Лабораторна робота № 34
за допомогою мікроскопа.
Мета роботи: Вивчення законів геометричної оптики і дослідне визначення показника заломлення скла.
Приладдя. мікроскоп, дві скляні пластинки, мікрометр.
1. Коротка теорія
Найпростіші оптичні явища, наприклад виникнення тіней і отримання зображень в оптичних приладах, можуть бути зрозумілі в рамках так званої геометричної оптики. В основу формального побудови останньої можна покласти чотири закони, встановлених дослідним шляхом:
1) закон прямолінійного поширенням странения світла;
2) закон незалежності світлових пучків;
3) закон відображення і
4) закон заломлення світла.
Відповідно до закону прямолінійного поширення, світло в прозорій однорідному середовищі поширюється по прямих лініях. Досвідченим доказом цього закону можуть служити різкі тіні, що відкидаються непрозорими тілами, освітлювані точеч-ними джерелами світла, т. Е. Джерелами, розміри яких дуже малі в порівнянні з розмірами тіла.
Закон незалежності світлових пучків полягає в тому, що поширення будь-якого світлового пучка в середовищі абсолютно не зави-сит від того, є в ній інші пучки світла чи ні. Світловий пучок, що пройшов через будь-яку область простору, виходить з неї одним і тим же, незалежно від того, заповнена вона світлом, що йде від інших джерел, або не заповнена. Так, зображення на сітківці ока не зміниться, якщо світло, який утворює це зображення, буде на своєму шляху про-ходити через бічні пучки світла, але вони не попадають в око.
Закон незалежності світлових пучків необхідно доповнити твердженням, що визначає спільну дію світлових пучків при їх накладенні один на одного. Це твердження полягає в тому, що освітленість екрана, створювана декількома світловими пучками, дорівнює сумі освітленостей, створюваних кожним пучком в окремих-ності. Порушення справедливості цього твердження мають місце в явищах інтерференції.
На основі законів прямолінійного поширення і неза-лежно світлових пучків склалося уявлення про світлові промені. У математичному сенсі промінь є лінія, уздовж якої поширюється світло. Про суще-ня променя в такому сенсі можна говорити лише остільки, оскільки він входить до складу світлового пучка, що містить беско-кінцевого безліч променів. Реальне існування мають не мате-матические промені і нескінченно тонкі пучки світла, а пучки кінцевого поперечного перерізу, що вирізаються, наприклад, діафрагмами. Тому під променем, у фізичному сенсі цього слова, ми будемо розуміти кінцевий, але досить вузький світловий пучок, який ще може існувати ізольовано від інших пучків.
Принцип Ферма. Поширеною-ня світла з однієї точки в іншу відбувається таким шляхом, проходження якого вимагає менше часу, ніж будь-які інші шляхи між тими ж точками. У цьому полягає суть принципу Ферма, званого такжепрінціпом найменшого часу. Згідно Ферма, цей принцип спра-Ведл для променів, що відбиваються або переломлюються на плоских поверх-ності. Надалі принцип Ферма був удосконалений так, щоб їм можна було користуватися незалежно від форми відображають і заломлюючих поверхонь.
Р
Коли промінь досягає плоскій грані-ці розділу двох прозорих середовищ, він частково проходить у другу середу (заломлення-ляется), частково повертається назад (відбивається). Закон дзеркального відображення світла був відомий ще грекам. Він стверджує, що падаючий і відбитий-ний промені лежать в одній площині з нормаллю до кордону розділу в точці падіння (ця площина називається площиною падіння), причому кут падіння φ дорівнює куту відбиття φ '.
Відповідно до закону заломлення, переломлений промінь лежить в площині падіння, причому відношення синуса кута падіння φ до синусу кута преломленіяψ для розглянутих середовищ залежить тільки від довжини світлової хвилі, але не залежить від кута падіння, т. Е.
Рис 1.2. Закон заломлення світла на межі поділу двох середовищ
Постійна величина n21 називаетсяотносітельнимпоказателем або коефіцієнтом заломлення другого середовища відносно пер-виття. Показник заломлення середовища щодо вакууму називаютабсолютнимпоказателем (коефіцієнтом) заломлення цього середовища. Його будемо позначати черезn. забезпечуючи цю букву, якщо тре-буется, відповідними індексами. Наприклад, n1 - показник заломлення першої, аn2 - другий середовищ. Заради стислості велічінуn зазвичай називають просто показником (коефіцієнтом) Ломлячи-ня середовища, т. Е. Опускають прикметник "абсолютний".
Середа з великим значенням абсолютного показника заломлення називається оптично більш щільною. Якщо світло поширюється з оптично менш густого середовища в оптично більш щільне середовище, то у відповідність з (1.1) і (1.2), кут заломлення буде менше кута падіння (рис. 1.3а). Навпаки, пріn1> n2 кут заломлення буде більше кута падіння (рис. 1.3б).
Мал. 1.3. Переломлення на кордонах прозорих середовищ: