ЭКСПЕРИМЕНТ

А.Р.ОВСЯННИКОВ,
школа № 1, г. Микунь, Республика Коми

Определение показателя преломления стекла

Лабораторная работа. 11-й класс

Теория

При падении луча на границу сред с разными оптическими свойствами он частично отражается, а частично преломляется. При этом угол падения всегда равен углу отражения , а угол преломления зависит от соотношения показателей преломления сред: . Если n₁ > n₂, то < : лучи 1 – падающий луч, 1" – преломлённый луч; 1' – отражённый. [Интенсивность преломлённого луча зависит от угла падения. – Ред.]

При достаточно большом угле падения угол преломления становится равным 90° (лучи 2 и 2"). Это значит, что на границе сред луч 2 будет только отражаться (луч 2'), а интенсивность преломлённого луча станет равной нулю. Это значение угла падения ₀ называется предельным углом внутреннего отражения. При дальнейшем увеличении угла падения лучи тоже будут только отражаться (например, лучи 3 и 3').

Если взять полуцилиндр из стекла и смотреть через него из положений глаза 1, 2, 3, 4, то лучи 1 и 2 будут   преломляться [в воздушную прослойку между стеклом и столом. – Ред.], так что из положений 1, 2 окажется видна линия оси О. Лучи 3 и 4 будут полностью отражаться от нижней грани, так что из положений 3, 4 будет видна вертикально поставленная у края полуцилиндра линейка.

Зная предельный угол преломления и радиус полуцилиндра R, можно рассчитать показатель преломления стекла:

n₂ = 1 (воздух); n₁ = n_ст;

Для луча 3: sin₀ = sin KOA; 

По теореме Пифагора, OA = .

Окончательно:

Ход работы

1. На листе бумаги чертим толстую линию ОО и перпендикуляр к ней. Торцом вдоль перпендикуляра, симметрично относительно оси ОО, кладём полуцилиндр, а сбоку приставляем к нему линейку (перпендикулярно столу).

2. Через цилиндр рассматриваем линию оси ОО и постепенно смещаем глаз от положения 1 к положениям 2, 3, 4. Когда вместо линии ОО начинаем видеть шкалу линейки, измеряем длину отрезка АВ. Диаметр полуцилиндра измеряем непосредственно линейкой и вычисляем радиус.