Главная | Обратная связь

Из чертежа видно, что

Методика измерений.

Определение увеличения микроскопа производится с помощью рисовального аппарата и объект микрометра. См. рис.2.

Рис. 2

 

 

Основной частью рисовального аппарата является призма-кубик, соединяющая два пучка лучей и направляющая их в глаз наблюдателя.

Призма-кубик представляет собой две призмы прямоугольной формы, склеенные по гипотенузе. Гипотенуза одной из них шириной в 2 мм, свободная от серебрения, необходима для проведения пучка лучей (1) от объектива в глаз наблюдателя. Посеребренная часть гипотенузы направляет в глаз пучок лучей (2), отраженный зеркалом от бумаги. В глаз наблюдателя попадают одновременно лучи (1 и 2), идущие от карандаша наблюдателя и бумаги, на которой обводится видимое в поле зрения изображение объекта. Для лучшей видимости как карандаша, так и объекта в приборе имеются две системы светофильтров, выравнивающих интенсивность освещения полей. Рисовальный аппарат на тубус с микроскопа должен быть закреплен на такой высоте, чтобы опущенная откидная головка, несущая призму кубик и барабан светофильтров, не опиралась на торец окуляра. Между плоскостью окуляра и сектором светофильтров должен быть небольшой зазор.

Вместо объекта берется стеклянная шкала с ценой деления а = 0,1 мм.

Эта шкала, так называемый объект - микрометр, лежит на столике микроскопа. Откиньте головку рисовального аппарата и добейтесь четкого изображения шкалы через микроскоп. Для этого опускайте тубус микроскопа при помощи кремальеры (зубчатой рейки и винта), и приближайте объектив к шкале так, чтобы между ними остался зазор в 4-5 мм (следите, чтобы объектив не коснулся шкалы). Затем, смотря в окуляр, осторожно, медленно поднимайте тубус микроскопа, пока ни увидите четко шкалу. Поставьте головку рисовального аппарата на место и добейтесь четкой одинаковой освещенности шкалы и поверхности бумаги.

При регулировке освещенности следует пользоваться поворотом зеркала микроскопа, сочетанием различных светофильтров, а также иногда дополнительно освещать поверхность бумаги. Поверхность бумаги должна быть расположена на расстоянии ясного видения, т.е. Z=25 см от окуляра. Получите резкое изображение штрихов шкалы и ясно видимые поверхность бумаги и карандаш, зафиксируйте карандашом на бумаге некоторое число делений N. Измерив линейкой (по перпендикуляру) расстояние L между N делениями, нанесенными карандашом на бумаге, определите увеличение микроскопа по формуле:

 

, (5)

 

где L - длина изображения, содержащего N делений. (Не путать деления

на шкале и проведенные линии).

Измерения проделать не менее 3-х раз и результаты внесите в таблицу1.

 

ТАБЛИЦА 1.

№ п/п	Цена делен. Объекта (мм)	Число дел изображения N	Длина изобр. L (мм)	g	Dg	gэксп=gср±Dgср		gист=gоб×gок
1. 2. 3.
Ср

 

Сравнить полученное значение увеличения микроскопа с истинным его увеличением.

II часть.

Теория.

Если свет падает на границу раздела двух сред (двух прозрачных веществ), то падающий луч 1 (рис.1.) разделяется на два – отраженный 2 и преломленный 3, направления которых задаются законами отражения и преломления.

Закон преломления: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред:

, (1)

где - относительный показатель преломления второй среды относительно первой.

Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления.

Абсолютным показателем преломления среды называется величина , равная отношению скорости электромагнитных волн в вакууме к их фазовой скорости в среде:

. (2)

Закон преломления (1) можно записать в виде:

. (3)

Из симметрии выражения (3) вытекает обратимость световых лучей. Если обратить луч 3 (рис.1.), заставив его падать на границу раздела под углом , то преломленный луч в первой среде будет распространятся под углом , т.е. пойдет в обратном направлении вдоль луча 1.

Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления (оптически менее плотную) ( > ), например из стекла в воду, то согласно (3),

.

Отсюда следует, что преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления больше, чем угол падения (рис.2.)

Показатель преломления зависит от свойств среды и длины волны.

Показатель преломления является важнейшей характеристикой вещества, связанной с его химической структурой, с концентрацией и плотностью (в случае исследования жидких растворов).

Определение показателя преломления любых веществ является одним из быстрых и точных методов физико-химического анализа, получивший широкое применение при производстве оптического стекла, определении качества масел, жиров, проверке зрелости сахарной свеклы, анализе крови, желудочного сока и т.д.

Существуют различные методы определения показателя преломления.

В данной работе используются два метода:

1. Определение показателя преломления стекла с помощью микроскопа,

2. Определение показателя преломления стекла с помощью плоско-параллельной пластинки и булавок.

