litceysel.ru
добавить свой файл
1
Лабораторная работа №4.


Определение показателя преломления оргстекла

Оборудование: плоскопараллельная стеклянная пластина, линейка,  угольник, блок питания, лампочка, экран со щелью, соединительные провода, ключ.

Цель работы: Измерить показатель преломления оргстекла с помощью плоскопараллельной пластины.

Теоретическое обоснование: Метод измерения показателя преломления с помощью плоскопараллельной пластины основан на том, что луч, прошедший плоскопараллельную пластину, выходит из нее параллельно направлению падения. Проходя через пластину, пучок света испытывает двукратное преломление: сначала на границе воздух-стекло, а затем на границе стекло-воздух. Согласно закону преломления показатель преломления среды n=sinα/sinβ, где α – угол падения света на грань пластины из воздуха в стекло, β – угол преломления светового пучка в стекле.

Источником света служит электрическая лампочка, подключенная через ключ к источнику питания по нижеприведенной схеме. Узкий световой пучок создается с помощью металлического экрана со щелью. Ширина пучка может меняться за счет изменения расстояния между экраном и лампочкой.

Для того чтобы определить отношение синусов углов, необходимо расположить пластину внутри круга так, чтобы одна из ее параллельных граней совпадала с пунктирной линией. Эта линия указывает границу раздела сред воздух-стекло. Затем тонким карандашом проводят линию вдоль второй грани, которая укажет границу стекло-воздух. Не смещая пластины, на ее первую грань направляют пучок света под каким-либо углом, так чтобы он вошел в пластину в точке В. Вдоль падающего и вышедшего лучей ставят точки 1, 2, 3, и 4. Затем с помощью угольника  строят прямоугольные треугольники АВЕ и СBD. Так как sinα=AE/AB, а sinβ=CD/BC и АВ=ВС, так как это радиусы одной окружности, то формула для определения показателя преломления примет вид nпр =AE/DC, где nпр – приближенное значение показателя преломления. Длины отрезков АЕ и ДС необходимо измерить с помощью линейки.


Максимальную относительную погрешность ε измерения показателя преломления определяют по формуле: , где ΔАЕ и ΔDC – абсолютные погрешности измерения отрезков с помощью линейки. Абсолютная погрешность измерения ΔА складывается из инструментальной погрешности ΔАи и погрешности отсчета ΔАот: ΔА = ΔАи + ΔАот.

В нашем случае  ΔАи  = 1 мм и ΔАот = 1 мм, следовательно ΔАЕ =ΔDC= 2мм. Максимальная абсолютная погрешность определяется по формуле Δn=nпрε. Окончательный результат измерения показателя преломления записывается так: n=nпр±Δn

     Проведение работы:

1. Собрать схему, включить лампочку и получить тонкий световой пучок.

2. Расположить пластинку внутри круга и отметить нижнюю грань карандашом.

3. Направить световой поток под произвольным углом на точку В.

4. Измерить показатель преломления стекла при этом угле падения. Результаты измерения, расчеты и погрешности занести в таблицу1.

Таблица 1.

Измерено

Вычислено

АЕ, мм

DC, мм

nпр

ΔАЕ, мм

ΔDC, мм

ε, %

Δn

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

 

5. Повторить пункты 2, 3, 4 при другом угле падения светового пучка.

6. Результаты занести  в следующую строчку таблицы.

7. Выключить лампочку, во избежание перенагрузки в сети.

8. Сравнить значения двух коэффициентов преломления с учетом погрешностей по формулам и отобразить неравенства на оси:

n1пр – Δn1 < n1 < n1пр +Δn1

n2пр – Δn2 < n2 < n2пр +Δn2


9. Сделать вывод о зависимости или независимости показателя преломления от угла падения светового пучка.

Вывод: