Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.Небольшая теоретическая подсказка.
При прохождении луча света через границу двух сред углы падения и преломления связаны простым соотношением
Здесь
Только не забывайте, что в этих формулах углы должны измеряться в радианах.
Рекомендации по проведению экспериментов.
- Все эксперименты проводите на листе бумаге, на котором вы можете чертить, рисовать, проводить измерения. Только не забудьте перенести нужные чертежи на свои рабочие листы.
- Для визуализации хода лучей вы можете использовать экран на подставке, линейку, а также лист бумаги на столе. Для проведения измерений можете использовать линейку, транспортир. При необходимости оптические детали можно закреплять с помощью пластилина
- Для того, чтобы уменьшить диаметр лазерного луча может использовать небольшой кусочек бумаги с проделанным отверстием. Эту бумажку можно прикрепить к лазеру пластилином.
- При проведении измерений луч лазера и экран лучше оставлять неподвижными, а перемещать изучаемые объекты.
- Не забудьте в каждой части работы привести на своих рабочих листах те оптические схемы, которые вы использовали. На схемах обязательно должно быть указано, какие геометрические характеристики вы измеряли (и как).
Наконец задания.
1.1 Докажите теоретически и экспериментально высказано утверждение о ходе луча.
Нарисуй схему прохождения луча через плоскопараллельную пластинку и отметь нормали к обеим поверхностям. Что происходит с углом луча при первом и при втором переходе через границу?
Воспользуйся законом преломления, записав соотношение между углами падения и преломления на каждой границе в виде
- Обозначь угол падения на первой поверхности как
и угол внутри пластинки как . - Запиши закон преломления для первой и для второй границы и сравни углы при входе и выходе.
- Покажи, что угол выхода относительно нормали равен исходному углу
, следовательно, выходящий луч параллелен падающему. - Проведи эксперимент: установи пластинку, направь луч, отметь входной и выходной направления на бумаге и сравни их.
1.1 После прохождения луча света через плоскопараллельную пластинку, направление распространения луча не изменяется, происходит его сдвиг. Для доказательства этого утверждения необходимо рассмотреть преломление на двух поверхностях: так как уравнение закона преломления не зависит от направления распространения света, то после второго преломления угол между выходящим лучом и нормалью восстановит свое прежнее значение
1.2 Получите теоретическую формулу для зависимости величины сдвига луча
1.2 Согласно закону преломления света и на основании простых геометрических построений следует, что величина сдвига луча определяется формулой
Где
И приводит к линейной зависимости сдвига луча от угла падения.
1.3 Измерьте зависимость величины сдвига луча
1.3 Схема оптических измерений в данном случае очевидна: луч лазера падает на призму, расположенную на транспортире, после преломления луч падает нормально на линейку, которая служит экраном. Полученная зависимость, строго говоря, не является линейной, но при углах меньших
1.4 Рассчитайте показатель преломления материала призмы.
1.4 Как следует из формулы (2) коэффициент наклона зависимости
квадратов. После этого можно вычислить показатель преломления материала призмы,
который должен лежать в диапазоне от
2.1 Измерьте зависимость тангенса угла отклонения луча
2.1 После прохождения луча света через треугольную призму,
направление его распространения изменяется, причем эта
зависимость оказывается нелинейной и немонотонной.
Существует и легко находится положение призмы при угле
минимального отклонения.
2.2 Рассчитайте показатель преломления этой призмы.
Считайте, что при
Не старайтесь получить общую формулу для зависимости
.
Республиканская физическая олимпиада 2022 года
(Заключительный этап)
Экспериментальный тур
Наблюдая экспериментальную зависимость tg θ(φ), найди особое положение призмы, где отклонение луча экстремально. Подумай, какую симметрию прохождения луча это положение навевает на углы падения и выхода.
Воспользуйся законом преломления
- Измерь экспериментально угол поворота призмы φ, при котором tg θ достигает экстремума (минимума).
- Запиши условие симметричного прохождения: углы падения на переднюю и заднюю грани равны, и найди соотношение между преломными углами внутри призмы и её углом при вершине.
- Применяй закон преломления на передней грани:
, подставив найденное соотношение для . - Выразите
из полученной системы уравнений.
2.2 При угле минимального отклонения внутри примы луч идет
параллельно ее основанию. Так как призма правильная, то в
этом случае преломленный угол равен
преломления света на передней грани имеет вид
Угол падения
транспортира, а затем с помощью формулы (3) рассчитывается показатель преломления
материала треугольной призмы. Этот показатель также лежит в интервале от
2022 года
(Заключительный этап)
Экспериментальный тур
Решения задачПохожие задачи
Линзы и лазер
Оборудование: собирающая и рассеивающая линзы на держателях, экран на держателе, лазер на держателе, источник питания для лазера, мерная лента …
У Р Б П ≈3/5 Э2
Получение изображений
Приборы и оборудование: лазер на подставке с блоком питания, линза собирающая, линза рассеивающая, экран, набор экранов с отверстиями, набор …
У Р Б П ≈3/5 Э2
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 …
Зеркало Френеля
Приборы и оборудование: Линзы рассеивающая и собирающая на подставке, лазер на подставке с экраном, экран, две линейки в качестве направляющих, линза …
У Р Б П ≈3/5 Э2
Градуировка фотометра и изучение отражения света
Не всегда под рукой может оказаться измеритель интенсивности света. Не беда – в который раз на белорусских олимпиадах используется фотоэлемент от …
У Р Б П ≈3/5