Контрольные вопросы

1. Каково назначение микроскопа?

2. Назовите основные узлы микроскопа.

3. Как рассчитать увеличение микроскопа?

4. Каков физический смысл имеет показатель преломления?

5. Что такое оптическая сила линзы?

6. Покажите ход лучей в рассеивающей линзе.

7. Постройте изображение предмета, находящегося на расстоянии больше 2F от собирающей линзы.

Работа№3.2 изучение рефрактометра и определение показателя преломления прозрачных веществ

Цель работы: изучить физические основы работы рефрактометра, научиться пользоваться им и определить показатели преломления прозрачных жидких веществ.

Приборы и принадлежности: рефрактометр УРЛ, набор пробирок с исследуемыми жидкостями.

Введение

Если узкий пучок лучей света падает на границу раздела двух сред (рис. 2.1), в которых скорости света υ₁ и υ₂ различны, то он частично отражается и частично преломляется. Явление отражения и преломления света подчиняется двум законам:

1) закон отражения — отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения, а угол падения равен углу отражения;

2) закон преломления — луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости, а отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред, называемая относительным показателем преломления второй среды относительно первой.

Математическая запись закона преломления имеет вид:

Кроме относительного показателя преломления n_2,1 вводятся абсолютные показатели преломления n₁ среды 1 и n₂ среды 2, под которыми понимают показатели преломления данных сред относительно вакуума, т. е.

(2.2)

где С. — скорость распространения света в вакууме.

Рис. 2.1

Если выразить скорости υ₁ и υ₂ через показатели n₁,n₂ из (2.2) и подставить в (2.1), то получим закон преломления, выраженный через абсолютные показатели преломления в виде

(2.3)

На основе этого закона преломления в виде (2.3) можно легко объяснить явление полного внутреннего отражения, которое наблюдается при переходе луча через поверхность раздела двух сред из оптически более плотной в среду, оптически менее плотную.

Пусть, например, луч I (рис. 2.2) падает на поверхность раздела O₁O₁ и переходит из стекла (среды I) в воздух (среда II). При этом преломленный луч А в среде II составляет угол преломления β₁, который больше угла падения α₁. С увеличением α угол преломления β растет и при некотором значении α=α₃ становится β₃=90°. При этом падающий луч 3 уже не преломляется и не проходит в среду II, а образует скользящий по поверхности раздела луч 3. Угол падения при котором угол преломления β₃=90°, является характерной величиной среды I и называется предельным углом падения. Если луч 3 будет падать под углом α > α₃,-то он отражается в среду I, образуя отраженный луч 3΄ причем согласно закону отражения угол падения α₃ равен углу отражения α'₃ . Отражение лучей, падающих под углом больше предельного (α>α₃), называется явлением полного внутреннего отражения (α₃=γ)

Если положить в уравнении (2.3) показатель преломления воздуха n₂ = 1, стекла n₁ = n, β = 90°, то для определения предельного угла γ получим:

(2.4)

Так как для большинства стекол n=1,5, то sin γ =1:1,5 =0,668 и γ=42°. Для воды n = 4/3, sin γ = 3/4, γ=49°.

Рис. 2.2

Если показатель преломления среды II n₂≠1, то из уравнения (2.3) следует

(2.5)

Зная показатель преломления среды I n₁ = n, из выражения (2.5) можно определить n₂ = n_x- показатель преломления среды II:

n_x=n·sin γ (2.6)

Формула (2.6) является расчетной для определения показателя преломления n_х прозрачных жидких и твердых тел, если n_х<n. Измерение n_х можно произвести, если заменить среду II сосудом с исследуемой жидкостью или твердым прозрачным телом путем измерения предельного угла γ. Практически таким способом измерить показатели преломления очень трудно. Для измерения обычно используются соответствующие приборы.