Сведения из теории. Федеральное агентство по образованию

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Пермский государственный технический университет

Лысьвенский филиал

Кафедра естественнонаучных дисциплин

ОПТИКА

Методические указания по выполнению лабораторных работ

Для всех специальностей и направлений обучения

Лысьва – 2006г.

Составил: А.Н.Селиванов. Методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу «Физика.Оптика», 51 с.

Утверждено на заседании кафедры ЕН

«» 2006г.

Зав. кафедры ЕН доцент А.В. Волков

Практикум включает в себя 9 лабораторных работ. В начале каждой работы даны краткие теоретические сведения, а в конце – вопросы для самоконтроля. Приведен порядок выполнения работ.

Практикум предназначен для студентов очной, очно-заочной и заочной форм обучения. Студенты всех форм обучения выполняют лабораторные работы в пределах учебной нагрузки.

Лысьвенский филиал

Пермский государственный

технический университет,

СОДЕРЖАНИЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Определение показателя преломления твердых тел
с помощью микроскопа. 4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
Фокусные расстояния и увеличения линз. 11

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
Бипризма Френеля. 18

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4
Отражение сферической волны от пластины.. 24

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
Измерение толщины волоса. 26

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6
Измерение малых деформаций. 31

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
Поляризатор и анализатор. 37

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8
Показатель преломления воздуха. 43

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 9
Основы фотометрии. 45

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1 Определение показателя преломления твердых тел с помощью микроскопа

Цель работы: ознакомиться с методом измерения показателя преломления с помощью микроскопа.

Приборы и принадлежности: микроскоп, штангенциркуль, пластинки из обычного стекла и оргстекла.

Сведения из теории

Плоская световая волна на границе двух однородных изотропных прозрачных диэлектриков частично отражается, частично, преломляясь, проходит во вторую среду (рис.1.1, где АВ - падающий луч, ВС – отраженный луч, BD - преломленный луч, MN - нормаль к границе раздела двух cред).

Законы отражения:

1. Отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной из точки падения.

2. Угол отражения равен углу падения: a^’= a.

Законы преломления:

1. Преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной из точки падения.

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная (не зависит от угла падения) для двух данных сред:

.

Величина n ₂₁ называется относительным показателем преломления (второй среды по отношению к первой). Если роль среды 1 выполняет вакуум, то не говорят о «показателе преломления среды» 2 по отношению к вакууму, а соответствующую величину называют абсолютным показателем преломления среды 2 (например, показатель преломления воды, стекла и т.д.) и обозначают буквой n. Показатель преломления вакуума принимают равным 1. Для любой другой среды он больше 1. Среда, имеющая больший показатель преломления, называется оптически более плотной. Световые лучи обладают свойством обратимости: если направить луч из среды 2 под углом b, то, преломившись в среде 1, он пойдет под углом a к перпендикуляру к границесред. Следовательно, отношение

,

есть показатель преломления первой среды по отношению ко второй. Отсюда видно, что n ₁₂=1 / n ₂₁.

Показатели преломления сред связаны со скоростями распространения света в этих средах. Так, , n ₁ и n ₂ - скорости распространения света соответственно в средах 1 и 2. Очевидно, что абсолютный показатель преломления среды , где с - скорость распространения света в вакууме, a v - скорость распространения света в данной среде. Отсюда следует, что если n ₁ и n ₂ - абсолютные показатели преломления среды соответственно для сред 1 и 2, то . Последнее позволяет записать: или .

Если n ₁ > n ₂, т.е. если свет идет из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду, то угол преломления b будет больше угла падения a (рис. 1.2). При увеличении угла a, естественно, растет и угол b, следовательно, существует такой угол падения a_пред, при котором b = 90° (преломленный луч скользит по границе раздела двух сред). Этот угол падения называется предельным и определяется из условия

.

При углах a > a_пред свет полностью отражается от второй среды. Такое явление называется полным внутренним отражением. Оно широко используется в оптике в так называемых поворотных (рис. 1.3 а) и б)) и оборотных (рис. 1.3 в)) призмах, которые изготовляются из стекла с большим показателем преломления, например, из тяжелого флинта. Флинт имеет показатель преломления n = 1,6 ¸ 1,8, и предельный угол для этого сорта стекла составляет 30¸35°, который оказывается, как видно, сравнимо меньше 45°. Такие призмы используются, например, в биноклях и зрительных трубах с большой кратностью увеличения (~ 7 ¸ 10 и более раз). В биноклях стоит две призмы с углом поворота 180°, благодаря которым, изображение переворачивается и, с другой стороны, их наличие позволяет сильно сократить расстояние между объективом и окуляром бинокля (20¸30 см вместо 60¸80 см).