Nazwisko i imię:
Zespół:
Data:
Ćwiczenie nr 51: Współczynnik załamania światła dla ciał stałych
Cel ćwiczenia: Wyznaczenie współczynnika załamania światła dla szkła i pleksiglasu metodą pomiaru
grubości pozornej za pomocą mikroskopu.
Literatura
[1] Kąkol Z., Fizyka dla inżynierów, OEN Warszawa, 1999.
[2] Zięba A. (red), Pracownia Fizyczna Wydziału Fizyki i Techniki Jądrowej SU1642, AGH, Kraków
2002 (ew. wydania wcześniejsze).
Zagadnienia do opracowania
Ocena i podpis
1.
Prawo odbicia.
2.
Bezwzględny i względny współczynnik załamania ośrodka. Prawo załamania.
3.
Przeanalizuj bieg promieni w przezroczystej płytce płasko-równoległej, podaj za-
leżność między jej prawdziwą grubością d, grubością pozorną i współczynnikiem
załamania n.
4.
Budowa mikroskopu – bieg promieni w mikroskopie. Od czego zależy powiększenie
obrazu widzianego w mikroskopie?
5.
Ośrodki dyspersyjne. Zależność współczynnika załamania od długości fali.
6.
Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia. Zależność kąta granicznego od współ-
czynnika załamania.
7.
Równanie soczewki. Zależność ogniskowej od promieni krzywizny soczewki.
8.
Analiza obrazów obserwowanych przy użyciu soczewki.
Ocena z odpowiedzi:
51-1
1
Opracowanie ćwiczenia
Opracuj i opisz zagadnienia nr
i
podpis:
51-2
2
Oznaczenia, podstawowe definicje i wzory
Stosowane oznaczenia
c
–
prędkość światła w próżni (także – praktycznie – w powietrzu)
ν
1(2)
–
prędkość światła w ośrodku 1 (2)
n
1(2)
–
bezwzględny współczynnik załamania światła dla ośrodka 1 (2);
n
1(2)
= c/ν
1(2)
n
21
–
względny współczynnik załamania światła ośrodka „2” względem ośrodka „1”;
n
21
=
n
2
n
1
=
ν
1
ν
2
α
–
kąt padania
β
–
kąt załamania
d
–
grubość rzeczywista płytki równoległościennej
h
–
grubość pozorna płytki równoległościennej
Rysunek 51-1: Bieg promienia świetlnego przez płytkę równoległościenną.
Prawo załamania:
sin α
sin β
=
ν
1
ν
2
=
n
2
n
1
= n
21
.
Idea pomiaru n – por. rys. 51-1:
sinα ∼
= tgα =
|AB|
h
,
sinβ ∼
= tgβ =
|AB|
d
→
n =
sinα
sinβ
=
d
h
Układ pomiarowy
– mikroskop wyposażony w czujnik mikrometryczny i nasadkę krzyżową,
– śruba mikrometryczna,
– zestaw płytek szklanych i z pleksiglasu, różnej grubości,
– zestaw filtrów z podanymi długościami fali.
Powiększenie mikroskopu (wzór przybliżony):
p =
ld
f
1
f
2
gdzie: l – odległość między obiektywem a okularem; d – odległość dobrego widzenia, f
1
– ogniskowa
obiektywu, f
2
– ogniskowa okularu.
51-3
Rysunek 51-2: Schemat budowy mikroskopu: a) mikroskop i jego elementy: 1 – kondensor, 2 – obiektyw,
3 – okular, 4 – lusterko lub lampka oświetleniowa, 5 – czujnik mikrometryczny, którego stopka spoczywa
na ruchomej części mikroskopu, 6 – nasadka krzyżowa XY mocująca z pokrętłami do przesuwu płytki,
7a – pokrętło służące do przesuwu stolika ruchem zgrubnym, 7b – pokrętło służące do przesuwu stolika
ruchem dokładnym; b) zasada powstawania obrazu (A”) przedmiotu (A).
