Лабораторная работа по теме «Измерение показателя преломления стекла» - Световые волны - Оптика

Оборудование: необходимые средства измерения.

Ход урока

В работе измеряется показатель преломления стеклянной пластины, имеющей форму трапеции. На одну из параллельных граней пластины наклонно к ней направляют узкий световой пучок. Проходя через пластину, этот пучок света испытывает двукратное преломление. Источником света служит электрическая лампочка, подключенная через ключ к какому-либо источнику тока. Световой пучок создается с помощью металлического экрана со щелью. При этом ширина пучка может меняться за счет изменения расстояния между экраном и лампочкой.

Показатель преломления стекла относительно воздуха определяется по формуле:

где α - угол падения пучка света на грань пластины из воздуха в стекло; β - угол преломления светового пучка в стекле.

Для определения отношения, стоящего в правой части формулы, поступают следующим образом. Перед тем как направить на пластину световой пучок, ее располагают на столе на листе миллиметровой бумаги (или листе бумаги в клетку) так, чтобы одна из ее параллельных граней совпала с предварительно отмеченной линией на бумаге.

Эта линия укажет границу раздела сред воздух - стекло. Тонко отточенным карандашом проводят линию вдоль второй параллельной грани. Эта линия изображает границу раздела сред стекло - воздух. После этого, не перемещая пластины, на ее первую параллельную грань направляют узкий пучок под каким-либо углом к грани. Вдоль падающего на пластину пучка и вышедших из нее световых пучков тонко очиненным карандашом ставят точки 1, 2, 3 и 4. После этого лампочку выключают, пластину снимают и с помощью линейки прочерчивают входящий, выходящий и преломленный лучи.

Через точку В границы раздела сред воздух - стекло проводят перпендикуляр к границе, отмечают углы падения α и преломления β. Далее с помощью циркуля проводят окружность с центром в точке В и строят прямоугольные треугольники АВЕ и CBD.

Так как то формула для определения показателя преломления стекла примет вид:

Длину отрезков АЕ и DC измеряют по миллиметровой бумаге или с помощью линейки. При этом в обоих случаях инструментальную погрешность можно считать равной 1 мм. Погрешность отсчета надо взять также равной 1 мм для учета неточности в расположении линейки относительно края светового пучка.

Максимальная абсолютная погрешность определяется по формуле:

(Здесь n_пр - приближенное значение показателя преломления, определяемое по формуле 1.)

Окончательный результат измерения показателя преломления записывается так:

Подготовка к проведению работы

1. Подготовить бланк отчета с таблицей для записи результатов измерений и вычислений:

Измерено		Вычислено
ΔЕ, мм	DC, мм	nпр	ΔАЕ, мм	ΔDC, мм	ε, %	Δn

2. Подключить лампочку через выключатель к источнику тока. С помощью экрана со щелью получить тонкий световой пучок.

Проведение эксперимента, обработка результатов измерений

1. Измерить показатель преломления стекла относительно воздуха при каком-нибудь угле падения. Результат измерения записать с учетом вычисленных погрешностей.

2. Повторить то же при другом угле падения.

3. Сравнить результаты, полученные по формулам:

4. Сделать вывод о зависимости (или независимости) показателя преломления от угла падения. (Метод сравнения результатов измерений изложен во введении к лабораторным работам в учебнике физики.)

Контрольный вопрос

Чтобы определить показатель преломления стекла, достаточно измерить транспортиром углы а и р и вычислить отношение их синусов. Какой из этих методов определения показателя преломления предпочтительнее: этот или использованный в работе?

Домашнее задание

п. 59-62.