ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ. 1. Что такое показатель преломления вещества?

“ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРОВ Аббе и РЛ”.

1. Что такое показатель преломления вещества? Какой физический смысл имеет эта величина? Закон Максвелла.

2. Уметь формулировать и пояснять с помощью рисунка закон отражения света.

3. Уметь формулировать и пояснять с помощью рисунка закон преломления света. При каких переходах света преломленный луч “приближается” к нормали, при каких “отходит” от неё. В каких случаях луч света при переходе не меняет своего направления?

4. Когда наблюдается явление полного внутреннего отражения? В чём оно заключается? Уметь показать это с помощью многолучевого рисунка. Уметь вычислять угол полного внутреннего отражения

5. В чем смысл явления обратного явлению полного внутреннего отражения? Уметь показать это на рисунке.

6. Уметь разобраться в ряде типичных случаев, где используется явление полного внутреннего отражения и ему обратное: под каким углом ныряльщик, глядя из воды, видит заходящее солнце; каков угловой размер небесного свода, если глядеть на небосвод из воды.

7. Знать показатели преломления наиболее употребительных в оптике веществ: воздуха, воды, стекол, сероуглерода.

8. Уметь четко объяснять устройство и принцип действие рефрактометров с помощью рис. 1. Какую роль играет матовое стекло?

9. Четко знать содержание работы и получение на опыте закономерности, результаты.

10. Уметь анализировать следующую ситуацию: исследуемую жидкость заменили другой, оптически более “плотной”. В какую сторону необходимо повернуть зрительную трубу для производства отсчета.

 

Кафедра физики

Лабораторная работа № 2

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРОВ

Аббе и РЛ

 

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРОВ Аббе и РЛ.

ПЛАН РАБОТЫ

1. Изучить устройство и принцип действия рефрактометра Аббе.

2. Измерить показатели преломления для жидкостей неизвестной концентрации. Построить график зависимости показателя преломления от концентрации растворов.

3. Измерить показатели преломления для неизвестных жидкостей. Определить концентрации неизвестных жидкостей.

4. Изучить устройство и действие рефрактометра РЛ.

5. Определить показатели преломления и концентрацию для всех жидкостей.

6. Сравнить данные, полученные обоими рефрактометрами.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Рефрактометрами называются приборы, служащие для определения показателя преломления. Пусть на матовое стекло MN (рис. 1) падает пучок света. Тогда нижняя поверхность матового стекла является источником световых лучей всевозможных направлений. Между матовым стеклом и призмой с показателем преломления п₂ помещается исследуемая жидкость с показателем преломления п₂ Рассмотрим луч МО, падающий под углом i к нормали поверхности призмы.

; (1);

 

Для треугольника ВОС внешний угол BCD=r+r’=a.

Тогда: Sin(i)’ = n₂Sin(a - r) = n₂Sin(a)Cos(r) – n₂Sin(r)Cos(a) (2).

Из уравнения (1): Sin(r) = n₁/n₂×Sin(i)

Подставляя в уравнение (2), получим: (3).

Из рис. 1 видно, что при таком способе освещения жидкости нельзя получать лучи, скользящие по входной грани измерительной призмы. Если слой жидкости тонок, то наблюдаемый в такой системе граничный луч в требуемых пределах точности будет скользить вдоль грани призмы i = 90°. В этом случае:

(4).

Покажем, что при любых других углах падения i < 90⁰ световые лучи выходят из призмы под углами i ’ большими, чем i ’₀.

Действительно,

-n₁Cos(a) < -n₁Cos(a)Sin(a); Складывая эти два неравенства, получим:

Тогда на основании формул (3) и (2) получим:

Sin(i₀)’<Sin(i)’ и i’₀<i’ т.е. угол i’₀ является минимальным.

Пусть на рис. 1 угол i’₀=i’ является предельным. Рассматривая совокупность падающих лучей, можно заключить, что из призмы выходят параллельные пучки лучей под углами, большими i₀. Пусть оптическая ось зрительной трубы, наведенной на бесконечность, совпадает с направлением предельного луча. Тогда все лучи, параллельные предельному, дадут изображение в фокальной плоскости на оптической оси трубы. Параллельные лучи, идущие под углами, большими предельного, дадут изображение правее (Изображение перевернуто). Таким образом, правая половина поля зрения будет светлой. Так как параллельные лучи, идущие под углами, меньшими предельного, отсутствуют, то левая половина поля зрения будет темной. Из формулы (4) следует, что предельный угол i’₀ зависит только от показателя преломления исследуемой жидкости п₁ т.к. величины п₂ и a являются постоянными. Зная n₂, a и i’₀, по формуле (4) можно рассчитать п. На практике формула (4) используется для градуировки шкал рефрактометра или составления расчетных таблиц.

B основе действия рефрактометра лежит явление, обратное явлению полного внутреннего отражения.