Определение показателя преломления твердых тел с помощью микроскопа

Определение показателя преломления твердых тел с помощью микроскопа

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Лысьвенский филиал

ОТЧЕТ

по лабораторной работе

Дисциплина: «Физика»

Тема: «Определение показателя преломления твёрдых тел с помощью микроскопа»

Выполнили: Хаев Ю.В., Викторова А.М.

Руководитель: доцент  Попцов А.Н.

Лысьва, 2012 г.

Цель работы: ознакомиться с методом измерения показателя преломления с помощью микроскопа.

Приборы и принадлежности: микроскоп, штангенциркуль, пластинки из обычного стекла и оргстекла.

Выполнение работы.

Измеряем штангенциркулем толщину одной из пластинок в разных местах 10 раз. Результаты измерений занести в таблицу 1.1.

Расположим на предметном столике микроскопа эту же пластинку с нанесёнными на неё метками. С помощью винта грубой настройки, находящегося сзади, поочерёдно получаем резкое изображение каждой метки. Убедимся, таким образом, что обе метки попадают в поле зрения.

Измеряем 10 раз расстояние х. Для этого винтами плавной настройки, находящимися по бокам, сначала добиваемся резкого изображения верхней метки. Затем выступом у штангенциркуля сверху замеряем расстояние а. Таким же образом добившись резкого изображения нижней метки, так же измеряем расстояние b. Определяем х по формуле:

.

Результаты этих измерений заносим в таблицу 1.1.

По вычисленным средним значениям <d> и <n> рассчитываем показатель преломления вещества по формуле:

<n> = <d>/<x>.

Показатель преломления для оргстекла:

<n> =  = 1,76

Показатель преломления для обычного стекла:

 = 1,79

Описанным выше способом определяем показатель преломления для пластинки из обычного стекла. Результаты заносим в таблицу 1.1.

Вычисляем погрешность измерений Dn для обеих пластинок. Для этого:

а) определяем погрешность отдельных измерений Dd, их квадраты, сумму квадратов (см. таблицу 1.1) и квадрат средней квадратичной погрешности:

;

где N - число измерений.

Погрешность измерения:

;

б) задавшись надёжностью (a=0.95) рассчитываем полуширину доверительного интервала для d:

;

где k = ta,¥ - коэффициент Стьюдента при .

d - погрешность прибора.

D- цена деления прибора.

В данной работе d = D.

Полуширина доверительного интервала d для оргстекла:

∆d =  = 0,11

Полуширина доверительного интервала d для стекла:

∆d =  = 0,10

в) по результатам расчётов в пунктах а) и б) определяем при такой же надёжности полуширину доверительного интервала  (для x).

Погрешность измерения:

Погрешность измерения x для оргстекла:

0,46

Погрешность измерения x для стекла:

0,081

Полуширина доверительного интервала x для оргстекла:

∆x =  = 1,54

Полуширина доверительного интервала x для стекла:

∆x =  = 0,65

г) по  и  вычисляем абсолютную погрешность в определении показателя преломления:

;

Абсолютная погрешность в определении показателя преломления для оргстекла:

преломление стекло погрешность микроскоп

∆n = 1,76 *  = 0,31

Абсолютная погрешность в определении показателя преломления для стекла:

∆n = 1,79 *  = 0,18

д) результаты записываем в виде n= при a = 0,95.

Показатель преломления оргстекла 1,76±0,31 при a = 0,95.

Показатель преломления стекла 1,79±0,18 при a = 0,95.

Вывод: проделав данную работу, мы научились измерять показатели преломления твердых тел с помощью микроскопа. Хотя полученные значения отличаются от табличных, с учётом погрешности они близки к ним, так что можно утверждать об эффективности данного метода определения коэффициента преломления.

Ответы на контрольные вопросы

. Законы отражения

Отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной из точки падения.

Угол отражения равен углу падения: a’= a.

Законы преломления:

Преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной из точки падения.

.

. Отношение скорости света в вакууме C к скорости света V в данной среде называется абсолютным показателем преломления этой среды.

Относительным показателем преломления n второй среды относительно первой называется отношение скоростей света n1 и n2 соответственно, в первой и второй средах.

Если n>1 (оптический показатель второй среды больше оптического показателя первой среды), то вторая среда называется оптически более плотной, чем первая среда. Для любой среды кроме вакуума, n>1.

Физический смысл. Если n1 > n2, т.е. если свет идет из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду, то угол преломления b будет больше угла падения a.

. Явление полного внутреннего отражения заключается в том, что преломленная волна отсутствует. Это возможно только тогда, когда .

Пусть , тогда , или . Но так как углы и меняются в пределах от 0 до , то . И угол всегда! Другими словами, преломленная волна всегда существует.

Пусть , тогда , или , или . Тогда при некотором значении примет значение и из (1) получим: .    

Это и есть закон полного внутреннего отражения. Он означает, что для всех углов падения , больших , свет во вторую среду не преломится, а полностью отразится.

Понятно, что при явлении полного внутреннего отражения, отраженный луч более яркий, чем в случае, когда имеет место и преломление.

. Для определения n- показателя преломления, надо измерить d - истинную толщину пластинки, и х - кажущуюся толщину. d измеряется микрометром, а х - с помощью микроскопа, тубус которого снабжен винтом. В последнем случае микроскоп надо один раз сфокусировать на метку О1 и зафиксировать расстояние а, а затем на метку О2 и зафиксировать расстояние b. Расстояние, на которое пришлось при этом приподнять (или опустить) тубус по отношению к неподвижной части микроскопа (части корпуса с неподвижным основанием), и даст значение х = ½а - b½.