Мета роботи. Визначення АБСОЛЮТНОГО показника заломлення скла за допомогою мікроскопа

Лабораторна робота № 2

Визначення АБСОЛЮТНОГО показника заломлення скла за допомогою мікроскопа

Мета роботи

Ознайомитися з будовою і принципом дії мікроскопа та оволодіти методикою визначення абсолютного показника заломлення скла з його допомогою

Для виконання лабораторної роботи студенту попередньо необхідно: знати закони геометричної оптики та фізичний зміст абсолютного і відносного показників заломлення середовища (§1.1), володіти побудовою зображень в лінзах і мікроскопі (§1.2, §1.3), вміти працювати з мікрометром

Прилади і матеріали

Набір плоскопаралельних скляних пластинок, мікроскоп, мікрометр

Теоретичні відомості і опис установки

В даній лабораторній роботі абсолютний показник заломлення скла визначають за виміряними значеннями дійсної та позірної товщини скляної пластинки.

Розглянемо цей спосіб детальніше. Відомо, що коли на дно посудини з водою покласти який-небудь предмет, то внаслідок заломлення розсіяних променів світла від цього предмета, зображення предмета буде ближче до поверхні води на величину , ніж сам предмет (рис. 1).

Подібне спостерігається і для інших прозорих середовищ, наприклад, скла. Якщо на шляху світла від предмета помістити плоскопаралельну скляну пластинку, то його зображення наблизиться до спостерігача. Це можна виявити за допомогою мікроскопа.

Нанесемо на верхню та нижню поверхню плоскопаралельної пластинки мітки А і В (рис. 2). Зображення нижньої мітки при спостереженні в мікроскоп, внаслідок заломлення променів при їх проходженні через пластинку, знаходитиметься в точці Е. Якщо мікроскоп сфокусувати на мітку А, то мітка В буде поза фокусом. Для того, щоб побачити мітку В, об’єктив мікроскопа потрібно опустити не на товщину пластинки , а тільки на відстань , яку можна назвати позірною товщиною пластинки. Як видно із рис. 2

, , а .

Отже,

,

або . (1)

Оскільки світлові промені від мітки В попадають в мікроскоп під невеликими кутами відхилення від вертикалі, то кути падіння та заломлення променів світла на межі розділу скло–повітря малі, тому тангенси цих кутів можна замінити на їх синуси. В результаті отримаємо

. (2)

З другого боку, згідно закону заломлення світла

. (3)

Прирівнявши праві частини рівнянь (2) та (3), отримаємо співвідношення (4) для знаходження абсолютного показника заломлення скляної пластинки:

. (4)

Послідовність виконання роботи

1. Ознайомитися з механізмом переміщення тубуса мікроскопа.
2. Включити освітлювач мікроскопа (при необхідності) і встановити дзеркало таким чином, щоб поле зору в окулярі мікроскопа було освітлене.
3. Розмістити на предметному столику скляну плоскопаралельну пластинку з нанесеними на її протилежні сторони взаємно перпендикулярними мітками.
4. Сфокусувати мікроскоп на верхню мітку пластинки та записати покази мікрометричного гвинта в таблицю 1.
5. Повільно обертаючи мікрометричний гвинт, опускати вниз тубус мікроскопа до одержання чіткого зображення нижньої мітки, визначаючи при цьому кількість повних обертів і долей оберту за лімбом мікрометричного гвинта. Записати відлік в таблицю 1.
6. Обчислити позірну товщину пластинки. УВАГА! Лімб мікрометричного гвинта мікроскопа має 50 поділок. Ціна однієї поділки дорівнює 0,002 мм. Повному оберту мікрометричного гвинта відповідає 0,002 мм ×50=0,1 мм переміщення тубуса.
7. Повторити визначення позірної відстані тричі для різних пластинок.
8. Виміряти дійсну товщину пластинок за допомогою мікрометра.
9. За формулою (4) визначити абсолютний показник заломлення скла, взявши до уваги, що =1,00029.
10. Результати вимірювань і обчислень за п.п. 6–9 записати в таблицю 2.
11. Розрахувати похибки вимірювань.

Таблиця 1

Таблиця 2

№ скляної пластини	№ з/п
сер.
сер.
сер.

Примітка. Якщо крок мікрометричного гвинта невідомий, то його визначають експериментально. Для цього на предметний столик мікроскопа кладуть одна на одну дві плоскопаралельні скляні пластинки. Опускають тубус мікроскопа до дотику об’єктива з верхньою пластинкою (дуже обережно!). Отримують відлік за шкалою і лімбом мікрогвинта. Далі обережно виймають верхню пластинку і, обертаючи мікрогвинт, рахують кількість повних обертів мікрогвинта і долей оберту за лімбом до контакту об’єктива з нижньою пластинкою (дуже обережно!). Записують товщину верхньої пластинки в обертах та долях обертів мікрометричного гвинта. Після цього вимірюють товщину верхньої пластинки мікрометром. З цих даних знаходять крок гвинта і ціну поділки лімба.

Контрольні запитання

1. Сформулюйте закони геометричної оптики.
2. Який фізичний зміст має абсолютний показник заломлення середовища?
3. Який фізичний зміст відносного показника заломлення?
4. Що таке позірна товщина скляної пластинки?
5. Дайте пояснення, що таке збільшення мікроскопа?
6. Схематично намалюйте і поясніть хід променів в мікроскопі.