Физический практикум для инженерного класса, практическая работа № 3 "Определение показателя преломления стекла с помощью микроскопа"

Практическая работа № 3

Тема: Определение показателя преломления стекла с помощью микроскопа

Цель: прочитайте теоретические сведения и ход работы, самостоятельно сформулируйте цель.

Оборудование: 1) мик­роскоп с индикатором часового типа на тубусе; 2) пластинки стеклянные разной толщины

Теоретические сведения

В основе применяемого в данной работе метода лежит явление кажущегося уменьшения толщины стеклянной пластинки при рас­сматривании сквозь нее предмета — метки на нижней поверхности стекла. Схема прохождения пучка лучей через пластинку показана на рисунке 1.

С уществует связь между дей­ствительной толщиной Н иссле­дуемой пластинки, кажущейся ее толщиной h и показателем преломления стекла п. Устано­вить эту связь можно из рас­смотрения хода пучка лучей от точки А через стеклянную пла­стинку. При этом предполагает­ся, что глаз находится на той нормали (перпендикуляре) к плоскостям пластин­ки, которая проходит через точ­ку А, и пучок лучей АВ составляет с нормалью малый угол β.

Узкий пучок лучей АВ после преломления на границе двух сред выходит из пластинки в воздух и составляет с нормалью к ее по­верхности угол α. Этот угол связан с углом β через показатель пре­ломления п так:

Наблюдателю кажется, что рассматриваемый пучок лучей исхо­дит не из точки А, а из точки А₁, приподнятой на некоторую высо­ту АА₁. Рассматривая треугольники ABC и А₁ВС, можно написать, что ВС = Н • tg β, BC = h• tg α, или

Н • tg β,= h• tg α, откуда

Принимая во внимание, что углы α и β малы, можно отношение тангенсов заменить отношением синусов этих углов, т. е. получить выражение:

(1)

Таким образом, измерив толщину пластинки Н и кажущуюся толщину h, можно найти показатель преломления стекла относи­тельно воздуха.

Кажущуюся толщину пластинки наблюдают с помощью микро­скопа, а измерение действительной и кажущейся толщины пластин­ки выполняют в работе при помощи индикатора, прикрепленного к тубусу микроскопа (рис. 2). Пружинящая насадка — скоба 1 с муфтой 2 и индикатором показана на рисунке отдельно.

Выполнение работы

1. Измерьте толщину стек­лянной пластинки. Для этого опустите индикатор так, чтобы его наконечник касался предметного столика микроско­па, и запишите показания инди­катора. Затем приподнимите на­конечник и под него положите на столик исследуемую стеклян­ную пластинку. Запишите но­вые показания индикатора. Ра­зность показаний соответствует действительной толщине. Из­мерение повторите 5 раз и вычислите среднее значение. Результаты заносите в таблицу 1:

2. Определите кажущуюся толщину h стеклянной пластин­ки, обратив предварительно вни­мание, что на ней с двух сторон нанесены метки (штрихи). Установите пластинку на столике микрос­копа, чтобы одна из меток оказалась против объектива. Перемещая медленно тубус, добейтесь сначала четкого изображения метки, нане­сенной на нижней поверхности пластинки. Запишите показания ин­дикатора. Затем, приподнимая тубус, получите четкое изображение метки, находящейся на верхней поверхности, и вновь запишите показание индикатора. Разность показаний будет равна расстоя­нию, на которое переместили тубус микроскопа, т. е. равна кажу­щейся толщине h пластинки. Измерение повторите 3 раза и опре­делите среднее значение. Результаты заносите в таблицу.

3. Вычислите показатель преломления стекла по формуле 1.

4. Вычислите абсолютную и относительную погрешность определения n.

5. Повторите опыт с другой пластинкой. (Выполните пункты 1-4). Одинаков ли сорт стекла пластинок? (можно ответить в выводе)

6. Сделайте вывод.

Контрольные вопросы

1. В каком случае относительная погрешность измерения показателя преломления будет больше: когда пользуются толстой или тонкой пластинкой?

2. При каком условии толстой стеклянной пластинкой нельзя пользоваться в данном опыте?

3. Если определять показатель преломления отдельно красных и фиолетовых пучков лучей, то для каких лучей нужно будет боль­ше приподнимать тубус микроскопа?