Определение показателя преломления. Случаи

1. Определение показателя преломления по способу булавок. 1) Стекло или сосуд с жидкостью. 2) Булавки. 3) Белая бумага. 4) Подстилка. 5) Транспортир. 6) Циркуль. 7) Два угольника. 8) Масштабная линейка. 9) Остро заточенный карандаш.

Берется прозрачное тело (например кусок стекла) или стеклянный сосуд с жидкостью и при помощи булавок (§ 21, 6) провешиваются лучи падающий и преломленный; затем лучи вычерчиваются и измеряются углы падения а и преломления b; по найденным значениям углов вычисляется показатель преломления п по формуле:

Случай 1. Плоско-параллельная пластинка. Применяемое тело должно иметь хотя бы две плоские и параллельные грани». Этому требованию удовлетворяют: трапециевидное стекло из набора шайбы Гартля или прибора Кольбе (рис. 182 и 189, № 5). Стеклянный куб, например из набора Кольбе (рис. 189), стеклянный брусочек (7 см х 5 см х 2 см), кубический сосуд.

На кусок материала, в который легко втыкаются булавки (§ 21, 6), кладут лист белой бумаги, а на него — стеклянное тело, например брусочек. Провешивают падающий луч AB, втыкая вертикально две булавки А и В (рис. 326), причем булавку В помещают непосредственно у стекла.

Рис. 236. Установка лабораторной работы с плоско-параллельным стеклом

Смотря одним глазом сквозь стекло (на уровне стола) с противоположной стороны, отыскивают изображения поставленных булавок А и В и находят такое положение глаза, чтобы эти изображения булавок А и В покрывали друг друга; тогда фиксируют луч зрения, втыкая еще две булавки С и D так, чтобы все четыре булавки казались лежащими на одной прямой. Булавку С ставят непосредственно у стекла.

Проверив установку, проводят остро очиненным карандашом прямые линии вдоль граней стекла, через которые шел луч зрения, и стекло удаляют; затем убирают булавки, одновременно обводя кружками уколы булавок.

Через уколы булавок проводят прямые AB и CD до пересечения с гранями стекла в точках В и С и соединяют между собой эти точки (рис. 327). Тогда ломаная линия ABCD изображает ход луча через плоскопараллельную пластинку и позволяет убедиться в основном свойстве этого хода, именно, что выходящий луч CD параллелен падающему лучу AB.

Рис. 237. Чертеж к лабораторной работе с плоско-параллельным стеклом

В точке В (или С) проводят перпендикуляр к грани стекла KL (или МN) и измеряют при помощи транспортира углы падения АВЕ = a и преломления CBF = b. Для определения углов можно также построить и измерить линии синусов этих углов, по длине радиуса вычислить синусы углов и по таблице найти углы. Зная углы, можно вычислить показатель преломления.

Случай 2. Полукруглое стекло или сосуд из набора Гартля (рис. 182, № 4) или Кольбе (рис. 189, № 4 и рис. 190).

Положив полукруглое стекло или сосуд на белую бумагу, ставят одну булавку В (рис. 328) около самого центра стекла (центр отыскивают делением диаметра пополам при помощи масштабной линейки), вторую булавку А— где-нибудь непосредственно около выпуклой поверхности стекла.

Рис. 328. Установка лабораторной работы с полукруглым стеклом

Смотря одним глазом сквозь плоскую грань стекла, отыскивают луч зрения, проходящий через обе булавки А и В, и на пути этого луча втыкают третью булавку С так, чтобы все три булавки видимо покрывали друг друга.

Проведя карандашом прямую KL вдоль плоской грани стекла, его удаляют и, обведя булавки кружочками, убирают их. Проведя падающий и преломленный лучи AB и ВС (рис. 329), дальше поступают, как и в случае 1.

Рис. 329. Чертеж к лабораторной работе с полукруглым стеклом

Случай 3. Трехгранная призма. Этот случай измерения показателя преломления менее точен, чем предыдущие, но он полезен с методической стороны, так как позволяет учащимся лучше освоиться с ходом луча в призме, с наименьшим углом отклонения и вообще с приемом наблюдения сквозь призму. Все это дается учащимся с трудом, и они всегда с большим затруднением отыскивают изображение предмета, рассматриваемого сквозь призму. Применить можно стеклянную призму или призматический трехгранный сосуд (рис. 290) с жидкостью.

Поставив произвольно две булавки В и С (на расстоянии, равном, примерно, половине ширины грани призмы), вдвигают между булавками призму так, чтобы ее две грани своими серединами коснулись булавок (рис. 330). Смотря одним глазом на одну из булавок (например С), отыскивают такой луч зрения, чтобы на нем лежало изображение другой булавки (В), видимое сквозь призму.

Рис. 330. Установка лабораторной работы с призмой

Тогда на пути того же луча втыкают еще две булавки А и D до и после призмы так, что все 4 булавки должны казаться лежащими на одной прямой линии. При указанном расположении булавок луч проходит через призму с наименьшим отклонением (или, в крайнем случае, близок к таким условиям). В этом можно убедиться, поворачивая призму в ту и другую стороны; в обоих случаях изображение булавки А должно сдвигаться к преломляющему ребру призмы, т. е. отклоняться дальше от луча зрения DB.

Обведя карандашом грани призмы и места уколов, убирают призму и булавки и строят ход луча, т. е. ломаную линию ABCD (рис. 331), которая обнаруживает свойство призмы отклонять луч к основанию.

Рис. 331. Чертеж к лабораторной работе с призмой

Проведя в точке В (или С) перпендикуляр к ребру призмы KL (или ML), измеряют углыпадения а и преломления b и вычисляют показатель преломления стекла.