Физика (стр. 23 )

Известно, что световые лучи, проходя через границу двух сред, преломляются. Если лучи идут из более плотной среды в менее плотную, то угол преломления всегда больше угла падения .

При постоянном увеличении углов падения соответствующие углы преломления будут увеличиваться и при некотором значении угла угол преломления (рис. 1).

Рис. 1

Угол падения , для которого угол преломления равен прямому, называется предельным углом полного внутреннего отражения. Если на границу сред упадет луч под углом, большим предельного, то он полностью отразится в первую среду.

Согласно закону преломления, если , то , где − показатель преломления второй среды (менее плотной) относительно первой (более плотной), например, показатель преломления воды относительно стекла. Повернем лучи (заставим их идти из жидкости в стекло). Картина останется та же. Это следует из принципа обратимости световых лучей. Только лучи падающие и преломленные поменяются местами. То же самое и с углами: углы станут углами падения, а углы – углами преломления.

Основной частью рефрактометра являются две призмы АВС и А*В*С* (рис. 2), изготовленные из стекла сорта флинтгласа с большим показателем преломления (n = 1.72). Между этими призмами вводят три капли исследуемой жидкости, которая расплывается в слой толщиной 0.02 мм при опускании верхней призмы на нижнюю.

Рис. 2

Пучок света от осветителя, пройдя через грань А*С* осветительной призмы А*В*С* падает на грань А*В*, соприкасающуюся с жидкостью. Так как эта грань А*В* матовая, она рассеивает свет в жидкости по всем направлениям и часть лучей падает на грань АВ измерительной призмы АВС под различными углами. Очевидно, что наибольший возможный угол падения лучей 1, 2, 3, падающих на грань АВ, равен . Следовательно луча с большим углом падения быть не может. Этот скользящий по границе АВ луч (луч 3 на рис. 2) с углом падения 90° (идущий из исследуемой жидкости с меньшим показателем преломления в среду с большим показателем преломления – призму) преломляется в призме АВС (как это следует из принципа обратимости светового луча) под предельным углом полного внутреннего отражения. Все остальные лучи, например, 2-й и 1-й, падающие на грань АВ под углом, меньшим 90°, преломляются в призме под углами, меньшими предельного.

В поле зрения трубы Т, поставленной на пути лучей, прошедших систему из двух призм, наблюдаются две области: одна светлая (нижняя половина), другая темная. Положение границы светотени определяется величиной предельного угла , т. е. зависит от показателя преломления жидкости n.

Выполнение работы

1. Ознакомьтесь с описанием рефрактометра.

2. Откройте верхнюю камеру и промойте дистиллированной водой поверхности измерительной и осветительной призм и насухо вытрите.

3. Пипеткой нанесите на плоскость измерительной призмы одну-две капли дистиллированной воды и закройте верхнюю камеру.

4. Смещая осветитель, луч света направьте в окно верхней камеры.

5. Перемещением рукоятки с окуляром (внутри прибора вместе с рукояткой перемещается механизм наведения) вдоль шкалы вверх и вниз введите в поле зрения границу светотени.

6. Вращением рукоятки дисперсионного компенсатора устраните окрашенность границы светотени.

7. Границу светотени подведите к центру перекрестья, перемещая рукоятку. Если при совмещении границы светотени с центром она прошла отметку шкалы , нуль-пункт установлен правильно. Цена наименьшего деления шкалы 0.001, четвертый знак после запятой оценивается на глаз. Если рефрактометр исправен и установлен правильно, то для дистиллированной воды должно получиться значение (при температуре 20°С).

8. Определите показатели преломления растворов NaCl четырех концентраций .

9. По результатам измерений постройте график зависимости показателя преломления раствора от концентрации .

10. Аналогично измерьте показатель преломления раствора NaCl неизвестной концентрации Х1%, Х2%. Пользуясь графиком , определите их концентрации.

Контрольные вопросы и задания

1. В чем состоит физическое явление, называемое дисперсией света?

2. Почему вещества разной природы обладают различной дисперсией?

3. Объясните полученные зависимости показателя преломления света от концентрации раствора.

Рекомендуемая литература [23–25].

Работа № 2. Ознакомление с устройством
и принципом действия микроскопа

Цели: 1) ознакомиться с устройством и принципом действия микроскопа; 2) определить его увеличение, цену деления окулярной шкалы, постоянную дифракционную решетку, толщину прозрачной пластинки.

Оборудование: микроскоп, рисовальный аппарат, объект-микрометр, столик, дифракционная решетка, прозрачная пластинка.

При подготовке к лабораторной работе выполните следующие задания:

1. Познакомьтесь с конструкцией микроскопа. Постройте и объясните

ход лучей в нем.

2. Нарисуйте и объясните оптическую схему рисовального аппарата. В каких областях науки используется этот прибор?

3. Ответьте на вопросы: что называется разрешающей силой микроскопа? как влияет на разрешающую силу микроскопа длина волны и показатель преломления среды, в которой расположен предмет?

Световые микроскопы широко применяются в науке, промышленности, медицине. Основное их назначение – давать увеличенное (от 01.01.01 раз) изображение мелких предметов.

Микроскоп состоит из трех основных частей: объектива, окуляра и осветительной системы, образованной зеркалом и многолинзовым конденсором.

Предмет АВ (рис. 1) устанавливают немного дальше переднего фокуса объектива L1. Объектив дает увеличенное, перевернутое, действительное изображение А1В1, которое рассматривают через окуляр как через лупу. Это изображение А1В1 располагается немного ближе переднего фокуса окуляра и служит предметом для окуляра. Изображение А2В2, получаемое с помощью окуляра, является мнимым, перевернутым, увеличенным и находится от нормального глаза на расстоянии наилучшего зрения D = 25 см.

Рис. 1

Увеличение микроскопа определяется произведением увеличения объектива на увеличение окуляра и равно

,

где − расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра.

Выполнение работы

1. По техническим описаниям ознакомьтесь с устройством и действием микроскопа, рисовального аппарата и окулярного винтового микрометра.

2. Определите увеличение микроскопа. Увеличение микроскопа определяется с помощью рисовального аппарата. На предметный столик микроскопа поместите специальную с ценой деления Zоб = 0.01 мм эталонную линейку, называемую объект-микрометром. Осветите ее слева и несколько сверху и наблюдая в окуляр, добейтесь четкого изображения шкалы объект-микрометра.

Под окно рисовального аппарата подложите лист бумаги и карандаш: одновременно должны быть видны шкала объект-микрометра, бумага и карандаш. На бумаге карандашом отметьте крайние штрихи n делений шкалы объект-микрометра. Измерьте расстояние между штрихами S. Зная цену деления шкалы объект-микрометра, вычислите увеличение микроскопа по формуле

.

Опыт повторите для различного числа делений (не менее 3 раз). По полученным экспериментальным результатам вычислите среднее значение увеличения микроскопа. Сравните полученный результат с теоретическим значением увеличения.

3. Определите цену деления окулярной шкалы.

На тубус микроскопа наденьте окулярный винтовой микрометр и через него наблюдайте шкалу объект-микрометра. По окулярной шкале отсчитайте интервал делений nок, совпавший по длине с выбранным интервалом делений шкалы объект-микрометра njоб. На основании соотношения вычисляют цену деления окулярной шкалы .

4. Определите постоянной дифракционной решетки.