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).

Zagadnienia do opracowania

Ocena i podpis

1.

Prawo odbicia.

2.

Bezwzględny i względny współczynnik załamania ośrodka. Prawo załamania.

3.

Przeanalizuj bieg promieni w przezroczystej płytce płasko-równoległej, podaj za-
leżność między jej prawdziwą grubością d, grubością pozorną i współczynnikiem
załamania n.

4.

Budowa mikroskopu – bieg promieni w mikroskopie. Od czego zależy powiększenie
obrazu widzianego w mikroskopie?

5.

Ośrodki dyspersyjne. Zależność współczynnika załamania od długości fali.

6.

Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia. Zależność kąta granicznego od współ-
czynnika 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

–

prędkość światła w próżni (także – praktycznie – w powietrzu)

ν

1(2)

–

prędkość światła w ośrodku 1 (2)

n

1(2)

–

bezwzględny współczynnik załamania światła dla ośrodka 1 (2);

n

1(2)

= c/ν

1(2)

n

21

–

względny współczynnik załamania światła ośrodka „2” względem ośrodka „1”;

n

21

=

n

2

n

1

=

ν

1

ν

2

α

–

kąt padania

β

–

kąt załamania

d

–

grubość rzeczywista płytki równoległościennej

h

–

grubość pozorna płytki równoległościennej

Rysunek 51-1: Bieg promienia świetlnego przez płytkę równoległościenną.

Prawo załamania:

sin α

sin β

=

ν

1

ν

2

=

n

2

n

1

= n

21

.

Idea pomiaru n – por. rys. 51-1:

sinα ∼

= tgα =

|AB|

h

,

sinβ ∼

= tgβ =

|AB|

d

→

n =

sinα

sinβ

=

d

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

f

1

f

2

gdzie: l – odległość między obiektywem a okularem; d – odległość dobrego widzenia, f

1

– ogniskowa

obiektywu, f

2

– 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 kontra-

stowy 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 a

g

.

8. Przesuń stolik mikroskopu do położenia, w którym widoczny jest ślad na dolnej powierzchni

płytki (pokrętłem 7b).

9. Ponownie odczytaj położenie wskazówki czujnika a

d

.

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

krotnie dla każdej płytki według punktów 2 – 10 dla

płytek

szklanych i dla

płytek z pleksiglasu.

2. Wykonaj pomiary

krotnie dla płytki

według punktów 2 – 12.

podpis:

51-5

4

Wyniki pomiarów

Tabela 1

materiał
grubość

wskazanie czujnika

grubość

współczynnik

rzeczywista

pozorna

załamania

lp.

d

a

d

a

g

h = a

d

− a

g

n =

d

h

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

wartość średnia

¯

n

Tabela 2

materiał
grubość

wskazanie czujnika

grubość

współczynnik

rzeczywista

pozorna

załamania

lp.

d

a

d

a

g

h = a

d

− a

g

n =

d

h

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

wartość średnia

¯

n

51-6

Tabela 3

materiał
grubość

wskazanie czujnika

grubość

współczynnik

rzeczywista

pozorna

załamania

lp.

d

a

d

a

g

h = a

d

− a

g

n =

d

h

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

wartość średnia

¯

n

Tabela 4: Badanie zależności n(λ)

materiał

grubość rzeczywista z tabeli

długość fali

wskazanie czujnika

grubość

współczynnik

wartość

λ

pozorna

załamania

średnia

a

d

a

g

h = a

d

− a

g

n =

d

h

¯

n

[mm]

[mm]

[mm]

1

I

2
3
1

II

2
3
1

III

2
3
1

IV

2
3

podpis:

51-7

5

Opracowanie wyników pomiarów

1. Oblicz wartość średnią współczynnika załamania ¯

n 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 niepew-

ności, 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 po-

równaj je z wartościami tablicowymi.

rodzaj materiału

¯

n, u(n)

n

tab

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

podpis

6

Załączniki: dodatkowe wykresy, obliczenia, ewentualna poprawa

51-8