Лабораторна робота №1 тема: вимір показника заломлення для плоско-паралельної пластинки
Лабораторна робота № 1
ТЕМА: ВИМІР показника ЗАЛОМЛЕННЯ ДЛЯ ПЛАСКО-паралельного ПЛАСТИНКИ.
Мета роботи: Навчитися визначати показник заломлення плоскопараллельной пластинки, зміщення падаючого променя і оцінювати похибка вимірювання.
Прилади й матеріали;
1. плексігласовий підставка
3. плоскопаралельному скляна пластинка
4. Білий папір (міліметрова або в клітку)
Нехай на плоску межу розділу двох середовищ падає плоска світлова хвиля.
Хвильова поверхня АС перпендикулярна променям ОА і ОВ. (Рис. 1)
Поверхні МN спочатку досягне промінь ОА. Луч ОB досягне поверхні через час, де v1 швидкість поширення світла в першому середовищі. Тому в момент, коли вторинна хвиля в точці В тільки почне порушуватися, хвиля від точки А вже має вигляд півсфери радіусом АК = v2. v2 - швидкість поширення світла в другому середовищі.
Хвильову поверхню преломленной хвилі можна отримати, провівши поверхню, дотичну до всіх вторинним хвилях в другому середовищі, центри яких лежать на кордоні розділу середовищ. В даному випадку це площина KВ є обвідної вторинних хвиль.
Кут падіння дорівнює куту САВ (боку одного з цих кутів перпендикулярні сторонам іншого). Отже, СB = v1
Кут заломлення β дорівнює куту АВК. Тому
Розділимо почленно (1) на (2)
де n - постійна величина, яка не залежить від кута падіння, але залежить від показників заломлення першої і другої середовищ, тому n називається відносним показником заломлення і визначаться формулою:
Для визначення відносного показника заломлення за формулою (3) необхідно виміряти кут падіння і кут заломлення.
Можна визначити показник заломлення пластини використовуючи геометричну побудову (рис. 2).
Через т. А кордону розділу середовищ повітря-скло проводять перпендикуляр до кордону, відзначають кути падіння α і заломлення β. Далі, за допомогою циркуля проводять окружність з центром в точці А радіусом рівним довжині променя АF,
Будують прямокутні трикутники AСD і AFP. Так як, то формула (3) набуде вигляду
За формулою (5) для визначення показника заломлення пластинки досить виміряти відстані CD і PF.
Треба оцінити величину зсуву падаючого променя.
В оптичних приладах іноді необхідно змістити промені на маленьку величину. Для цієї мети використовується плоскопаралельна пластинка.
Можна виміряти величину зміщення лінійкою (довжина FL). Можна також обчислити за формулою
також можна виміряти транспортиром. Варто зауважити, що FP залежить від кута падіння.
Порядок виконання роботи (рис. 3)
1. Покласти плоскопараллельную пластинку на міліметровий папір або аркуш із зошита в клітинку і окреслити дві паралельні грані.
2. За гранню MN встановлюємо 2 голки під кутом щодо перпендикуляра ГО ', на деякій відстані один від одного. 1 голка повинна знаходитись в точці В, а 2 в точці О.
3. З боку M1N1 розглядаємо обидві голки. Встановлюємо їх так, щоб 1 голка "сховалася" за голку 2. потім на шляху променя зору перед межею M1N1 встановлюємо третю голку, яка знаходиться в точці D так щоб вона перекривала 1 і 2 голки. Голку 4 ставити на найбільшій відстані від голки 3.
4. Знявши голки і прибравши плоскопараллельную пластинку з'єднуємо за допомогою лінійки точкіO, B, С, D де знаходилися голки
5. За допомогою циркуля будують коло з центром в точці О і радіусом OD. Будують трикутник OFА. Лінійкою вимірюють відрізки FА і O'D.
6. Кути α і β вимірюємо за допомогою транспортира.
