Новый Эталон Килограмма
может в ближайшее время заменить устаревший платиново-иридиевый... »»»
Солнце Становится Ближе
получены изображения высокого разрешения Солнца с космической обсерватории Solar Dynamics Observatory... »»»
Человек "Искрививший" Время
биография Альберта Эйнштейна - величайшего физика создавшего "Общую теорию относительности"... »»»
Что за Очки у Будущего?
история создания, развития и будущее популярного оптического прибора... »»»
На рисунке показан карандаш, стоящий в сосуде с водой. Лучи света, распространяющиеся из точки О карандаша, находящейся на дне сосуда, преломляются и отклоняются от нормалей N1 и N2 как показано на рисунке.
Для глаза они представляются приходящими из точки I. Если смотреть на карандаш сверху через поверхность воды, то он выглядит переломленным (как показано штриховой линией).
Как выглядит монета в воде
На рисунке справа дана лучевая диаграмма для глаза, наблюдающего монету на дне сосуда с водой. Она показывает прямой луч, идущий от монеты прямо из воды в воздух без отклонения;
завершает диаграмму другой луч, преломляющийся под некоторым углом при пересечении границы «вода — воздух», и в этом случае видимое глазом изображение представляется находящимся ближе к поверхности воды, чем в действительности.
Измерение показателя преломления на основании действительной и кажущейся глубины
На одной из сторон прямоугольной стеклянной пластины поставлена фломастером точка О, которую легко стереть влажной тканью. Эта точка выступает в роли «предмета».
На рисунке показано изображение J точки О, когда она наблюдается нормально через другую сторону стеклянной пластины. Луч OY преломляется, переходя границу «стекло — воздух».Углы, которые луч составляет с нормалью в стекле и воздухе, обозначены соответственно r и i. Показатель преломления стекла определяется по формуле n = sin i/sin r.
Предположим, что точка Y движется ближе и ближе к X. Расстояния ОY и JY станут короче и почти равными расстояниям ОХ и JX соответственно. Поэтому показатель преломления n, который равен OY/JY, также почти равен OX/JX. Расстояние ОХ известно как действительная глубина, а расстояние JX — как кажущаяся глубина. Для лучей света, падающих на границу раздела очень близко к нормали, показатель преломления n = действительная глубина/кажущаяся глубина. Ясно, что в этом эксперименте может быть использована прямоугольная пластина из любого прозрачного материала.
Исследование. Определить показатель преломления плексигласа методом сравнения действительной и кажущейся глубины
Этот метод требует точного измерения действительной и кажущейся глубины, что, в свою очередь, предполагает определение положения мнимого изображения методом исключения параллакса.
Поместите пластину из плексигласа на лист белой бумаги и тщательно обрисуйте ее очертания. Прочертите вертикальную линию в центре одной из меньших сторон пластины. Эта линия будет выступать как объект. Когда линия объекта наблюдается нормально через плексиглас с противоположной стороны пластины, то ее изображение появится внутри пластины. Фиксирующая игла в пробковом «держателе» используется для определения положения кажущегося изображения.
Поместите иглу на плексигласовую пластину и передвиньте ее в такое положение, когда, глядя прямо на линию объекта через пластину, видно, что она составляет непрерывную вертикальную линию с иглой. Наблюдение следует вести лишь одним глазом (закрыв другой глаз). Проверьте совмещение иглы, передвигая вашу голову слегка из стороны в сторону. Если игла и изображение не отделяются друг от друга, то игла находится непосредственно над мнимым изображением. Если же они расходятся в стороны, то они совмещены неточно.
Отметьте, передвигаются ли игла или изображение относительно друг друга влево, когда ваш глаз перемещается вправо. То, что передвигается влево, находится к вам ближе. Передвигайте иглу назад или вперед в соответствии с вашими наблюдениями.Передвигайте иглу до тех пор, пока при перемещении глаза не исчезнет параллакс (не будет отделяться игла от изображения объекта). Оставив иглу неподвижной, измерьте кажущуюся глубину от стороны пластины, через которую вы ведете наблюдение, до иглы, которая отмечает положение изображения.
Измерьте действительную глубину от стороны пластины, через которую вы ведете наблюдение, до линии объекта либо до того, как вы определили положение изображения, либо после измерения кажущейся глубины. Повторите эксперимент, чтобы получить вторые показания для действительной и кажущейся глубины, и запишите ваши результаты в таблицу. Подсчитайте отношение действительной глубины к кажущейся для обеих пар измерений и усредните результаты, чтобы получить показатель преломления n плексигласа.
Метод исследования описанный в исследовании может быть использован для определения коэффициента преломления воды. Стальной гвоздь на дне высокого лабораторного стакана служит объектом. Фиксирующая игла, удерживаемая в зажиме штатива, передвигается (вне стакана) в поисках положения совмещения с изображением гвоздя без смешения (параллакса). Изменяйте действительную глубину d1 воды (предположим 10, 12, 16, 20 и 24 см), осторожно добавляя воду. Найдите соответствующую кажущуюся глубину d2.
Оформите результаты, как и ранее, или постройте график соотношения d1 и d2. График соотношения действительной глубины d1 и кажущейся глубины d2 должен представить собой прямую линию, проходящую через начало координат. Показатель преломления п дается градиентом (наклоном) этой прямой линии.
Гораздо более точным методом определения показателя преломления для кристаллов и жидкостей на основании действительной и кажущейся глубины является применение передвижного микроскопа. Этот микроскоп производит измерения с точностью до 0,01 мм и может быть сфокусирован на самом изображении, что устраняет ошибки безпараллаксного метода.
Используя этот метод для определения показателя преломления какого-либо кристалла, например стекла, микроскоп нужно сфокусировать на отметке, поставленной на листе белой бумаги. Затем сфокусировать на этой отметке через поставленную на нее стеклянную пластину. И наконец, микроскоп сфокусировать на порошке ликоподия, которым слегка посыпать стеклянную пластину.
Исследование. Определить показатель преломления жидкости при помощи микроскопа
Настройте окуляр микроскопа так, чтобы пересекающиеся риски находились в фокусе. Сделайте отметку на основании внутри лабораторного стакана и, передвигая микроскоп вверх или вниз, добейтесь, чтобы эта отметка находилась в четком фокусе (рис. а).
Отметьте показание s1 на основной шкале относительно нулевой точки верньера и запишите его в соответствующую таблицу результатов. Теперь аккуратно налейте воду в стакан до некоторой высоты. Вновь сфокусируйте микроскоп на отметке через воду (рис. б). Запишите второе показание s2 на основной шкале, учтя показания малой шкалы. Слегка посыпьте порошком ликоподия поверхность воды. Вновь настройте микроскоп, сфокусировав его на порошке (рис. в). Отметьте и запишите третье показание s3.
Подсчитайте действительную глубину по формуле (s3 - s1) и кажущуюся глубину по формуле (s3 - s2). Отсюда подсчитайте показатель преломления n воды по формуле n = (s3 - s1)/ (s3 - s2).
