Измерение показателя преломления света».
Цель работы: Измерить показатель преломления стеклянной пластины, имеющей форму трапеции.
Приборы и материалы: Стеклянная плоско - параллельная пластина, имеющая форму трапеции, набор из четырех булавок(игл), лист бумаги, карандаш, линейка, циркуль, лазерная указка ( или другой источник света, дающий световой пучок).
Введение
При переходе света из одной среды в другую происходит преломление лучей, измеряется направление распространения света. Это явление объясняется тем, что в различных средах скорость света различна.
Отношение скорости света “C” в вакууме к скорости света U в данной среде называется абсолютным показателем преломления n этой среды: n=C/U.
Из данной формулы легко получить другую , связывающую n с углами падения α и преломления β: n=sin α/sin β.
Закон преломления света:
1) падающий луч, переломленный и перпендикуляр , восстановленный в точку падения лежат в одной плоскости.
2)отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред.
Таким образом, для вычисления n достаточно измерить два угла α и β.
Так как скорость света в воздухе составляет 99,9% скорости света в вакууме, то во многих случаях, не требующих очень большой точности, можно за абсолютный показатель преломления среды принять ее показатель преломления, измеренный при переходе луча в данную среду из воздуха.
|
|
|
Проходя через стеклянную пластину, пучок света испытывает двукратное преломление. Показатель преломления стекла относительно воздуха определяется по формуле: n=sin α/sin β,где α- угол падения пучка света на грань пластины из воздуха в стекло, β- угол преломления светового пучка в стекле(рис.1).
Так как sin α=AE/AB и sin β=CD/BC, AB=BC (как радиусы), то формула для определения показателя преломления стекла имеет вид:
n пр. =AE/DC,
Максимальную относительную погрешность измерения находим по формуле:
ε = ▲AE/AE + ▲DC/DC
Максимальную абсолютную погрешность находим по формуле:
▲n= n пр.∙ε,
тогда: n = n пр. 
▲n ,
n пр. – приближенное значение показателя преломления.
Описание экспериментальной установки:
(Рис.1)
В работе изменяется показатель преломления стеклянной пластины, имеющей форму трапеции. На одну из параллельных граней пластины наклонно к ней направляют узкий световой пучок. Проходя через пластину, этот пучок света испытывает двукратное преломление. Источником света служит электрическая лампочка, подключенная через ключ к какому - либо источнику тока.
|
|
|
Световой пучок создается с помощью металлического экрана со щелью. При этом ширина пучка может меняться за счет изменения расстояния между экраном и лампочкой.
Показатель преломления стекла относительно воздуха определяется о формуле: n=sin α/sin β , где α- угол падения пучка света на грань пластины из воздуха в стекло,
β- угол преломления светового пучка в стекле.
Для определения отношения, стоящего в правой части формулы, поступают следующим образом. Перед тем как направить на пластину световой пучок, ее располагают на столе, на листе миллиметровой бумаги (или листе бумаги в клетку) так, чтобы одна из её параллельных граней совпадала с предварительно отмеченной линией на бумаге.
Эта линия укажет границу раздела сред воздух – стекло. Тонко отточенным карандашом проводят линию вдоль второй параллельной грани, эта линия изображает границу раздела двух сред стекло – воздух. Суть опыта заключается в том, что на одну из параллельных граней пластинки направляют пучок света под произвольным углом α. Отмечают точки A, B и F по ходу луча. (Вдоль падающего на пластину пучка и вышедших из нее световых пучков тонко отточенным карандашом ставят точки 1,2,3,4). После этого лампочку выключают, пластину снимают и с помощью линейки прочерчивают входящий, выходящий и преломленный лучи.
|
|
|
Через точку B границы раздела сред воздух – стекло проводят перпендикуляр к границе, отмечают углы падения α и преломления β.
Далее с помощью циркуля проводят окружность с центром в точке B и строят прямоугольные треугольники ABE и CBD.
Так как: sin α=AE/AB, sin β=CD/BC и AB=BC то n пр. = AE / DC.
Длину отрезков DC и AE измеряют по миллиметровой бумаге или с помощью линейки. При этом в обоих случаях инструментальную погрешность можно считать равной 1 мм. Погрешность отсчета надо взять так же равной 1 мм для учета неточности в расположении линейки относительно края светового пучка.
Измерив, указанные расстояния можно определить n.
