ガラスと水の中の光速度

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この実験では、遊動顕微鏡を用いて媒質中で屈折された光による像(虚像)を観察することにより、媒質の屈折率、媒質中の光速を求める。屈折現象の効果を定量的に測定できる、興味深い実験である。



概要

光の速度は媒質によって変化する。そのため、ことなる媒質に光が入射したときは屈折が起こる。その性質は幾何光学によってよく理解できる。

光を厚さaの媒質に入射させ、底面から届く光を観察することを考える。このとき、入射面からみた底面の深さbは、屈折のためにaより浅く見える*1。比

a math image

は媒質2の媒質1に対する屈折率である。これを用いれば、媒質2における光速度は

a math image

と求められる。

aとbの値を測定するためには遊動顕微鏡を用いる。顕微鏡の筒はガイドにそって上下に移動できるようになっており、移動距離を目盛から読み取ることができる。屈折された虚像にピントを合わせることにより、bを決定できる。*2

媒質として、ガラスブロックと水を用いて、それぞれの屈折率を求める。

特徴

  • 遊動顕微鏡を使って、屈折による見かけの深さの減少を測定できる。

装置

★詳細については、実験マニュアルを参照

ガラス、シャーレ、粉遊動顕微鏡
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実験の流れ

★詳細については、実験マニュアルを参照

画像手順
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遊動顕微鏡を水平に設置する。
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ガラスの底面の像や表面の印にピントを合わせる。
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シャーレに水を入れて測定。
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水面の高さを測定するために、粉をまく。

実施時の注意点

  • 水面に粉をまくときに、一カ所に集中してまくと、厚みができてしまう。薄く蒔くのがよい。

実験結果

測定量ガラスの屈折率
標本数300
平均値1.54
標準偏差0.07


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測定量水の屈折率
標本数300
平均値1.36
標準偏差0.11
文献値1.33*3


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実験マニュアル

ダウンロード: fileガラスと水の中の光速度.pdf


物理学実験/著作権について

*1 日常生活では、水のきれいな川やプールに入ったときに、実際の深さより浅く見えることで実感できる
*2 aは実際の深さだから他の方法で測定が可能だが、aの測定にも誘導顕微鏡を用いる。
*3 20℃、ナトリウムD線に対する値

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Last-modified: 2008-12-15 (月) 18:10:17 (105d)