Летающий спутник

Летающий спутник

Заработок для студента

Заработок для студента

 Заказать диплом

Заказать диплом

 Cкачать контрольную

Cкачать контрольную

 Курсовые работы

Курсовые работы

Репетиторы онлайн по любым предметам

Репетиторы онлайн по любым предметам

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Выполнение дипломных, курсовых, контрольных работ

Магазин студенческих работ

Магазин студенческих работ

Диссертации на заказ

Диссертации на заказ

Заказать курсовую работу или скачать?

Заказать курсовую работу или скачать?

Эссе на заказ

Эссе на заказ

Банк рефератов и курсовых

Банк рефератов и курсовых

Лабораторные работы по физике Исследование упругих и тепловых свойств воздуха. Изучение явления электропроводности Электромагнитные волны Интерференция Явление дифракции Ядерная модель атома Атомное ядро.

Лабораторные работы по физике

Лабораторная работа № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ С ПОМОЩЬЮ РЕФРАКТОМЕТРА

Цель работы: определить показатель преломления жидкости рефрактометрическим методом.

Оборудование: рефрактометр, дистиллированная вода, исследуемая жидкость.

Основание к допуску

Иметь конспект данной работы.

Знать закон преломления света, показатель преломления света, рефракция, знать порядок выполнения работы.

Краткая теория

 Луч света, переходя из одной среды в другую, преломляется, отклоняясь от своего первоначального направления. Это явление преломления света называется рефракцией.

Закон преломления: падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред,

Рис. 8

восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения a к синусу угла преломления b есть величина постоянная для двух данных сред и равна отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде (рис. 8) и обратно пропорциональна отношению оптических показателей преломления двух сред:

 , (2.1)

 и ,

где с – скорость света в вакууме, а n1 n2 – безразмерные величины, называемые абсолютными показателями преломления первой и второй сред.

Абсолютный показатель преломления (или просто показатель преломления) является важной оптической характеристикой среды: он показывает, во сколько раз скорость света в данной среде меньше скорости света в вакууме. Учитывая это, закон преломления света можно записать в виде:

 , (2.2)

где n2,1 – относительный показатель преломления второй среды относительно первой.

Из двух сред, имеющих различные показатели преломления, среда с меньшим показателем называется оптически менее плотной, а среда с большим показателем – оптически более плотной. Если свет проходит из оптически более плотной среды (n2) в оптически менее плотную среду (n1), например, из стекла в воду, то согласно закону преломления (2.2) угол a будет меньше угла b (рис. 9).

 а) б) в) 

Рис. 9.

Поэтому, при некотором угле падения a = aпр угол преломления b окажется равным 900, т. е. преломленный луч будет скользить вдоль границы раздела сред, не входя во вторую среду (рис. 9а). Угол aпр называется предельным углом полного внутреннего отражения. При a  > aпр свет полностью отражается в первую среду (рис. 9в). Это явление называется полным внутренним отражением света. Согласно формуле (2.2)

, (2.3)

откуда

, (2.4)

Рассмотрим обратную ситуацию: если свет переходит из среды с меньшим показателем преломления, например, из воды в стекло, то световые лучи, преломляясь на границе раздела, будут распространяться внутри предельного угла преломления. Предельным углом преломления bпр называется такой угол преломления, которому соответствует угол падения aм, стремящийся к 900. Эта ситуация также изображена на рис. 9, если направление лучей света обратить на противоположные.

Оптический прибор, в основу конструкции которого положен метод определения показателя преломления исследуемой жидкости по предельному углу преломления или углу полного внутреннего отражения, называется рефрактометром.

Рис. 10

На рисунке 10 схематически представлена прохождение лучей света в рефрактометре.

Согласно формуле (2.2) при α = 900 имеем: , отсюда получаем соотношения:

, а n1 = n2 sin βпр . (2.5)

Порядок выполнения работы

Исследуемый раствор помещается между плоскостями двух призм – осветительной I и измерительной II (рис. 10). На осветительную призму направляется световой луч от источника света. Грань АС осветительной призмы матовая, она рассеивает световые лучи, которые, пройдя через слой исследуемой жидкости, попадают на измерительную призму под всевозможными углами a. Показатель преломления призмы II больше показателя преломления исследуемой жидкости, поэтому световые лучи, падающие на любую точку (а, б) измерительной призмы, после преломления будут распространяться в границах предельного угла преломления βпр.

