Файл: Lab_102.doc

17

МИНИСТEРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДИЗАЙНА и ТЕХНОЛОГИИ

Методические указания к лабораторной работе №102

“Определение показателя преломления вещества с помощью микроскопа”.

Москва - 2000

Печатается по постановлению Редакционно-издательского Совета МГУДТ.

Работа рассмотрена на заседании кафедры физики и рекомендована к печати.

Заведующий кафедрой доц. Шапкарин И.П.

Автор: к.ф-м.н. Родэ С.В.

Методические указания к лабораторной работе по разделу “Оптика”. “Определение показателя преломления вещества с помощью микроскопа”.

г. Москва

Типография МГУДТ. 2000 г.

Методические указания содержат теоретическое введение и описание практической части к лабораторной работе, связанной с изучением и методами измерения показателя преломления вещества.

@ МГУДТ 2000

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 102

Определение показателя преломления вещества с помощью микроскопа.

Цель работы: определить абсолютный показатель преломления вещества.

Приборы и принадлежности: микроскоп, стеклянная пластинка с нанесенными на нее штрихами, источник света, микрометр.

---

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ.

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА - раздел оптики, в котором распространение света в среде рассматривается на основе представления о СВЕТОВОМ ЛУЧЕ или геометрической линии, вдоль которой распространяется световая энергия. Законы геометрической оптики применяются для расчетов и построения изображения при прохождении света через различные оптические системы.

В основе геометрической оптики лежит закон о прямолинейности распространения света в однородной среде, хорошо известный нам из опыта и объясняющий, например, образование теней и полутеней.

Световым лучом называется направление, вдоль которого распространяется свет. Такое понятие светового луча есть чисто геометрическое понятие. На практике свет всегда распространяется в виде светового пучка. Смотря по тому, как ограничен этот световой пучок, можно различать ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ, СХОДЯЩИЙСЯ и РАСХОДЯЩИЙСЯ световые пучки. В пределах световых пучков мы можем выбрать “удобные” для нас лучи. Световые пучки можно ограничить диафрагмой. Однако, при уменьшении диафрагмы прямолинейность распространения света нарушается и тем больше, чем меньше диафрагма. Это явление называется ДИФРАКЦИЕЙ и будет рассмотрено в других работах.

При попадании света на поверхность тела, можно наблюдать явления отражения и преломления света, а при прохождении света внутри вещества - явление поглощения.

Относительная интенсивность отраженного и преломленного света определяется рядом факторов: веществом тела, состоянием его поверхности, составом самого света, углом падения и др. Поглощение также зависит от вещества тела и состава светового потока.

1. Законы отражения света. Существуют следующие законы отражения света.

Первый закон: угол отражения равен углу падения. Под углом падения и отражения подразумевают углы, образованные падающим или отраженным лучом и перпендикуляром, восстановленным к отражающей поверхности в точке падения луча ( Рис.2).

Второй закон: отраженный луч лежит в той же плоскости, в которой лежит падающий луч и перпендикуляр к отражающей поверхности, восстановленный в точке падения луча .

Из двух законов отражения вытекает следствие о том, что световые лучи при отражении ОБРАТИМЫ .

---

Рис.1 а Рис.1 б

Следует различать зеркальное и диффузное отражение. Если падающий на тело параллельный пучок света отражается в одном направлении (Рис. 1а), то такое отражение называют ЗЕРКАЛЬНЫМ. При отражении света от предмета во всех направлениях говорят о ДИФФУЗНОМ отражении (Рис. 1б). При этом диффузно отражающую поверхность можно представить в виде элементарных плоскостей различно расположенных и пересекающихся под различными углами.

2. Законы преломления света. Два закона преломления света формулируются следующим образом :

Первый закон: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред и не зависит от угла падения луча . Этот закон может быть записан в виде соотношения:

(1)

где - ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ второй среды, ( в которую луч входит ) относительно первой среды (в которой луч распространяется до преломления); и -соответственно угол падения и угол преломления, показанные на рис.2.

Если первой средой является вакуум или воздух , то и называется АБСОЛЮТНЫМ ПОКАЗАТЕЛЕМ ПРЕЛОМЛЕНИЯ второй среды. Абсолютный показатель преломления среды показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данной среде;

n=c/v (2)

где с- скорость света в вакууме, v - скорость света в данной среде. Таким образом, относительный показатель преломления второй среды относительно первой среды равен отношению абсолютного показателя преломления второй среды к абсолютному показателю первой среды.

(3)

Другими словами, относительный показатель преломления второй среды относительно первой показывает, во сколько раз скорость света в первой среде больше скорости света во второй среде.

---

Рис. 2

Второй закон: луч, падающий , луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости .

Следствием этих законов тоже является обратимость световых лучей при преломлении.

---

3. Принцип Гюйгенса и его применение. Не будем подробно описывать историю развития взглядов на природу света. Отметим лишь, что с древних времен свет считался потоком частиц.

Однако, во времена Ньютона было обнаружено несколько явлений, которые могли быть истолкованы как проявление волновых свойств света. К ним относятся такие явления, как интерференция, дифракция, дисперсия и поляризация света.

В 1690г. был издан “Трактат о свете” Х. Гюйгенса (1629-1695г.г.), в котором была высказана идея о том, что световое возбуждение нужно рассматривать как упругие импульсы, распространяющиеся в особой среде - в эфире, заполняющем пространство как внутри материальных тел, так и между ними.

Из идей Гюйгенса наибольшую ценность представляет так называемый ПРИНЦИП ГЮЙГЕНСА, который на современном языке может быть сформулирован следующим образом: каждая точка волнового фронта является источником вторичных сферических волн и огибающая этих вторичных волн в следующий момент времени определяет собой фронт волны в этот момент времени.

С помощью принципа Гюйгенса удалось доказать законы отражения и преломления света.

На рис. 3а показано построение фронта световых волн, отраженных от зеркальной поверхности. На отражающую поверхность 00 падает пучок параллельных лучей света 11’ под некоторым углом . Проведя перпендикуляр из точки А падения луча 1 к лучу 1’ мы получаем фронт падающей волны. Очевидно, что луч 1’ попадает на отраженную поверхность несколько позже, чем луч 1. Тогда, для определения фронта отраженной волны мы должны сделать следующие построения. Согласно принципу Гюйгенса точка падения луча 1 будет являться источником вторичной сферической волны .

Рис.3 а Рис.3 б

Пока луч 1’ попадает на поверхность отражения, пройдет некоторое время . За этот промежуток времени вторичная волна от точки А распространяется на какое-то расстояние , где v - скорость распространения света в данной среде. Поскольку скорость v одинакова для падающей и отраженной волны, то расстояние R будет равно СВ. Опишем из точки А окружность радиусом R=BC. Она будет представлять собой поверхность, до которой распространилась за время вторичная волна, вышедшая из точки А. Тогда новый фронт волны после отражения должен быть касательным к этой поверхности и одновременно проходить через точку В, так как в этот момент до нее дошел луч 1’, и она начинает служить, в свою очередь, источником вторичных волн.

---