Определение показателя преломления стекла при помощи микроскопа

Лабораторная работа № 21

Оборудование: микроскоп, снабженный приспособлением для установки индикатора, индикатор часового типа 0-10 мм, позволяющий производить измерения с точностью до 0,01 мм, пластинка стеклянная (предметное стекло) с меткой над одной поверхности в виде тонкого штриха или точки, пластинки из стекла разной толщины (1,5-3 мм).

Выполнение работы

Описание установки:

Микроскоп для выполнения данной работы берется обычный, например типа МУ с окулярами 7 и 15^х и объективами 8 и 40^х. Индикатор часового типа в данной установке применяется тот же, что и в других работах.

В качестве исследуемых стеклянных пластинок могут быть предметные стекла к микроскопу или другие стеклянные пластинки разной толщины (1,5-3 мм), но с одним и тем же показателем преломления. Если на предметный столик микроскопа положить стеклянную пластинку меткой (тонкий штрих или точка) к объективу и получить в микроскопе отчетливое ее изображение, а затем под объектив поместить вторую, чистую стеклянную пластинку, то для получения вновь четкого изображения метки приходиться тубус микроскопа несколько поднимать. Предмет при рассматривании его через стекло кажется как бы приподнятым на высоту подъема тубуса микроскопа.

Существует связь между толщиной исследуемой стеклянной пластинки, высотой кажущегося подъема предмета (подъема тубуса микроскопа) и показателем преломления стекла.

Для установления этой связи рассмотрим ход лучей от точки. А (рис.1) через стеклянную пластинку. При этом будем предполагать, что глаз находится на той нормали к плоскостям пластинки, которая проходит через точку. А, и луч АВ составляет с нормалью малый угол.

На границе двух сред луч АВ претерпевает преломление и по выходе из пластинки в воздух составляет с нормалью к поверхности угол, который связан с углом b через показатель преломления n, т.е.

Наблюдателю кажется, что рассматриваемый луч исходит не из точки А, а из точки А¹, приподнятой на высоту а, равную АА¹.

Рассматривая треугольники АВС и А¹ВС можно написать, что

,

,

или ,

откуда .

Но, принимая во внимание, что углы a и b малы, можно отношение тангенсов заменить отношением синусов этих углов, т.е. получить выражение:

.

Таким образом, измерив толщину пластинки d и высоту поднятия тубуса микроскопа, а можно найти показатель преломления стекла относительно воздуха.

Предварительно измеряют толщину d исследуемого стекла. Для этого устанавливают индикатор на тубусе микроскопа так, чтобы наконечник измерительного штифта касался предметного столика микроскопа и обе стрелки (малая показывает целые миллиметры, а большая – сотые доли миллиметра) были на нуле. В случае необходимости перемещают тубус микроскопа вместе с индикатором и добиваются установки на нуль малой стрелки индикатора, а затем перемещением обода индикатора подводят нуль шкалы с сотыми делениями к большой стрелке.

После этого осторожно приподнимая измерительный штифт индикатора за верхнюю часть, подкладывают на предметный столик измеряемую стеклянную пластинку и осторожно опускают штифт индикатора до соприкосновения с верхней поверхностью пластинки. Целые миллиметры отсчитывают по показаниям малой стрелки, а сотые доли - по большой. Таким приемом измеряют толщину пластинки в нескольких местах и берут среднее значение.

Затем кладут на предметный столик микроскопа пластинку с меткой и получают отчетливое изображение метки. При этом индикатор устанавливают так, чтобы малая стрелка показывала целые миллиметры, а большая находилась на нуле или на каком-либо ином делении большой шкалы. Показания индикатора записывают. Поместив на пластинку с меткой исследуемую стеклянную пластинку, поднимают тубус микроскопа, добиваются опять резкого изображения и вновь отсчитывают показания индикатора. По разности двух показаний находят величину подъема тубуса микроскопа и, пользуясь указанной выше формулой, вычисляют показатель преломления стекла.

Повторяют опыты несколько раз для стекол разной толщины и все результаты измерений и вычислений записывают в таблицу:

№ измерения	Толщина пластинки	Перемещение тубуса микроскопа, мм	Показатель преломления

Лабораторная работа № 22

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ ПРИ ПОМОЩИ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ

Оборудование: прибор для определения длины световой волны, две дифракционные решетки, подставка от подъемного лабораторного столика, лазер ЛГН-209.

Выполнение работы

Описание установки:

Основанием прибора для определе­ния длины (рис. 1.) световой волны ди­фракци­онной решеткой служит дере­вянный бру­сок размером . Вдоль бруска нане­сена шкала с делениями на санти­метры и миллиметры.

К нижней поверхности середины бру­ска при помощи шарнира с зажи­мом прикреплен стержень, который вставляют в отверстие подставки от подъемного сто­лика или сжимают в лапку штатива. Такая установка позво­ляет закреплять прибор под разными углами, располагать в лю­бом на­правлении и устанавливать на высоте, удоб­ной для наблюдения.

К переднему торцу бруска прикреплена рамка, в которую вставляется одна из дифракционных решеток, причем место рас­положения решетки совпадает с нулевым делением шкалы бру­ска.

Вдоль бруска может передвигаться ползунок, концы которого загнуты и скользят в боковых пазах. Поперек бруска к ползунку прикреплен щиток размером . В нижней части щитка нанесена миллиметровая шкала с нулевым делением посередине. Верхний край шкалы и середина дифракционной решетки находятся на одинаковой высоте от бруска. Над нулевым делением шкалы в щитке вырезано окно высотой 15 мм и шириной 1,5 мм, а под ним через нулевое деление шкалы проходит узкая прицельная прорезь. Щиток над шкалой имеет черную матовую поверхность.

На столе устанавливают лазер ЛГН-209. В рамку помещают дифракционную решетку, на брусок надевают ползунок со шкалой и устанавливают его на некотором расстоянии от решетки.

Смотря через дифракционную решетку, направляют прибор на освещенную щель лазера так, что бы она была видна сквозь узкую прицельную щель щитка, сделанную на нулевом делении шкалы. Тогда по обе стороны от окна щитка, на черном фоне непосредственного над шкалой, появляются дифракционные пятна. Если пятна наклонены по отношению к шкале, то решетку поворачивают на некоторый угол и перекос устраняют.

В таком положении прибор закрепляют с помощью имеющегося на шарнире зажима.

По шкале щитка и по делениям, нанесенным на бруске, определяют расстояние от дифракционной решетки до шкалы.

Эти данные позволяют вычислить тангенс угла, под которым рассматривают данное пятно, а затем и синус этого угла. Зная синус угла a, постоянную решетки a и порядок рассматриваемого пятна n, определяют длину световой волны по уравнению:

(1)

При работе с дифракционными решетками, имеющими 50 или 100 штрихов на 1мм, наблюдаемые углы малы, они обычно не превышают 4 градуса, поэтому можно пользоваться вместо синусов найденными значениями тангенсов без заметной погрешности в окончательных результатах.

Устанавливая ползунок со шкалой на различных, но по возможности на больших расстояниях от дифракционной решетки, делают несколько измерений, из которых выводят средние значения.

Далее необходимо, используя найденное значение длины волны лазерного излучения, определить неизвестную постоянную решетки (или число делений на 1 мм). Для этого используют, аналогично тому, как это описано выше, формулу 1. Только сейчас неизвестным параметром будет являться постоянная решетки.

Данные измерений относительно максимумов разных порядков заносят в таблицу.

Дата добавления: 2014-11-07