Лабораторная работа № 15. Определение показателя преломления стекла.

Цель работы: определить показатель преломления стекла.

Теория. При переходе света из одной среды в другую происходит преломление лучей, изменяется направление распространения света. Это явление объясняется тем, что в различных средах скорость света различна.

Снеллиусом экспериментально для преломления света было установлено:

1. Падающий и преломленный лучи и нормаль к границе раздела лежат в одной плоскости;

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скоростей распространения света в этих средах:

, (1)

Здесь V и V - скорость распространения света в средах, характеризуемых соответственно показателями преломления n₁ и n₂. Это соотношение можно переписать в виде:

, (2)

где: относительный показатель преломления второй среды (по отношению с первой).

Соотношение (2) называется законом преломления света. Он показывает: во сколько раз скорость света в первой среде больше или меньше скорости света во второй.

Если первой средой является вакуум, то , где - абсолютный показатель преломления. Показатель преломления показывает, во сколько раз скорость распространения света в вакууме больше, чем в данной среде.

Зная показатели преломления двух сред, по формуле (2) можно найти их относительный показатель преломления. При сравнении двух сред, среду, обладающую большим показателем преломления, называют оптически плотной. Законы преломления света справедливы для однородных и изотропных сред.

Приборы и принадлежности: стеклянная пластинка в форме параллелепипеда, лист картона, чистый лист бумаги, иглы швейные четыре штуки, линейка измерительная, угольник.

Порядок выполнения работы:

1. Построение рисунка 1.1. в протоколе лабораторной работы; для этого нужно:

1.1. Положить лист протокола на картон.

1.2. Проведите на бумаге прямую линию MN.

1.3. Положите на бумагу стеклянную пластинку плашмя так, чтобы длинной гранью она соприкасалась с линией MN.

1.4. Воткните в точке В вертикально расположенную иголку вплотную к грани пластинки.

1.5. Воткните подальше от пластинки в точке А вторую иголку (см. рис.1.1).

Рисунок 1.1

1.6. Глядя сквозь противоположную грань пластинки на иголки в точках А и В, воткните в плотную к пластинке третью иглу в точке С на линии М₁N₁, совпадающей с нижней гранью пластины, так, чтобы она закрыла собой изображение иголок в точках А и В.

1.7. Четвёртую иглу воткнуть в точке D так, чтобы она закрыла собой изображение иголок в точках С, B и А.

1.8. Уберите пластинку с бумаги и проведите лучи ВА, ВС и СD через иголочные проколы. Луч АВ будет падающим лучом, луч ВС - преломленным лучом. Все построения выполняйте аккуратно с помощью карандаша и линейки.

1.9. Восстановите к линии MN перпендикуляр в точке В (прямая L₁L₂) .Угол падения , угол преломления .

1.10.Отложите от точки В на лучах ВА и ВС равные произвольные отрезки BK₁, BK₂. Опустите из точек К₁К₂ на прямую L₁L₂ перпендикуляры K₁L₁, K₂L₂.

2. Определить показатель преломления стекла. Для этого нужно:

2.1. Согласно закону преломления, который выражен формулой

, чтобы определить показатель преломления, нам нужно знать синус угла падения и синус угла преломления.

2.2. Выразим синусы этих углов из прямоугольных треугольников , .

П олучим:

(2.2)

(2.3)

2.3.Подставим значения (2.2) в формулу (2.3) и получим: .

2.4.Т.к. BK₁ = BK₂ по построению, то они сокращаются, и получим рабочую формулу для определения показателя преломления: , (2.4) .

3. Подставим значения К₁L₁ и К₂L₂ из рисунка протокола в формулу (2.4.) и найдём показатель преломления стекла.

4. Повторить опыт два раза, каждый раз изменяя угол падения луча, перекалывая иголку из точки А в другие точки на листе бумаги, используя для работ пункты 1 – 3.

5 . Найти среднее значение показателя преломления стекла, используя значения трёх опытов:

6. Определить относительную погрешность измерения : ,

где n_таб. – табличное значение показателя преломления органического стекла (плексигласа) n_таб.=1,50.

7. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу 7.1.

Таблица 7.1

Номер опыта	BK1, мм	ВК2, мм	K1L1, мм	K2L2, мм	n	nср.	, %
1
2
3

8. Сделать вывод о проделанной работе.

9. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Что показывает коэффициент преломления света?

2. В каких случаях свет на границе раздела двух сред не преломляется?

3. Как изменяется длина и частота световой волны при переходе из менее плотной среды в более плотную среду?

4. В чем различие абсолютного и относительного коэффициентов преломления?

5. Как изменяется длина и частота световой волны при переходе из более плотной среды в менее плотную среду?