Определение показателя преломления жидкостей

1. На поверхность измерительной призмы нанести несколько капель жидкости и осторожно закрыть головку. Наблюдая через окно убедиться в том, что жидкость полностью заполнила зазор между измерительной и осветительной призмами.

2. Установить осветительное зеркало перед окном так, чтобы поле зрения трубы было равномерно освещено.

3. Вращая маховичок 5, найти границу раздела света и тени, маховичком 6 устранить ее размытость.

4. Точно совмещая границу раздела с перекрестием сетки, снять отсчет по шкале показателей преломления. Результат измерения записать в таблицу 1.

5. Осторожно открыть головку и протереть мягкой тряпочкой или салфеткой рабочие поверхности блока Аббе. Полированную грань измерительной призмы вытирать очень осторожно, чтобы не повредить полировку. Оставить блок на некоторое время открытым для просушки. Повторить эксперимент 3 раза.

6. Проделать пп. 1 – 5 для других типов жидкости. Результаты измерения записать в таблицу 1

7. Вычислить абсолютную и относительную погрешность случайных измерений.

Таблица 1. Показатель преломления различных жидкостей

№	n ₁	n ₂	n ₃	D n	e, %
1
2
3
4

Зависимость показателя преломления жидкости от концентрации раствора

1. Аналогично как и в предыдущем задании измерить показатели преломления растворов различной концентрации. Результаты измерений занести в таблицу 2.

2. Рассчитать среднее значение показателя преломления для каждого раствора.

3. По полученным данным построить линейный график зависимости показателя преломления от концентрации раствора.

4. Методом наименьших квадратов определить абсолютную и относительную погрешность измерений.

Таблица 2. Показатель преломления жидкостей различной концентрации

№	С, %	n ₁	n ₂	n ₃	D n	e, %
1	5
2	10
3	15
4	20
5	25
6	30

Контрольные вопросы.

1. Сформулировать закон преломления и пояснить физический смысл относительного и абсолютного показателей преломления.

2. Сформулировать условия, при которых наблюдается полное внутреннее отражение. Получить формулу для определения предельного угла полного внутреннего отражения.

3. Объяснить зависимость величины предельного угла от длины волны.

4. Какую роль играет в рефрактометре компенсатор дисперсии?

5. Как формируется изображение в фокальной плоскости зрительной трубы при освещении белым светом?

6. Что называется оптической длиной пути?

7. Сформулировать принцип Ферма. Вывести закон отражения и преломления света используя принцип Ферма.

Лабораторная работа № 10

Определение постоянной Планка

Цели и задачи работы

Цели работы:

– Ознакомление студентов с работой полупроводникового лазера.

Задачи работы:

– Определение длины волны полупроводникового лазера.

– Определение расстояния между волокнами сеточного материала.

– Определение постоянной Планка.

– Определение погрешности измерений.

Теоретическая часть

Как известно, разрешенные значения энергии электронов в атоме отделены друг от друга широкими областями запрещенных энергий. При объединении атомов в твердое тело энергетические состояния электронов изолированных атомов изменяются. Вместо разрешенных энергетических уровней возникают энергетические полосы, или зоны разрешенных значений энергии, которые по-прежнему остаются отделенными друг от друга областями, соответствующими запрещенным значениям энергии. В наибольшей степени это касается внешних, валентных электронов, которые слабее связаны со своими ядрами.

Подобно тому, как в изолированном атоме электроны могут совершать переходы между энергетическими уровнями, электроны в кристаллах могут переходить из одной зоны в другую. В примесных полупроводниках, как электронных, так и дырочных, такой переход осуществляется под воздействием электрического поля источника тока. Обратный процесс перехода электрона может сопровождаться излучением кванта света.

Излучение света при переходе электрона из состояния с более высокой энергией в состояние с меньшей энергией лежит в основе работы светодиодов и полупроводниковых лазеров.

Для того чтобы электрон мог совершить переход в разрешенное состояние с более высокой энергией, он должен приобрести в электрическом поле энергию, равную ширине запрещенной зоны. Энергия, приобретаемая электроном в электрическом поле, составляет . Энергия фотона , излучаемого при обратном переходе электрона в нижнее энергетическое состояние также приблизительно равна ширине запрещенной зоны. Таким образом, с учетом можно записать

откуда

(1)

где h – постоянная Планка, l – длина волны света, излучаемого полупроводниковым переходом, с – скорость света, е – заряд электрона, U – напряжение, приложенное к переходу.

Таким образом, для определения постоянной Планка необходимо измерить длину волны излучаемого полупроводниковым прибором света и измерить напряжение, при котором переход начинает излучать световые кванты.

В работе длина волны излучения определяется с помощью дифракционной решетки с известным периодом. Если падающий луч длинной волны излучения l, перпендикулярен поверхности решетки, период которой равен d, то угол j и порядок k дифракции связаны соотношением:

Из последнего выражения находим длину волны полупроводникового лазера

(2)

Электрическая схема экспериментальной установки представлена на рис. 8, а. Все элементы этой цепи за исключением вольтметра смонтированы на платформе (рис. 8, б). Полупроводниковый лазер Л прикрепляется к магниту, в результате чего, вращая лазер можно регулировать необходимое направление лазерного луча по вертикали. Дифракционная решетка Д также прикрепляется к двум магнитам, её период написан на краю стальной рамки. Напряжение на полупроводниковом лазере регулируется с помощью переменного резистора R. Для измерения напряжения используется мультиметр, который подключается к имеющимся на платформе клеммам U. Включение лазера осуществляется переключателем К.