Как определить показатель преломления стекла

Несмотря на то, что нужную информацию можно найти в любом справочнике, студентам и школьникам часто приводятся методики определения показателя преломления стекла. Делается это потому, что расчет значения крайне нагляден и прост для объяснения физических процессов.

Инструкция

1. Формально показатель преломления является условной величиной, характеризующей способность материала изменять угол падения луча. Потому наиболее простым и очевидным способом определения n является эксперимент с лучом света.
2. N определяется при помощи установки, состоящей из источника света, линзы, призмы (или обычного стекла) и экрана. Свет, проходящий через линзу, фокусируется и падает на преломляющую поверхность, после чего отражается на экран, предварительно размеченный особым образом: на плоскости нарисована линейка, отсчитывающая угол преломления относительно исходного луча.
3. Главной формулой для нахождения n всегда является отношение sin(a)/sin(b)=n2/n1, где a и b – углы падения и преломления, а n2 и n1 - показатели преломления сред. Показатель преломления воздуха, для удобства принимается равным единице, а потому уравнение может принять вид n2=sin(a)/sin(b). В данное уравнение необходимо подставить экспериментальные значения из предыдущего пункта.
4. Некорректно говорить о единственном значении угла преломления вещества. Известно явление дисперсии: зависимость n от длины волны (L). Если говорить о видимом диапазоне, то зависимость имеет форму графика e^(-x) (обратна экспоненциальной), где по оси x отложена длина волны, а по y – показатель преломления. Чем меньше длина волны, тем показатель преломления больше.
5. Солнечный свет состоит из набора волн с разными длинами. Очевидно, что каждая из них обладает собственным значением n. Во втором шаге вместо стекла изначально указана призма, т.к. она позволяет значительно увеличить преломление, сделав его более наглядным. Однако при таком увеличении проявляется разложение света в спектр: на экране будет проецироваться небольшая радуга.
6. Каждый цвет «радуги» - электромагнитная волна определенной длины (380-700 нм). Красный цвет обладает меньшей длиной волны, в то время как фиолетовый – наибольшей.
7. Математический вывод дисперсии оперирует достаточно сложными формулами. Идея заключается в том, что n=(E*M)^(-1/2). M можно принять равным 1, а E расписать как 1+X, где X – электрическая восприимчивость среды. Она, в свою очередь может быть расписана через параметры вещества, которые, затем, выводятся в еще более общем виде. В конечном счете в формуле появляется w – частота волны.