Савельев И. В. Курс общей физики
Скачать 63.18 Kb.
|
| Лабораторная работа 3.25 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНОГО МАТЕРИАЛА МЕТОДОМ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА БРЮСТЕРА И УГЛА НАИМЕНЬШЕГО ОТКЛОНЕНИЯ Цель работы: изучение законов отражения и преломления, а также явления поляризации света на границе раздела двух сред и ознакомление с методами измерения коэффициента преломления. Задание: измерить коэффициент преломления стеклянной призмы двумя методами: путем измерения угла Брюстера для отраженного от исследуемой поверхности светового луча и методом измерения угла наименьшего отклонения луча призмой. Подготовка к выполнению работы: изучить явление поляризации света при его отражении от границы раздела двух диэлектриков, а также ознакомиться с экспериментальной установкой и методикой измерения коэффициента преломления. Библиографический список 1. Савельев И.В. Курс общей физики. - М.: Наука, 1988, т.2,гл.19,§§ 134,135. Контрольные вопросы 1. Дать определение коэффициента преломления. От чего зависит коэффициент преломления? 2. Что такое поляризованный свет? 3. Что можно сказать о направлениях колебаний светового вектора в случае естественного света и в случае плоскополяризованного света? 4. В чем заключается закон Брюстера? Каково направление колебания светового вектора электромагнитной волны, отраженной от границы раздела двух диэлектриков при падении света под углом Брюстера? 5. Зависит ли величина угла Брюстера от длины световой волны? 6. В чем состоит суть метода определения коэффициента преломления по углу Брюстера? 7. Какова поляризация излучения, используемого в работе гелий- неонового лазера? Для какой цели применяется четвертьволновая пластинка λ/4? 8. В чем заключается автоколлимационный метод измерения углов призмы? От каких параметров зависит угол отклонения светового луча призмой? 9. Какова методика определения коэффициента преломления призмы по углу наименьшего отклонения? Как связаны между собой угол падающего и выходящего из призмы луча ? Описание аппаратуры и метода измерений В работе изучаются два метода определения коэффициентов преломления прозрачных материалов. Метод, основанный на измерении угла Брюстера, имеет наибольшее применение для определения показателя преломления приповерхностной области исследуемого материала. С помощью другого метода, основанного на измерении угла наименьшего отклонения, определяется показатель преломления объемной области исследуемого материла. Для оптически однородных материалов оба метода дают результаты, совпадающие в пределах погрешности измерений. 1. Метод определения коэффициента преломления, основанный на измерении угла Брюстера, заключается в следующем. Известно, что если угол падения света на границу раздела двух прозрачных диэлектриков отличен от нуля, то отраженный от поверхности и преломленный лучи частично поляризованы. Степень поляризации отраженного луча зависит от относительного показателя преломления n12 и от угла падения i. При угле падения, удовлетворяющем условию  отраженный луч полностью поляризован. На рис. I черные точки соответствуют колебаниям вектора электрического поля световой волны⎯E, перпендикулярно плоскости падения, черточки - колебаниям в плоскости падения.  Соотношение (1) представляет собой закон Брюстера. Угол iB называется углом Брюстера или углом полной поляризации, так как отраженный луч содержит только колебания, перпендикулярные плоскости падения. Если с помощью поляризатора падающий на границу раздела двух сред световой луч поляризовать в плоскости падения, то при угле падения, удовлетворяющему условию i=iB, отраженного луча не будет (рис.2). Таким образом, меняя угол падения плоскополяризованного луча на поверхность исследуемого материала, можно наблюдать исчезновение отраженного луча при угле падения, совпадающим с углом Брюстера. Измеренное значение угла Брюстера позволяет на основе соотношения (1) рассчитать показатель преломления исследуемого материала n2. 2. Метод определения коэффициента преломления на основе измерения угла наименьшего отклонения заключается в следующем. Рассмотрим ход лучей в призме, изготовленной из исследуемого прозрачного материала (рис.3). Обозначим через θ преломляющий угол призмы, n – её показатель преломления относительно окружающей среды.  Падающий на призму под углом i1 луч преломляется на гранях призмы и выходит наружу под углом i2.Через ϕ обозначен угол между продолжениями падающего и вышедшего из призмы лучей, который представляет собой угол отклонения исходного луча призмой. Из геометрических соотношений следует: ϕ= i1+ i2-θ. (2) Угол ϕ зависит от угла падения i1, преломляющего угла θ призмы, а также от типа исследуемого прозрачного материала и длины волны света λ. Можно показать, что угол отклонения ϕ минимален при симметричном расположении падающего на призму и вышедшего из нее лучей относительно вершины преломляющего угла, т.е. при условии i1=i2=i1min. В этом случае для угла наименьшего отклонения имеем: ϕmin=2imin-θ, (3) а коэффициент преломления определяется формулой  Таким образом, зная преломляющий угол призмы θ и, измерив угол падения i1min, соответствующий минимальному отклонению прошедшего через призму луча, можно на основе соотношения (4) рассчитать коэффициент преломления материала призмы. Схема установки приведена на рис.4. Плоскополяризованный луч гелий-неонового лазера Л проходит через четвертьволновую пластинку λ/4, поляризатор П, отверстие в экране Э1 и попадает на входную грань призмы Пр. Призма, изготовленная из исследуемого материала, установлена в центре поворотного гониометрического столика ГС, имеющего лимб отсчета углов поворота. Вращение столика осуществляется в горизонтальной плоскости, при этом призма установлена так, что ребра ее преломляющих углов параллельны оси вращения. Прошедший и отраженный от призмы лучи наблюдают с помощью экранов Э1 и Э2. Измерение углов производится с применением автоколлимационного метода. При этом сначала измеряются углы отсчета α01 и α02, соответствующие нормальному падению луча лазера на грани призмы Пр, условно