Розділ 2. Геометрична оптика

Лабораторна робота № 21. Визначення показника заломлення скла за допомогою мікроскопа

Мета роботи – вивчити метод визначення показника заломлення скла за допомогою мікроскопа; розрахувати поздовжнє та поперечне зміщення променя у плоско-паралельній пластині.

 

Вказівки до виконання лабораторної роботи

Для виконання лабораторної роботи необхідно вивчити такий теоретичний матеріал: закони геометричної оптики.

[1, т.3, §§ 2.1, 2.2; 2, §§ 165; 3, розд. 8, §§ 2; 4. т.2, §§ 115; 5, § 92]

 

Метод заснований на уявному зменшенні товщини прозорої пластини у напрямку розповсюдження променя, який “майже нормально” (близько до нормалі) падає на поверхню. В досліді використовується плоско-паралельна пластина з оптично прозорого матеріалу. Хід променів показано на рисунку 21.1.

Якщо дивитись на пластинку зверху в мікроскоп, промінь І, який виходить в напрямку O D, та промінь ІІ, який йде в напрямку АC при малому куті i, потрапляють в око спостерігача.

В мікроскоп буде видно точку A в положенні A^/ на перетині зворотного напрямку O D та AC.

Зображення точки A (A^/) – уявне, а товщина пластини визначається положенням точки A^/, яке буде здаватись меншим за дійсне.

Для параксіальних променів таких, як промінь І, кут падіння та заломлення малі. В цьому випадку синуси можна замінити на тангенси та, за законом заломлення світла, записати:

.

Але з рисунку 21.1:

та .

Тоді:

. (21.1)

Тобто, показник заломлення скла можна знайти, як відношення дійсної товщини скляної пластини d до її уявної товщини h. Дійсна товщина пластини вимірюється мікрометром, а уявна – за допомогою мікроскопа.

Поздовжні зміщення променів S, які потрапляють на плоско-паралельну пластину (малі кути падіння), визначаються

. (21.2)

Якщо відоме h, повздовжнє зміщення:

.

Поперечне зміщення променя для малих кутів падіння:

. (21.3)

Прилади: мікроскоп, мікрометр, скляна пластина з взаємно перпендикулярними штрихами на обох паралельних поверхнях.

Хід роботи

1. Мікрометром виміряти дійсну товщину скляної пластини.

2. Визначити уявну товщину пластини h, для чого розмістити її під об’єктивом мікроскопа так, щоб обидва штрихи були в полі зору приладу. Після цього змістити тубус мікроскопа та отримати чітке зображення штриха на нижній поверхні пластини. Визначити його як нульовий. Підняти тубус мікроскопа до отримання чіткого зображення штриха на верхній поверхні пластини. Цей відлік дає уявну товщину пластини.

3. Визначити показник (коефіцієнт) заломлення скла n _ск за формулою (21.1).

4. Розрахувати поздовжнє зміщення променя в пластині S за формулою (21.2).

5. Користуючись вказівкою викладача щодо кута падіння, розрахувати поперечне зміщення променя L за формулою (21.3).

 

Контрольні запитання

1. Сформулювати закони геометричної оптики.

2. Побудувати та пояснити хід променя крізь плоско-паралельну пластину.

3. Пояснити особливість визначення показника заломлення середовища за допомогою мікроскопа.

4. Дати визначення поздовжнього та поперечного зміщення променя у плоско-паралельній пластині.