3
Wykonanie ćwiczenia
1. Zapoznaj się z budową mikroskopu.
2. Na obu powierzchniach badanej płytki wykonaj ślady atramentem lub rysy.
3. Zmierz grubość d płytki za pomocą śruby mikrometrycznej.
4. Wyreguluj położenie lampy mikroskopowej (lusterka) tak aby światło padało na obiektyw.
5. Ustaw badaną płytkę na stoliku mikroskopu w uchwycie i dobierz ostrość tak by uzyskać kontra-
stowy obraz. Regulując położenie stolika pokrętłem 7a zaobserwuj górny i dolny ślad zaznaczony
na płytce.
6. Pokrętłem 7b przesuń stolik mikroskopu do momentu uzyskania ostrego obrazu śladu na górnej
powierzchni płytki.
7. Odczytaj położenie wskazówki czujnika a
g
.
8. Przesuń stolik mikroskopu do położenia, w którym widoczny jest ślad na dolnej powierzchni
płytki (pokrętłem 7b).
9. Ponownie odczytaj położenie wskazówki czujnika a
d
.
10. Odczyty zanotuj w tabeli 1, 2 lub 3.
11. Dla badanej płytki wykonaj czynności od 4 do 9, zakładając na lampę mikroskopową dostępne
filtry o podanej długości fali.
12. Wyniki zanotuj w tabeli 4.
51-4
Wariant do wykonania (określa prowadzący zajęcia):
1. Wykonaj pomiary
krotnie dla każdej płytki według punktów 2 – 10 dla
płytek
szklanych i dla
płytek z pleksiglasu.
2. Wykonaj pomiary
krotnie dla płytki
według punktów 2 – 12.
podpis:
51-5
4
Wyniki pomiarów
Tabela 1
materiał
grubość
wskazanie czujnika
grubość
współczynnik
rzeczywista
pozorna
załamania
lp.
d
a
d
a
g
h = a
d
− a
g
n =
d
h
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
wartość średnia
¯
n
Tabela 2
materiał
grubość
wskazanie czujnika
grubość
współczynnik
rzeczywista
pozorna
załamania
lp.
d
a
d
a
g
h = a
d
− a
g
n =
d
h
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
wartość średnia
¯
n
51-6
Tabela 3
materiał
grubość
wskazanie czujnika
grubość
współczynnik
rzeczywista
pozorna
załamania
lp.
d
a
d
a
g
h = a
d
− a
g
n =
d
h
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
wartość średnia
¯
n
Tabela 4: Badanie zależności n(λ)
materiał
grubość rzeczywista z tabeli
długość fali
wskazanie czujnika
grubość
współczynnik
wartość
λ
pozorna
załamania
średnia
a
d
a
g
h = a
d
− a
g
n =
d
h
¯
n
[mm]
[mm]
[mm]
1
I
2
3
1
II
2
3
1
III
2
3
1
IV
2
3
podpis:
51-7
5
Opracowanie wyników pomiarów
1. Oblicz wartość średnią współczynnika załamania ¯
n dla każdej badanej płytki.
2. Oszacuj niepewność standardową typu B wyznaczenia grubości płytki rzeczywistej i pozornej
(przykład 4 ćw. „0”).
3. Oszacuj względną niepewność całkowitą współczynnika załamania z prawa przenoszenia niepew-
ności, korzystając ze wzoru:
u(n)
n
=
s
u(d)
d
2
+
u(h)
h
2
= ...............
4. Oblicz:
u(n) = .................
5. Zapisz otrzymane wartości współczynnika załamania wraz z obliczonymi niepewnościami i po-
równaj je z wartościami tablicowymi.
rodzaj materiału
¯
n, u(n)
n
tab
6. Wykonaj wykres zależności współczynnika załamania od długości fali dla jednej płytki i zaznacz
na wykresie niepewność u(n).
Wnioski:
Uwagi prowadzącego:
Ocena za opracowanie wyników:
ocena
podpis
6
Załączniki: dodatkowe wykresy, obliczenia, ewentualna poprawa
51-8