1. Цель работы: Изучение явления полного внутреннего отражения, определение его предельного угла в стекле и показателя преломления стекла.

Оборудование: источник питания, прибор состоящий из подставки со стойкой и противовесом, осветитель диска и полуцилиндрической линзы.

Краткая теория

Падая на границу раздела двух сред, луч света частично переходит из первой среды во вторую и при этом преломляется, а частично отражается от границы раздела и остаётся в первой среде.

Лучи падающий, отражённый, преломлённый и нормаль к границе раздела, восстановленная из точки падения, лежат в одной плоскости. Углы отсчитываются от нормали.

Энергия отражённого луча при увеличении угла падения увеличивается, а преломлённого соответственно уменьшается.

Скорость распространения света в вакууме , в любой другой среде, она всегда меньше .

Чем меньше скорость распространения света в данной среде, тем она оптически более плотная и имеет больший показатель преломления.

При переходе луча из среды менее плотной в среду более плотную угол падения  больше угла преломления , а при переходе луча из среды более плотной в среду менее плотную .

Если увеличивать угол падения  луча, идущего из более плотной в менее плотную среду, то при некотором его значении угол преломления достигнет  и луч, не переходя по вторую среду будет скользить по границе раздела.

При дальнейшем увеличении угла падения луч будет полностью отражаться. Такое явление называется полным внутренним отражением (рис. 16). Угол падения, при котором угол преломления равен , называется предельным углом полного внутреннего отражения.

Математически это явление легко описать с помощью законов преломления.

Если  — показатель преломления второй среды, относительно первой,  и  — абсолютные показатели преломления этих сред (т.е. по отношению к вакууму), то

.                                    (1)

Обозначим через  предельный угол полного внутреннего отражения. Как уже сказано, если , то  и , поэтому формула (1) переходит в формулу (2):

.                                     (2)

Из формулы (1) видно, что если взять угол , то, поскольку  должен быть больше , при данном значении  придём к невыполнимому условию: . Это и значит, что преломлённого луча существовать не должно.

Порядок выполнения работы

1. Установить осветитель в верхнее положение (рис.17). Включить тумблер выпрямителя и проверить, проходит ли луч через центр полуцилиндрической линзы. В этом случае луч света проходит не преломляясь, так как он падает перпендикулярно к границе раздела.

Рис. 17.

2. Отклонить осветитель по часовой стрелке на угол , измерить соответствующий угол преломления . Увеличивать угол падения луча  до тех пор, пока угол преломления  не достигнет значения . В этом случае преломлённый луч будет скользить по границе раздела, а угол  будет предельным углом полного внутреннего отражения. Данные записать в таблицу 1.

Таблица 1.

	0
	0.1736
	0.3420
	0.5000
	0.6428
…

3. Рассчитать по формуле (1) показатель преломления стекла, из которого сделана линза.

4. Вычислить абсолютную и относительную погрешность показателя преломления.

5. Определить по формуле (2) предельный угол полного внутреннего отражения и сравнить его значение с А, полученным экспериментально.

6. Определить скорость распространения луча  в полуцилиндрической линзе по формуле (1). Вычислить  и .

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте законы преломления.

2. При каких условиях возникает полное внутреннее отражение?

3. Какое явление называется полным внутренним отражением?

4. Напишите формулу для предельного угла полного внутреннего отражения.

5. Изобразите ход лучей при полном внутреннем отражении.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 17