取り組みガラスと水の中の光速度
遊動顕微鏡を使って、ガラスと水の屈折率を測定し物質中の光速度を求める。
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
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
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。
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 |
|---|---|
（lightboxで画像ウインドウが開きます） |
遊動顕微鏡を水平に設置する。 |
（lightboxで画像ウインドウが開きます） |
ガラスの底面の像や表面の印にピントを合わせる。 |
（lightboxで画像ウインドウが開きます） |
シャーレに水を入れて測定。 |
（lightboxで画像ウインドウが開きます） |
水面の高さを測定するために、粉をまく。 |
遊動顕微鏡の使い方
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 |
| 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 |
実験マニュアル
- ガラスと水の中の光速度
（194KB）