7. Вимірювання з 1 по 6 пункт повторити 5 разів
8. Обчислити n за допомогою формул (3) і (5)
9. Обчислити величину зсуву падаючого променя по формулі (6)
10. Всі вимірювання і отримані результати записати в таблицю. Таблицю заповнити так, як вам зручно.
11. Підрахувати середню квадратичну помилку по формулі
N - число вимірювань
Занести отримані дані в таблицю.
Середня квадратична помилка повинна обчислюватися за результатами формули (3) і окремо за результатами формули (5)
12. Записати остаточний результат з урахуванням довірчого інтервалу n = n. Остаточних результату повинно бути два по формулі (3) і за формулою (5).
13. Побудувати графіка залежності n = f (N)
1.Формула визначення відносного показника заломлення?
2.Формула визначення зміщення падаючого променя?
3. Як можна визначити показник заломлення, використовуючи геометрію?
4. Що таке хвильовий фронт і поверхню?
Додаткову інформацію можна знайти в електронній версії.
Лабораторна робота № 2
ТЕМА: ВИМІР показника ЗАЛОМЛЕННЯ тригранна призма ЗА ДОПОМОГОЮ 4-Х голок.
1. плексігласовий плоска підставка
3. Тригранна призма
4. Білий папір (міліметрова або в клітку)
Мета. Навчитися визначати показник заломлення тригранної призми оцінити похибка вимірювання.
Нехай на одну з поверхонь призми, показник заломлення якої щодо навколишнього середовища-n, падає промінь під кутом i1. Виходячи із закону заломлення, побудуємо хід променя в призмі. Кут між заломлюючими поверхнями позначимо через α (заломлює кут призми) лінія перетину заломлюючих поверхонь називається заломлюючим ребром. Кут між продовженнями падаючого і вийшов (під кутом i2) променів позначимо через θ (кут відхилення променя в призмі).
Оскільки θ є зовнішній кут KРT (рис.1)
З трикутника PLK:
Те для кута відхилення маємо
Відповідно до закону заломлення:
Підставляючи значення i1 і β2 в вираз для θ маємо:
Знайдемо мінімальне значення кута відхилення. Легко довести, що
Отже, є умова мінімуму. тоді
Це рівність має місце при і. Оскільки 0. то фізичний зміст має тільки умова звідки випливає що
тому , То, тобто кут відхилення мінімальний при симетричному розташуванні падаючого на призму і вийшов з неї променів (коли промінь всередині призми паралельний її основи). Отже, для θmin отримуємо.
(1) - формула для товстої призми.
Тепер розглянемо висновок формули для тонкої призми:
нам дана равнобокая призма АВ = ВС АС. n> nВ
Нехай на призму падає біле світло, АВС = кут заломлення призми, θ- кут відхилення призми.
Виведемо формулу залежності α, θ, n де n - показник заломлення середовища щодо повітря.
Розглянемо ТКР і КРТ для КРТ - θ зовнішній, значить
тому падаючий кут дуже малий, тобто i1 і β1. о к осі приладу і встановлюють очей і це дзеркальце так, щоб одночасно бачити як зображення прозорою лінійки, так і міліметрову шкалу. При цьому для вирівнювання освітленості зображень обох шкал рекомендується зміна нахилу дзеркала предметного столика.
Відраховують кількість цілих міліметрових поділок шкали N1 збігаються з цілим числом поділів зображення прозорою лінійки N2. Так як відношення довжини поділок шкали і лінійки дорівнює 10 мм, то
Знаючи D за формулою (5) можна легко знайти лінійне збільшення.
Контрольні питання:
З яких частин складається мікроскоп?
Яку функцію виконують об'єктив і окуляр?
Скільки променів необхідно для пояснення принципу роботи мікроскопа?
Як повинні розташовуватися об'єктив і окуляр, щоб одержати збільшене зображення, і яким воно буде?
Що називають кутовим збільшенням мікроскопа?
Що називається лінійним збільшенням мікроскопа?
Додаткову інформацію можна знайти в електронній версії.
Лабораторна робота № 5