Если на пути лучей расположить зрительную трубу так, чтобы преломленный луч 1, являющийся граничным для предельного угла bпр, проходил через оптическую ось объектива трубы, то одна половина поля зрения окуляра (правее преломленного луча 1) будет темной, а вторая (левее этого луча) – светлой.

Для случая предельного угла преломления (согласно 2.5) имеем:

n1 = n2 sin βпр

где n1 – показатель преломления жидкости, n2 – показатель преломления стекла измерительной призмы.

Таким образом, определив предельный угол преломления, можно найти показатель преломления исследуемой жидкости. Измерения производят с помощью зрительной трубы, в фокальной плоскости окуляра которой находится перекрестие нитей. Наводя перекрестие нитей на границу раздела света и темноты (светотени), можно по отсчетной шкале определить угол bпр. Практически не приходится производить измерение углов bпр и вычислять показатель преломления, так как при изготовлении приборов показатели преломления сразу наносятся на шкалу приборов, согласно выражению (2.5)

Значение показателя преломления раствора, определяемого рефрактометрическим методом, зависит от концентрации раствора и температуры. Чем выше концентрация раствора, тем больше показатель преломления при неизменной температуре.

Для разных веществ эта зависимость носит разный характер. Для сахарных растворов эта зависимость хорошо изучена и отображена на правой шкале прибора, по которой непосредственно определяется концентрация сахара в растворе. Для определения концентрации какого-либо другого вещества (не сахара) пользуются левой шкалой прибора, по которой определяют показатель преломления раствора. А вначале устанавливают зависимость между показателем преломления и концентрацией раствора.

На практике рефрактометр используют для определения содержания сухих веществ, сахаров, спирта, экстрактов в сусле и вине, контролируют содержание белков в молоке.

Задание 1. Определить показатель преломления жидкости с помощью рефрактометра (освоить метод).

Снять пробку с окна верхней камеры, окно нижней камеры должно быть закрыто.

Открыть верхнюю камеру и промыть дистиллированной водой поверхности измерительной и осветительной призм и насухо вытереть чистой льняной салфеткой.

Оплавленным концом стеклянной палочки нанести на плоскость измерительной призмы одну-две капли дистиллированной воды и закрыть верхнюю камеру.

Смещая, осветитель, луч света направить в окно верхней камеры.

Перемещением рукоятки с окуляром (внутри прибора вместе с рукояткой перемещается механизм наведения) вдоль шкалы вверх или вниз ввести в поле зрения границу светотени.

Резкость границы светотени, штрихов шкалы и перекрестия сетки установить вращением гайки окуляра по глазу наблюдателя.

Вращением рукоятки дисперсионного компенсатора устранить окрашенность границы светотени.

Поворотом рычага осветителя и вращением осветителя на оси добиться максимально контрастной границы светотени.

Перемещая рукоятку с окуляром, границу светотени подвести к центру перекрестия сетки и по границе светотени произвести отсчет по шкале показателей преломления. Измерения произвести не менее трех раз.

Найти среднее арифметическое значение результатов трех измерений показателя преломления дистиллированной воды.

Сравните полученный результат с табличным nТ = 1,33299

Если расхождение не превышает 5%, приступайте к выполнению следующего задания. Если расхождение превышает 5%, необходимо произвести установку нуль-пункта рефрактометра (установку производит лаборант).

Задание 2. Исследуйте зависимость показателя преломления раствора от его концентрации.

С помощью рефрактометра определить показатели преломления растворов различных концентраций.

Результаты измерений занесите в таблицу 1:

Таблица 1

С, %

n

Изобразите графически зависимость n = f(C).

По наклону полученного графика определите удельный показатель преломления исследованного раствора жидкости.

Основание к зачету

Иметь оформленный отчет.

Ответить на вопросы:

Что называется абсолютным и относительным показателем преломления? Сформулировать закон преломления лучей света на границе двух сред.

Что называется предельным углом преломления?

В чем заключается явление полного внутреннего отражения?

Что называется предельным углом полного внутреннего отражения?

Объясните принцип действия рефрактометра.

Где используется рефрактометр?


Лабораторные работы по физике, лекции и конспекты