Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.
Задание 9-2 Преломление света.
Еще древнегреческие ученые в V веке до нашей эры знали закон прямолинейного распространения и отражения света. Третий закон геометрической оптики – закон преломления открыл в 1621 году голландский ученый Виллеброрд Снелл (печатался под латинизированным именем Снеллиус).
В данном задании Вам необходимо исследовать приближение, которое использовали древнегреческие ученые при описании этого явления.
Для проведения измерений Вам предоставляется следующее оборудование: прозрачная чашка Петри с водой; лист картона, лист белой бумаги, 4 булавки, транспортир.
Введение.
Если луч света падает на границу раздела двух прозрачных сред, то он преломляется, изменяет направление своего распространения. Углы падения (
При малых углах закон преломления формулируется следующим образом:
отношение угла преломления к углу падения есть величина постоянная для данных двух сред (эта величина называется показателем преломления):
Вам необходимо проверить справедливость этого закона, и определить, при каких углах падения он справедлив.
Заполните прозрачную чашку водой, расположите ее на листе белой бумаги, под которым расположите лист картона. В картон вы может втыкать вертикально булавки и наблюдать их сквозь боковую сторону заполненной чашки. Тем самым вы можете построить на листе бумаги ход луча. Преломление света в стенках чашки в данном случае не играет существенной роли, основную роль играет преломление света в воде.
1.1 На листе бумаги укажите положение чашки, ее центра, положение всех булавок. Постройте ход луча, проходящего через все булавки, постройте его ход через чашку.
Нарисуй в масштабе внешнюю проекцию чашки как окружность и отметь её центр. Пометь на бумаге положения всех булавок и проведи прямые, соединяющие пары булавок, чтобы увидеть ход луча до и после чашки.
Луч света распространяется по прямым участкам между взаимодействиями с границей; нормаль в точке падения — прямая, проходящая через центр чашки и точку падения. Воспользуйся этим при построениях на листе.
- Отметь на чертеже центры чашки и положения булавок 1,2 и 3,4.
- Проведи прямую через булавки 1 и 2 и продолжи её до пересечения с окружностью (точка входа).
- Проведи прямую через булавки 3 и 4 и продолжи её обратно до пересечения с окружностью (точка выхода).
- Вырази положение точек пересечения луча с окружностью и построй продолжения луча внутри чашки, соединив точки входа и выхода.
1.2 Укажите на этом же листе углы падения и преломления лучей на входе и выходе из чашки. Проведите измерения этих углов, рассчитайте показатель преломления воды, оцените погрешность найденного значения.
Не забудьте сдать лист со своими построениями!
Нарисуй в точках входа и выхода нормали (линии через центр чашки) и измерь углы между падающим/выходящим лучом и этими нормалями. Оцени погрешность измерений (шкала транспортира ~1°).
Применяй закон преломления в приближённой форме, связывающий углы падения и преломления для данной пары сред (используй заданное приближение (1)). Запиши соотношение между измеряемыми углами и искомым показателем преломления
- Измерь на чертеже углы падения
и соответствующие углы преломления в точках входа и выхода с учётом погрешности . - Запиши соотношение между измеренными углами и
для каждого случая (воспользуйся приближённой формой закона преломления). - Оцени относительную погрешность
исходя из погрешностей углов и вырази из полученных соотношений и его абсолютную погрешность .
2.1 Исследуйте зависимость угла отклонения луча при прохождении чашки
Результаты измерений зависимости угла отклонения
2.2 Считая, что закон преломления света в приближенном виде (задаваемом формулой (1)), справедлив, получите формулу для зависимости угла отклонения
Проследи, на сколько сам луч меняет направление при каждом прохождении границы: насколько угол между начальным и промежуточным направлениями отличается от первоначального.
Применяй приближённый закон преломления
- На чертеже запиши отклонение луча при входе как
и при выходе аналогично. - Сложи вклады от входа и выхода, получив систему отношений между
, и вместе с законом преломления для . - Вырази
из полученной системы в виде функции от и (оставь выражение в символьном виде).
С помощью рисунка, приведенного в решении первой части, легко заметить, что при каждом преломлении луч отклоняется от своего первоначального направления на величину
На рисунке показан график теоретической зависимости (сплошная линия) и границы, рассчитанные при минимальном и максимальном значении показателя преломления
2.3 Нанесите на график экспериментальные точки (значения, полученные в п. 2.1).
2.4 Укажите, в каком диапазоне значений углов
Похожие задачи
Прозрачный цилиндр
Оборудование: лазер, источник тока для лазера, держатель для лазера, экран, линейка (
Преломление света
Если луч света проходит через границу двух сред, то он преломляется. Это явление вам знакомо, оно лежит в основе работы линз. Однако закон …
У Р Б П ≈2/5 Э2
Открой закон сам!
В данной задаче вам необходимо экспериментально исследовать законы отражения и преломления света. Оборудование: Источник света (лазер) на подставке …
У Р Б П ≈2/5 Э2
Преломление света
Показатель преломления вещества является одной из важнейших оптических характеристик вещества. Показатель преломления зависит от длины волны света. …
У Р Б П ≈5/5 Э2
Закон преломления света
Приборы и оборудование: Лазер с источником питания, экран на подставке, призма треугольная, призма трапециевидная, линейка 40 см, транспортир, кусок …
У Р Б П ≈3/5 Э2
Голограммы
В настоящее время широкое распространение получили рекламные «трюки» основанные на явлении дифракции. На металлической фольге выдавливают тонкие …
У Р Б П ≈1/5