Для определения показателя преломления стекла берут плоско параллельную пластинку с нанесенными на ее обеих плоскостях неглубокими царапинами.

 

Рис.3.

Для того, чтобы легко было распознать, нанесена ли наблюдаемая в микроскопе царапина на верхней или нижней поверхности, удобно на одной поверхности провести царапину вдоль пластинки, а на другой - поперек.

Рассмотрим ход лучей 1 и 2, вышедших из точки О, лежащей на нижней царапине. Луч 1 идет по направлению ОА, совпадающему с направлением нормали к поверхности пластинки. Луч 2 идет по направлению ОВ и падает на верхнюю поверхность под достаточно малым углом β , когда синусы можно заменить тангенсами. Преломившись в точке В, пойдет по направлению ВЕ (рис.3.).

Наблюдатель находящийся над пластинкой увидит уже точку О на пересечении двух лучей первого и продолженного преломленного луча ВЕ в точке О₁. В этой же точке О₁ также пересекутся после преломления продолжения всех лучей, которые выходят из точки О по направлениям образующим малые углы с нормалью. Наблюдателю будет казаться, что все эти лучи выходят не из точки О, а из ее мнимого изображения О₁. Поэтому, если наблюдатель настроил микроскоп на верхнюю царапину (точка А), то, чтобы увидеть точку О, ему потребуется опустить тубус микроскопа не на расстояние ОА, равное d – толщине пластинки, а на меньшее расстояние АО₁ равное d₁ - кажущейся толщине пластинки.

Так как в объектив микроскопа попадает очень узкий пучок лучей, то углы и малы и синусы этих углов могут быть заменены их тангенсами.

Из чертежа видно, что

(4)

 

Но так как АВ = ОС ; АО₁ = d₁ , ВС = d , то из формулы (4) получаем

 

(5)

где d₁ – толщина стеклянной пластинки.

d₂ – кажущаяся толщина пластинки.

Следовательно, для определения показателя преломления нужно истинную толщину пластинки разделить на ее кажущуюся толщину. Истинная толщина пластинки d измеряется микрометром. Кажущаяся толщина пластинки равна d₁ разности отчетов положений тубуса при наводке микроскопа на верхнюю и нижнюю царапины.

Методика измерений

I. Определение показателя преломления стекла с помощью микроскопа.

1. Измерьте микрометром толщину пластинки 3 раза в различных местах. Из полученных результатов найдите среднее значение.

2. Положить пластинку на предметный столик так, чтобы пересечение царапин оказалось в центре поля зрения микроскопа.

3. Микрометрический винт поверните по часовой стрелке до упора. Затем поверните микрометрический винт против часовой стрелки до совмещения нулевого первого деления шкалы микрометра с началом отсчета.

4. Наведите микроскоп на четкую видимость нижней царапины, перемещая тубус вверх или вниз с помощью винта тубуса. Наводку повторить несколько раз.

5. Вращайте микрометрический винт против часовой стрелки до четкого видения верхней царапины. Для подсчета числа маленьких делений начинайте поворачивать микрометрический винт по часовой стрелке до первого нулевого деления, считая число маленьких делений – к (цена одного деления Z = 0,002 мм). Затем, вращая дальше микрометрический винт (по часовой стрелке) до упора, отсчитайте число полных оборотов "m". Полный оборот винта (или шаг винта) S=0,1 мм (50 дел. на винте ´ 0,002мм = 0,1мм). Тогда кажущуюся толщину пластинки можно вычислить по формуле:

d₁ = m S + k Z (6)

 

Подставляя значение d и d₁ в формулу (6), определите показатель преломления стеклянной пластинки.

Измерения проделайте 3 раза и результаты занести в таблицу 1.

 

Таблица 1.

N п/п	d (мм)	K	m	d1 (мм)	n	Dn
ср.

 

К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы.

 

1. Построить ход лучей в микроскопе.

2. Какая линза взята в микроскопе в качестве объектива? Окуляра?

3. Что больше: фокусное расстояние объектива или окуляра? Почему?

В каких единицах они измеряются?

4. Как можно опытным путем определить фокусные расстояния объектива и окуляра?

5. Что называется ценой деления?

6. Знать вывод формулы (4).

7. Сформулируйте основной закон геометрической оптики.

8. Физический смысл абсолютного и относительного показателя преломления.

9. Знать вывод формулы (5).

 

Литература:

1. Ландсберг Г.С. Оптика. М. "Наука".

2. Королев Ф.А. Курс физики. Оптика. Физика атома и атомного ядра. М. Учпедгиз. 1977 г.

3. Гершензон Е.М. и др. Курс общей физики. М. "Просвещение" 1981.

4. Т.И. Трофимова. Курс общей физики. М. «Высшая школа» 1998

5. Инструкции к микроскопам: школьный и БИОЛАМ.

6. Инструкция к рисовальному аппарату.