Материал: Определение показателя преломления жидкости рефрактометром Методическое пособие к лабораторной работе для студентов врачебных факультетов

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сибирский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения Российской Федерации

____________________________________________________________________

Кафедра физики с курсом высшей математики

Л.А. Колубаева, А.И. Башкиров

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ РЕФРАКТОМЕТРОМ

Методическое пособие к лабораторной работе

для студентов врачебных факультетов

Томск Издательство СибГМУ

2017

УДК 535.324(075.8) ББК 22.343.2я73

К 617

Авторы:

Л.А. Колубаева, А.И. Башкиров

Колубаева Л.А. Определение показателя преломления жидкости

К617 рефрактометром: методическое пособие к лабораторной работе / Л. А. Колубаева, А. И. Башкиров. – Томск: Издательство СибГМУ, 2017. – 13 с.

Вметодическом пособии описаны эффекты, возникающие при прохождении света через границу раздела двух сред, принцип действия приборов, использующих эти эффекты – рефрактометров. Описана методика измерения показателя преломления растворов, а также методика определения концентрации водных растворов.

Методическое пособие предназначено для студентов врачебных факультетов.

УДК 535.324(075.8) ББК 22.343.2я73

© Л.А. Колубаева, А.И. Башкиров, 2017 © Издательство СибГМУ, 2017

2

Лабораторная работа ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ

ЖИДКОСТИ РЕФРАКТОМЕТРОМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение принципа работы рефрактометра и исследование зависимости показателя преломления раствора от концентрации.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: рефрактометр РПЛ-3, пипетка, растворы соли или сахара различной концентрации.

ЗАКОНЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ И ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ

Длины воспринимаемых глазом световых волн λочень малы (порядка 10-7м). Поэтому, отвлекаясь от волновой природы света, его распространение можно в первом приближении рассматривать вдоль некоторых линий, называемых лучами. В предельном случае, соответствующем λ→ 0, законы можно сформулировать на языке геометрии. В соответствии с этим раздел оптики, в котором пренебрегают конечностью длин волн, называется

геометрической оптикой.

Основу геометрической оптики образуют четыре закона: 1) закон прямолинейного распространения света; 2) закон независимости световых лучей; 3) закон отражения света; 4) закон преломления света.

Закон прямолинейного распространения света утверждает, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Закон независимости световых лучей утверждает, что лучи при пересечении не взаимодействуют друг с другом. Пересечение лучей не мешает каждому из них распространяться независимо друг от друга.

Закон отражения света утверждает, что отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром восстановленным в точку падения А; угол отражения β равен углу падения α (рис. 1).

3

Рис. 1. Отражение и преломление света при падении на границу раздела двух сред

Закон преломления света формулируется следующим образом: преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точку падения А; отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления γ есть величина постоянная для данных сред

Величина n12 называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой

где, n1 и n2 – абсолютные показатели преломления среды 1 и 2 соответственно. Абсолютный показатель преломления показывает во сколько раз скорость распространения света в среде ν меньше скорости распространения

света в вакууме с

n = cv .

Заменив в формуле (1) n12 выражением (2), закон преломления можно представить в виде

Из этой формулы видно, что при переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную (n1>n2) луч света удаляется от нормали к поверхности раздела двух сред, т.е. угол γ больше угла α. Увеличение угла падения α сопровождается более быстрым ростом угла преломления γ и, при достижении углом α значения

угол γ становится равным π/2. Угол, определяемый формулой (4), называется предельным углом падения. А явление называется полным внутренним отражением.

Энергия, которую несет падающий луч, распределяется между отраженным и преломленным лучами. По мере увеличения угла падения интенсивность отраженного луча растет, интенсивность же преломленного луча убывает, обращаясь в ноль при предельном угле падения. При угле падения большем, чем предельный угол, энергия падающего луча полностью передается отраженному лучу.

ЯВЛЕНИЕПОЛНОГОВНУТРЕННЕГООТРАЖЕНИЯ

При падении света на границу раздела двух сред, скорость распространения света в которых различна, происходит изменение его направления. Это явление называется преломлением или рефракцией света. Абсолютным показателем преломления среды называют отношение скорости распространения света в вакууме (обозначается с) к скорости его распространения в данной среде v:

n = c/v.

При переходе света из среды с меньшим показателем преломления (оптически менее плотная среда) в среду с большим показателем преломления (оптически более плотная среда) угол падения луча больше угла преломления (рис. 2, а). Если луч падает на границу раздела сред под наибольшим возможным углом i=π/2 (луч скользит вдоль границы раздела сред), то он будет преломляться под угломrпр<π/2. Этот угол является наибольшим углом преломления для данных сред и называется предельным углом преломления. Из закона преломления света следует

n12 = sin(π/2)/sin(rпр) = 1/sin(rпр) = n2/n1, (5)

где n1и n2 – абсолютные показатели преломления сред, откудаsin(rпр) = n1/n2.

5