обозначенные индексами 1 и 2. Для установки луча по нормали к входной грани наблюдают за отраженным от нее лучом на экране Э1 , при этом вращением столика ГС добиваются совпадения падающего и отраженного лучей. На практике достаточно, чтобы пятно отраженного от грани луча лежало на вертикальной прямой, проведенной на экране Э1 через середину отверстия. Преломляющий угол θ определяется из соотношения:  Для нахождения угла Брюстера поляризатор П устанавливают в положение, соответствующее колебаниям светового вектора в горизонтальной плоскости (направление колебаний, выделяемое поляризатором, указано стрелкой на его поверхности). На экране Э2 наблюдают за отраженным от входной грани призмы лучом и, вращая поворотный столик, устанавливают положение, при котором наблюдаемая на экране интенсивность отраженного луча будет минимальной. В этом положении производят отсчет угла αВ. Угол Брюстера определяется как:  Если не удается добиться полного исчезновения отраженного луча, необходимо при его минимальной интенсивности подстроить угол поляризатора и добиться полного затемнения светового пятна на экране. Для измерения угла наименьшего отклонения на экране Э2 наблюдают за прошедшим через призму лучом (см. рис.4) и, вращая поворотный столик, следят за перемещением светового луча по экрану. При достижении угла наименьшего отклонения происходит изменение направления движения светового пятна на противоположное. В положении наименьшего отклонения луча измеряют угол отсчета αmin. Соответствующее значение угла падения определяется как:  Порядок выполнения работы 1. Устанавливают угол поворота столика с призмой в положение, при котором луч лазера падает по нормали к грани 1 призмы, и производят отсчет соответствующего угла α01. Измерения выполняют не менее 3 раз. Результаты заносят в таблицу. 2. Проводят аналогичные п.1 измерения для грани 2 призмы. Измеренные значения α02 заносят в таблицу. 3. Поворачивают столик с призмой так, чтобы луч лазера падал на грань 1 призмы. Устанавливают поляризатор в положение, при котором колебания светового вектора прошедшего луча совершаются в горизонтальной плоскости. На экране Э2 наблюдают за отраженным от грани 1 лучом. Производят отсчет угла αВ, при котором наблюдается минимальная интенсивность отраженного луча. Результаты измерений заносят в таблицу. 4. На экране Э2 наблюдают за прошедшим через призму лучом. Меняя угол падения луча на призму, добиваются минимального отклонения прошедшего луча. Производят отсчет соответствующего значения угла αmin и результаты заносят в таблицу. Измерения в п.3 и п.4 выполняют не менее 5 раз. Обработка результатов измерений 1. Рассчитывают преломляющий угол призмы θ по формуле (5). 2. Вычисляют значение угла Брюстера iB на основе соотношения (6) и по формуле (1) рассчитывают коэффициент преломления материала призмы. 3. Для данного метода определяют погрешность измерений. Абсолютная погрешность Δn определяется, в основном, ошибками в измерениях углов α01 и α02 и рассчитывается на основе дифференцирования соотношения n=tg⏐αВ-α01⏐, полученного из (1) при подстановке в него значений α01 и αВ из (6). Тогда   |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Рабочая программа учебной дисциплины м в. 06. «Астрофизика» Программа предназначена для построения курса лекционных и практических занятий для студентов магистратуры. Данный курс предполагает,... |  | Элективный курс по физике «Элементы биофизики»» Автор : Лимонов Н.... Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов общеобразовательных учреждений. Курс основан на знаниях и умениях, полученных... |
| Рефератов и литература к ним Происхождение казаков Алмазов Б. А.... Савельев Е. П. Взгляд историков на происхождение казаков //Савельев Е. П. Древняя история казачества. М., 2002 | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Более подробное рассмотрение законов физики помогает насытить школьный курс физики яркими историческими фактами, представить основные... |
| Практикум по общей химии Москва 2013г Лабораторный практикум по общей химии Методическое пособие предназначено, в первую очередь, для студентов факультета инженерной механики, изучающих курс общей химии в... | | Тонкоструктурные спектры и электронно-колебательные взаимодействия... Работа выполнена в Проблемной научно-исследовательской лаборатории спектроскопии сложных органических соединений и на кафедре общей... |
| Закон всемирного тяготения. Искусственные спутники Земли (урок физики... «Недели физики и астрономии». Лекционный характер материала отражает исторический ход развития взглядов видения Вселенной от учения... | | Конкурс рефератов Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов общеобразовательных учреждений. Курс основан на знаниях и умениях, полученных... |
| Шумовые характеристики и оптимальная поглощенная мощность гетеродина... Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный... | | Программа имеет универсальный характер О. В. Коршуновой, 2007 год., так как учебники Г. Я. Мякишева, Б. Б. Буховцева, Н. Н. Сотского (Физика. Учебники для 10 и 11 классов)... |
| Предмет и история эмбриологии Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов общеобразовательных учреждений. Курс основан на знаниях и умениях, полученных... | | Методические указания к самостоятельной работе Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов общеобразовательных учреждений. Курс основан на знаниях и умениях, полученных... |
| Формирование исследовательских компетенций в области естественных... В курсе общей физики предусмотрены классические методы изучения фундаментального предмета: лекции, практические занятия по решению... | | 2 Д. ф м. наук, профессор Алешкевич Виктор Александрович, кафедра... ... |
| Никола тесла ржонсницкий Б. Н. Глава первая Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов общеобразовательных учреждений. Курс основан на знаниях и умениях, полученных... | | Учебно-методическое пособие к практическим занятиям Элективный курс предназначен для учащихся 9 классов общеобразовательных учреждений. Курс основан на знаниях и умениях, полученных... |
