆CD	n	∆n
мм	мм	мм	мм
α 1
α 2

4.3. По формулам (3) и (4) рассчитайте показатели преломления n₁ и n₂ для углов падения α ₁ и α ₂ , абсолютные ошибки ∆ n₁ и ∆ n₂.

ВЫВОД

В выводе записать в стандартном виде полученные экспериментально значения n₁ и n₂ и сравнить эти значения. Сделайте вывод о зависимости (или независимости) показателя преломления от угла падения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1. Сформулируйте закон преломления света.

6.2. Что характеризует абсолютный показатель преломления среды?

6.3. Сравните углы α и β при переходе луча света из оптически менее плотной среды в оптически более плотную среду.

6.4. Сравните углы α и β при переходе луча света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду.

6.5. Нарисуйте ход луча, падающего из воздуха на поверхность воды.

6.6. Нарисуйте ход луча, проходящего через границу раздела вода – стекло.

6.7. Нарисуйте ход луча, проходящего через границу раздела стекло – вода.

6.8. Как в данной лабораторной работе формируется узкий пучок света?

6.9. Как в данной лабораторной работе определяется показатель преломления стекла?

6.10. Изменятся ли результаты расчета показателя преломления, если построить окружность с центром в точке В другого радиуса?

Лабораторная работа №13.