Измерение и обработка результатов:
|
|
|
1. Подключить лампочку через выключатель к источнику тока. С помощью экрана с щелью получить тонкий световой пучок.
2. На середину листа бумаги положить плашмя стеклянную пластину и карандашом обвести ее контуры. Расположить так, чтобы глаз находился на уровне пластины.
3. С другой стороны стекла наколоть возможно дальше две булавки друг от друга так, чтобы прямая, проходящая через них, не была параллельна одной из параллельных граней пластины.
4. Третью и четвёртую булавку расположить по грани с другой стороны стекла и вколоть ее так, чтобы, смотря вдоль всех булавок через стекло, видеть их расположенными на одной прямой.
5. Стекло, булавки снять, места наколов отметить точками 1,2,3,4. Через точки 1 и 2, 3 и 4 провести прямые до пересечения с контурами стекла. Через точку B провести перпендикуляр к границе сред воздух – стекло.
6. Отметить угол падения, угол преломления.
7. С помощью циркуля проводят окружность с центром в точке B и строят прямоугольные треугольники ABE и CDB.
8. Измерить длины отрезков AE и DC с помощью линейки.
9. Вычислить приближенное значение показателя преломления n пр. = AE/DC
10. Вычислить ▲AE=▲ DC =▲AEинструментальную + ▲AEотсчета
11. Найти максимальную относительную погрешность: ε = ▲AE/AE + ▲DC/DC
12. Найти максимальную абсолютную погрешности по формуле: ▲n= n пр.∙ε.
13. Сравнить результаты, полученные по формулам:
n1 пр. -▲n1< n1< n1 пр. +▲n1;
n2 пр. -▲n2< n2< n2пр. +▲n2.
14. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу
| № п/п | Измерено:
| Вычислено: | |||||
| ▲AE ,мм. | ▲ DC ,мм. | n пр. | ▲AE, мм. | ▲ DC ,мм. | ε ,% | ▲n | |
| 1. | |||||||
| 2. | |||||||
15. Повторить то же самое при другом угле падения
16. Сделать вывод о зависимости показателя преломления от угла падения.
Контрольные вопросы.
- В чем сущность, явления преломления света и какова причина этого явления?
- В каких случаях свет на границе раздела двух сред не преломляется?
- Что называется коэффициентом преломления и в чем различие абсолютного и относительного коэффициентов преломления?
- Покажите на чертеже ход луча из стекла в воду?
- Ч то можно сказать о длине и частоте светового луча при переходе его из воздуха в алмаз?
Сделате вывод о проделанной работе.
.
.
.
.
Оценка и комментарий преподавателя:
.
Измерения и вычисления
Расчет погрешности измерений
Выполнение лабораторных работ связано с измерением различных физических величин и последующей обработкой их результатов.
Измерение ― нахождение значения физической величины опытным путем с помощью средств измерения.
Прямое измерение — определение значения физической величины непосредственно средствами измерения.
Косвенное измерение — определение значения физической величины по формуле, связывающей ее с другими физическими величинами, определяемыми прямыми измерениями.
При любом измерении всегда неизбежна большая или маленькая погрешность.
Максимальная абсолютная погрешность(Δ) — предельное значение погрешности.
Для оценки точности измерения надо знать, какую часть измеряемой величины составляет максимальная абсолютная погрешность, допущенная при измерении, это число называется максимальной относительной погрешностью(e).
Пусть А, В, С,…— физические величины
Апр — приближённое значение физической величины, то есть значение полученное путем прямых или косвенных измерений.
ΔА — абсолютная погрешность измерения физической величины.
εА — относительная погрешность измерения физической величины.
εА = 
*100%
ΔА (в большинстве случаев) равна цене деления прибора.
ΔА обычно округляют до одной значащей цифры:
ΔА = 0,17 » 0,2.
Апр округляют так, чтобы его последняя цифра оказалась в том же разряде, что и цифра погрешности:
Апр= 10,332 » 10,3.
Относительная погрешность косвенныхизмерений определяется с помощью формул:
| № п/п | Формула физической величины | Формула относительной погрешности |
| 1 | А= В*С*D | e =
|
| 2 | А=  *D
| |
| 3 | A= B ± C | e = 
|
| 4 | A = B* 
| e ═ 
|
Абсолютная погрешность косвенных измерений 
∆А = εА* Апр
(e- выражается десятичной дробью)
Ответ записывается в форме: А = Апр ± ΔА
Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 2280; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!