Лабораторна робота 63
ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИКА ПЕРЕЛОМЛЕННЯ СКЛА ЗА ДОПОМОГІ МІКРОСКОПА
Мета роботи: ознайомлення з технічними деталями пристрою мікроскопа; вимірювання показника заломлення скляних пластин.
Прилади та приладдя: вимірювальний мікроскоп з мікрометричним гвинтом, мікрометр, скляні пластинки зі штрихами, що вимірюються на обох поверхнях, освітлювач.
1. ТЕОРЕТИЧНЕ ВСТУП
Напрями цих променів визначаються такими законами відбиття та заломлення світла:
1. ПроміньАТ, що падає на заломлюючу поверхню, нормаль до поверхні в точці падінняРОР, відбитий проміньОВі заломлений проміньОDлежать у одній площині.
2. Кут відображенняРОВчисельно дорівнює куту падінняАОР.
3. Синус кута падінняi1 відноситься до синуса кута заломленняi2 як швидкість світла в першому середовищі υ1 відноситься до швидкості світла в другому середовищі υ2:
. (1)
Останній закон говорить про те, що світло поширюється у різних середовищах із різною швидкістю.
Для двох даних середовищ і для променя даної довжини хвилі відношення швидкості світла в першому середовищі ?
, (2)
. (3)
Величинаn21 називається відносним показником заломлення другого середовища стосовно першої.
Якщо одне із середовищ, наприклад, середовище1 - вакуум або повітря, то показник заломленняnсередовища 2 (див. рис. 1) по відношенню до вакууму називається абсолютним показником заломлення даного середовища.
Абсолютний показник заломлення середовища 2 дорівнює
, (4)
де с – швидкість світла у вакуумі; υ2 – швидкість світла у цьому середовищі 2.
Таким чином, абсолютний показник заломлення середовища є відношення швидкості світла у вакуумі до швидкості світла в даному середовищі:
. (5)
Показник заломлення залежить від довжини хвилі світла та властивостей середовища. Абсолютні показники заломлення більше одиниці. Це означає, що швидкість поширення світла у цьому середовищі завжди менше, ніж у вакуумі.
Відносний показник заломлення двох середовищn21 пов'язаний з абсолютними показниками заломленняn1 таn2 наступним співвідношенням:
. (6)
Для визначення показників заломлення речовин є різні методи. Одним із них є метод визначення показника заломлення скла за допомогою мікроскопа.
2. ОПИС РОБОЧОЇ УСТАНОВКИ ТА МЕТОДУ ВИМІРЮВАНЬ
В основі методу лежить явище зменшення товщини скляної пластинки, що здається, внаслідок заломлення світлових променів, що проходять через неї нормально до її поверхні. Схема проходження променів дано на рис. 2.
У точкуА, що знаходиться на нижній поверхні скляної пластинки, падають два промені світла 1 і 2. Промінь 2 падає на пластинку нормально до її поверхні і тому проходить крізь пластинку і виходить у повітря в точціС, не зазнаючи заломлення. Промінь 1 заломлюється і виходить із пластинки в точціОу напрямку до точкиD.
При виході з пластинки проміньОDутворює кут заломленняi2 який більший, ніж кутпадінняi1 . Якщо дивитися з точкиDу напрямкуDО, то спостерігач буде бачити точку перетину променівОDіАСнад точціА, а точціЕ, тобто. товщина платівки здаватиметься рівноюСЕ. Здавна товщина платівкиСЕ=hменше істинної її товщиниСА=H(див. рис. 2).
Для променів, близьких до нормально падаючих променів, кути падіння та заломлення малі. У цьому випадку синуси можна замінити на тангенси і за законом заломлення світла написати (розглядаючи зворотний хід променів, тобто відDдоА):
. (7)
Приймаючи до уваги, що
, (8)
, (9)
(див. рис. 2), отримаємо
, (10)
, (11)
де H – справжня товщина скляної пластинки; h – товщина пластинки, що здається.
Отже, показник заломлення скла можна знайти з відношення справжньої товщини скляної пластинки до її товщині, що здається. Справжня товщина пластинки вимірюється мікрометром, а здається мікроскопом з мікрометричним гвинтом.
На рис. 3 представлений зовнішній вигляд мікроскопа МБІ-3.
Хід променів у мікроскопі зображено на рис. 4.
Розглянутий предметS1 міститься між фокусною і подвійною фокусною відстанню об'єктива (F 1 - фокус об'єктива; F 2 - фокус окуляра). ЗображенняS2 , що дається об'єктивом 1, розглядається в окуляр 2, як у лупу. Окуляр розташовується таким чином, щоб уявне збільшення зображенняS3 предмета виявилося на відстані найкращого зору від ока (0,25 м).
Лінійне збільшення об'єктиву
, (12)
, (13)
. (14)
Сучасні мікроскопи (див. рис. 3) представляютьсобою складні оптичні прилади, об'єктиви та окуляри яких складаються з кількох лінз.
3. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ І ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ
3.1. Мікрометром вимірюють справжню товщину скляної пластинкиНтам, де нанесені штрихи, і беруть її значення в міліметрах.
3.2. Визначають товщину скляної пластинкиh, для чого пластинку кладуть на предметний столик 8 мікроскопа під об'єктив 1 так, щоб обидва штрихи перетнули оптичну вісь приладу. Обертанням баранчика 6 опускають тубус 3 в крайнє нижнє положення (див. рис. 3).
3.3. Обертанням гвинта 7 поєднують мітку на корпусі мікроскопа з шкали 0 механізму 7 точного фокусування.
3.4. Спостерігаючи окуляр 2 і повільно обертаючи баранчик 6 механізму грубої фокусування, піднімають тубус до появи в полі окуляра різкого зображення ризики на нижній поверхні пластинки.
3.5. Потім, обертаючи баранчик 7 механізму точного фокусування і вважаючи при цьому кількість обертів мікрометричного гвинта, отримують різке зображення ризику верхньої поверхні пластинки. Кількість оборотів мікрометричного гвинта з урахуванням ціни розподілу дасть величинуh,мм:
деN- число повних обертів барабана гвинта;Z- крок гвинта, що дорівнюєZ= 0,002 × 50 = 0,1 (мм); 50 - кількість поділів в одному повному обороті барабана; 0,002 - ціна одного поділу барабана гвинта в мм;m– кількість поділів у неповному обороті барабана.
3.6. За формулою (11) обчислюють показник заломлення скла.
3.7. Вимірювання істинної і товщини кожної пластинки, що здається, проводять не менше трьох разів; визначають середнє та справжнє значення показника заломлення скла. Отримані результати виміру заносять до таблиці (форма табл. 1).