Literatura

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).
Ocena i podpis
Zagadnienia do opracowania
1.
Prawo odbicia.
2.
Bezwzględny i względny współczynnik załamania ośrodka. Prawo załamania.
3.
Przeanalizuj bieg promieni w przezroczystej płytce płasko-równoległej, podaj zależność między jej prawdziwą grubością d, grubością pozorną i współczynnikiem
załamania n.
Budowa mikroskopu – bieg promieni w mikroskopie. Od czego zależy powiększenie
obrazu widzianego w mikroskopie?
4.
5.
Ośrodki dyspersyjne. Zależność współczynnika załamania od długości fali.
6.
Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia. Zależność kąta granicznego od współczynnika 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
ν1(2)
n1(2)
n21
–
–
–
–
α
β
d
h
–
–
–
–
prędkość światła w próżni (także – praktycznie – w powietrzu)
prędkość światła w ośrodku 1 (2)
bezwzględny współczynnik załamania światła dla ośrodka 1 (2); n1(2) = c/ν1(2)
względny współczynnik załamania światła ośrodka „2” względem ośrodka „1”;
n2
ν1
n21 =
=
n1
ν2
kąt padania
kąt załamania
grubość rzeczywista płytki równoległościennej
grubość pozorna płytki równoległościennej
Rysunek 51-1: Bieg promienia świetlnego przez płytkę równoległościenną.
Prawo załamania:
sin α
ν1
n2
=
=
= n21 .
sin β
ν2
n1
Idea pomiaru n – por. rys. 51-1:
sinα ∼
= tgα =
|AB|
,
h
|AB|
sinβ ∼
= tgβ =
d
→
n=
sinα
d
=
sinβ
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
f1 f2
gdzie: l – odległość między obiektywem a okularem; d – odległość dobrego widzenia, f1 – ogniskowa
obiektywu, f2 – 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 kontrastowy 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 ag .
8. Przesuń stolik mikroskopu do położenia, w którym widoczny jest ślad na dolnej powierzchni
płytki (pokrętłem 7b).
9. Ponownie odczytaj położenie wskazówki czujnika ad .
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
szklanych i dla
2. Wykonaj pomiary
krotnie dla każdej płytki według punktów 2 – 10 dla
płytek z pleksiglasu.
krotnie dla płytki
płytek
według punktów 2 – 12.
podpis:
51-5
4
Wyniki pomiarów
Tabela 1
lp.
materiał
grubość
rzeczywista
d
ad
ag
grubość
pozorna
h = ad − ag
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
wskazanie czujnika
współczynnik
załamania
d
n=
h
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
wartość średnia
n̄
Tabela 2
lp.
materiał
grubość
rzeczywista
d
ad
ag
grubość
pozorna
h = ad − ag
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
wskazanie czujnika
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
wartość średnia
n̄
51-6
współczynnik
załamania
d
n=
h
Tabela 3
lp.
materiał
grubość
rzeczywista
d
ad
ag
grubość
pozorna
h = ad − ag
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
wskazanie czujnika
współczynnik
załamania
d
n=
h
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
wartość średnia
n̄
Tabela 4: Badanie zależności n(λ)
materiał
długość fali
λ
I
II
III
IV
wskazanie czujnika
ad
ag
[mm]
[mm]
grubość rzeczywista z tabeli
grubość
współczynnik wartość
pozorna
załamania
średnia
h = ad − ag
n̄
d
n=
h
[mm]
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
podpis:
51-7
5
Opracowanie wyników pomiarów
1. Oblicz wartość średnią współczynnika załamania n̄ 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 niepewności, 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 porównaj je z wartościami tablicowymi.
rodzaj materiału
n̄, u(n)
ntab
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
6
Załączniki: dodatkowe wykresy, obliczenia, ewentualna poprawa
51-8
podpis