Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.
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
2.1 Результаты измерений зависимости угла отклонения
Таблица 1.
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).
2.2 С помощью рисунка, приведенного в решении первой части, легко заметить, что при каждом преломлении луч отклоняется от своего первоначального направления на величину
Из закона преломления следует, что
Графиком этой функции является прямая линия, проходящая через начало координат.
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 …
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