Выполнение виртуальных лабораторных работ.

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Выполнение виртуальных лабораторных работ.

Лабораторная работа №5. Измерение показателей преломления жидкостей с помощью интерферометра Релея.

Инструкция по выполнению.

1. Зайдите на сайт: mediadidaktika.ru

2. Выберите «Виртуальные лабораторные работы по физике», затем «Физический практикум по физике», раздел «5. Оптика».

3. Найдите работу 5.11. Определение показателя преломления жидкостей при помощи рефрактометра

4. Выполните работу, используя описание, данное ниже.

5. Результаты расчетов пришлите преподавателю.

Описание работы:

Цель работы:определить показатели преломления жидкостей с помощью рефрактометра.

Принадлежности: технический рефрактометр, жидкости с неизвестными показателями преломления, дистиллированная вода.

Краткая теория

Технический рефрактометр служит для быстрого и (сравнительно грубого) измерения показателей преломления жидких и твердых тел.

Устройство рефрактометра основано на явлении полного внутреннего отражения. Пусть луч падает на границу раздела двух сред со стороны оптически более плотной среды ( ). Для углов падения меньших некоторого , свет частично отражается. При преломленный луч отсутствует и наступает полное отражение. Предельный угол соответствует углу преломления 90^°и следовательно

(1)

Зная показатель преломления одной из сред, и определяя на опыте предельный угол, можно с помощью (1) определить показатель преломления второй среды.

Пусть теперь свет падает на границу раздела со стороны оптически менее плотной среды. В зависимости от угла падения луч во второй среде может составлять с нормалью углы, расположенные в интервале от нуля до , предельный угол преломления соответствует углу падения (скользящий луч). Легко видеть, что величина предельного угла и в этом случае определяется формулой (1).

При измерениях показателя преломления с помощью рефрактометра можно пользоваться как методом полного внутреннего отражения, так и методом скользящего луча.

Оптическая схема рефрактометра представлена на рис. 1

Основной частью его являются две стеклянные прямоугольные призмы Р₁ и Р₂ изготовленные из стекла с большим показателем преломления. В разрезе призмы имеют вид прямоугольных треугольников, обращенных друг к другу гипотенузами; зазор между призмами имеет ширину около 0,1 мм и служит для помещения исследуемой жидкости.

Ход лучей при работе по методу скользящего луча изображен на рис. 2.

Свет проникает в призму Р₁ через грань ef и попадает в жидкость через матовую грань ed. Свет рассеянный матовой поверхностью, проходит слой жидкости и под всевозможными углами ( ) падает на сторону призмы Р₂.

Скользящему лучу в жидкости ( ) соответствует предельный угол преломления . Преломленные лучи с углами больше не возникает. В связи с этим угол выхода лучей из грани ab может изменяться в интервале от некоторого значения до .

Если свет, выходящий из грани ab, пропустить через собирающую линзу Л₁, то в ее фокальной плоскости наблюдается резкая граница света и темноты. Граница рассматривается с помощью линзы Л₂. Линзы Л₁ и Л₂ образуют зрительную трубу установленную на бесконечность. В их общей фокальной плоскости расположен крест, образованный тонкими нитями.

Положение границы в фокальной плоскости линз зависит от величины показателя преломления жидкости n₁. Вращая трубу относительно призм, можно совместить границу раздела света и ее тени с центром креста. В этом случае измерение преломления показателя сводится к измерению угла , образованного нормалью к грани ab и оптической осью зрительной трубы. В современных приборах труба укрепляется неподвижно, а оправа с призмами может поворачиваться. С оправой скреплен указатель перемещающейся по лимбу. Лимб градуирован непосредственно в значениях показателя преломления.

Изложенная теория рефрактометра, строго говоря, справедлива лишь в том случае, когда свет является монохроматическим. Дисперсия исследуемого вещества и стекла призм приводит к тому, что величина предельных углов и зависит от длины волны. При работе с белым светом наблюдаемая в поле зрения граница света и темноты (свет и полутени) часто оказывается размытой и окрашенной. Для того, чтобы получить и в этом случае резкое изображение, перед объективом трубы помещают компенсатор с переменной дисперсией. Компенсатор содержит две одинаковые дисперсионные призмы Амичи (призмы П₁ и П₂ на рис.1), каждая из которых состоит из трех склеенных призм, обладающих различными показателями преломления и различной дисперсией. Призмы рассчитываются так, чтобы монохроматический луч с длиной волны (среднее значение длины волны желтого дублета натрия) не испытывал отклонения. Лучи с другими длинами волн отклоняются призмой в ту или иную сторону. Если положение призм соответствует рис. 1, то дисперсия двух призм равна удвоенной дисперсии каждой из них. При повороте одной из призм Амичи на 180^°относительно другой (вокруг вертикальной оси) полная дисперсия компенсатора оказывается равной нулю, так как дисперсия одной из призм скомпенсирована дисперсией другой. В зависимости от взаимной ориентации призм дисперсия компенсатора изменяется, таким образом, в пределах от нуля до удвоенного значения дисперсии одной призмы.

Для поворота призм друг относительно друга служат специальная рукоятка и система конических шестерен, с помощью которой призмы одновременно поворачиваются в противоположных направлениях. Вращая ручку компенсатора, следует добиваться того, чтобы граница света и тени в поле зрения стала достаточно резкой. Положение границы при этом соответствует длине волны , для которой обычно и приводятся значения показателя преломления .

В некоторых случаях, когда дисперсия исследуемого вещества особенно велика, диапазон компенсатора оказывается недостаточным, и четкой границы получить не удается. В этом случае рекомендуется устанавливать перед осветителем желтый светофильтр

Приступая к измерениям, необходимо прежде всего убедиться в правильной работе прибора. Такую проверку проще всего выполнить, измерив показатель преломления вещества с известным показателем преломления. Для этого к каждому прибору придается эталонная стеклянная пластинка с известным . В правильности работы прибора можно убедиться и в отсутствии такой пластинки, измеряя, например показатель преломления дистиллированной воды, для которой (при Т=20^°С) он равен 1,33291. Если измерение дает другой результат, следует определить поправку к шкале.

При визуальном совмещении границы раздела света и тени с серединой креста нити наблюдатель вообще говоря, допускает небольшие ошибки, в результате которых измеренные значения для одного итого же вещества в разных опытах не вполне точно совпадают между собой (случайный разброс). Рекомендуется поэтому проводить в каждом случае несколько измерений показателя преломления и определять среднее значение.

12 Следующая ⇒