Работа 1. Определение показателя преломления и концентрации вещества в растворах с помощью рефрактометра.

О Г Л А В Л Е Н И Е

Работа 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВА В РАСТВОРАХ С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРА. 4

Работа 2. ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЛАМПы НАКАЛИВАНИЯ. 12

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ К РАБОТАМ 3 И 4. 18

Работа 3. ПРОВЕРКА ЗАКОНА МАЛЮСА. 23

Работа 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА САХАРА С ПОМОЩЬЮ САХАРИМЕТРА 26

Работа 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ

С ПОМОЩЬЮ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ.. 31

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ К РАБОТАМ 5 И 6. 38

Работа 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ СТЕФАНА – БОЛЬЦМАНА. 40

Работа 7. КАЧЕСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНА КИРХГОФА.45

Работа 8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ РИДБЕРГА С ПОМОЩЬЮ УНИВЕРСАЛЬНОГО МОНОХРОМАТОРА………….47

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ К РАБОТАМ 9,10 И 11. 56

Работа 9. ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА……………………………………………………….59

Работа 10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ работы выхода электрона..62

Работа 11. ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ВНутенНЕГО ФОТОЭФФЕКТА…………………………………………………………65

Работа 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И КОНЦЕНТРАЦИИ ВЕЩЕСТВА В РАСТВОРАХ С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРА.

Цель работы: Изучение принципа работы рефрактометра. Исследование зависимости показателя преломления раствора от концентрации.

Теоретическое введение:

При переходе света через границу раздела двух сред, изменяется скорость распространения света и, соответственно, его направление. Это явление называется преломлением или рефракцией света.

Абсолютный показатель преломления среды n_i показывает, во сколько раз скорость света v в данной среде меньше по сравнению с его скоростью c в вакууме:

Относительный показатель преломления сред равен отношению скорости света в первой среде к его скорости во второй среде:

При переходе света из среды оптически менее плотной (с меньшим показателем преломления) в среду более плотную (с большим показателем преломления) угол падения луча больше угла его преломления ( , рис.1.1 а.)

Если луч падает на границу под наибольшим возможным углом ( ), т.е. луч скользит вдоль границы раздела сред, то он преломляется под углом . этот угол называется предельным углом преломления.

 

Из закона преломления света следует:

Следовательно,

При переходе света из среды оптически более плотной в среду менее плотную (n₁>n₂), угол преломления луча будет больше угла падения ( ). При увеличении угла падения некоторому углу будет соответствовать угол преломления , т.е. луч будет скользить вдоль границы двух сред (рис.1.1.б, лучи 2 и 2^/). При дальнейшем увеличении угла преломления не происходит, т.е. весь свет отражается от границы раздела сред.

Угол называется предельным углом полного отражения:

 

 

	рис.1.1.б

 

т.е.

Очевидно, что лучи 2 и 2^/ в обоих случаях взаимообратные.

Таким образом, предельные углы и , зависящие от показателя преломления граничащих сред, можно использовать для измерения показателя преломления вещества. Это нашло применение в приборах рефрактометрах.

Рефрактометры используются для определения чистоты воды, концентрации вещества в растворе, показателя преломления раствора, для идентификации различных веществ и т.п.

Описание установки

Основной частью рефрактометра являются две прямоугольные призмы 1 и 2, сделанные из одного и того же сорта стекла (рис.1.2.а). Призмы обращены друг к другу гранями – гипотенузами, между которыми в зазор шириной около 0,1мм помещают каплю исследуемой жидкости. Луч света от источника 3 направляется на боковую грань верхней (осветительной) призмы и, преломившись, попадает на грань AB.

Рис. 1.2.а

Поверхность AB матовая, поэтому свет, рассеиваясь от нее, проходит через жидкость и попадает на грань CD второй измерительной призмы под различными углами от 0 до 90⁰. Если показатель преломления жидкости меньше показателя преломления стекла, то лучи света выходят из призмы 2 в пределах от 0 до . Пространство внутри этого угла освещено, а вне его – темное.

Рис. 1.2.б

В результате поле зрения, видимое в зрительную трубу, разделено на две части: темную и светлую. Положение границы раздела света и тени определяется предельным углом преломления, который зависит от показателя преломления жидкости (он же является предельным углом полного отражения для данной призмы). Если исследуемая жидкость имеет большой показатель поглощения (мутная, окрашенная), то во избежание потерь световой энергии в жидкости измерения проводят в отраженном свете (рис.1.2.б).

Луч света от источника проходит через матовую грань CN призмы 2, рассеиваясь, попадает на грань CD под углами от 0 до 90⁰. Если показатель преломления жидкости меньше показателя преломления стекла, то лучи, падающие под углами, большими будут испытывать полное отражение и выходить через грань ND в зрительную трубу. Так же как и в первом случае, поле зрения трубы будет разделено на две половины- светлую и темную. Положение границы их раздела определяется предельным углом полного отражения, т.е. показателем преломления жидкости.

Рефрактометры существуют разных типов. В данной работе используется рефрактометр РПЛ-3, измерения проводятся в проходящем свете. С помощью этого прибора исследуются жидкости (растворы) с показателем преломления, меньшим показателя преломления стекла призм данного прибора.

Числовое значение показателя преломления снимается непосредственно по шкале, предварительно проградуированной. Кроме шкалы показателя преломления исследуемой жидкости, данный прибор имеет шкалу значений концентрации сахарных растворов С, которая взаимосвязана с показателем преломления раствора.

В общей фокальной плоскости объектива и окуляра зрительной трубы помещена стеклянная пластина, на которой нанесена визирная штрих-линия (3 штриха). Оптическая система рефрактометра содержит поворотную призму, с помощью которой добиваются совпадения визирной линии с границей света-тени и по шкалам определяют показатель преломления и концентрацию исследуемого раствора.

Порядок выполнения работы

1. Подготовка прибора к работе:

• расположите источник света так, чтобы лучи были направлены через окно на осветительную призму;
• откиньте верхнюю призму рефрактометра и пипеткой нанесите на нижнюю призму 2-3 капли дистиллированной воды; опустите верхнюю призму;
• фокусируя окуляр, получите по возможности резкое изображение поля зрения границы раздела свет-тень, визирных штрихов и шкал (рис.1.3);

Рис.1.3

• совместите визирные штрихи с границей раздела свет-тень. При правильной настройке рефрактометра показания шкалы концентрации должны соответствовать С=0% и показания шкалы показателя преломления дистиллированной воды n=1,33(при 20⁰C)

1. Исследования зависимости показателя преломления сахарного раствора от различной концентрации С:

· протрите насухо соприкасающиеся поверхности призм;

· нанесите на нижнюю призму 2-3 капли исследуемого сахарного раствора №1 и, совмещая визирные штрихи с новым положением границы раздела свет-тень, определите по соответствующим шкалам С и n данного раствора;

· промойте дистиллированной водой поверхности призм;

· повторите первые действия пункта 2 с сахарными растворами №2,3,4,5. Для каждого раствора измерения n и С производите три раза (или более) и найдите средние значения показателя преломления и концентрации сахарного раствора;

· результаты измерений занесите в таблицу.

Таблица 1.1

№ п/п

Дистиллированная вода

Раствор сахара №1

Раствор сахара №2

Раствор сахара №3

Раствор сахара №4

Раствор сахара №5

n

С,%

n

С,%

n

С,%

n

С,%

n

С,%

n

С,%

Средние значения

1. Постройте график зависимости n=f(C).
2. Измерьте показатель преломления n₆ раствора №6. определите по графику концентрацию этого раствора и сравните расчетное значение с показаниями шкалы концентрации.
3. Найдите по графику погрешность ΔC=|C_гр-С_шк|.

Контрольные вопросы

1. Какой физический смысл имеют абсолютный и относительный показатели преломления?
2. Как взаимосвязаны абсолютный и относительный показатели преломления?
3. Сформулируйте закон преломления.
4. Объясните смысл предельного угла преломления.
5. Объясните явление полного отражения.
6. Объясните смысл предельного угла полного отражения.
7. Почему в зрительной трубе наблюдается граница раздела свет-тень?
8. В чем суть метода определения показателя преломления и концентрации исследуемого раствора?
9. Для чего промываются и протираются поверхности призм перед каждым измерением?
10. Объясните построенный в ходе работы график