Інформація для вчителів
Застосування
Заломлення світла на межах поділу
Щоразу, коли світло переходить з одного середовища в інше, воно заломлюється.
У цьому досліді йдеться про заломлення при переході з повітря в скло. Його трапляється спостерігати, наприклад, на окулярах або коли дивишся на склянку з водою.
Інша інформація для вчителя (1/4)
Попередні знання
Учні мають перед цим опанувати основи прямолінійного поширення світла, а також поняття кута падіння і кута відбивання. Крім того, вони мають уміти позначати кути й вимірювати їх відносно перпендикуляра падіння.
Принцип
За допомогою самостійно вибраних значень кута падіння і перевірки для кута падіння вони мають дістати загальну чинність закону заломлення Снелліуса в якісній формі й усвідомити умови його застосовності.
Інша інформація для вчителя (2/4)
Навчальна мета
Завдання
Учні в цьому досліді мають завдання дослідити заломлення світла при переході з повітря в скло і виміряти кути заломлення для заданих кутів падіння . При цьому вони зрештою мають дійти висновків щодо закономірної залежності й сформулювати їх.
1. Дослідження поведінки вузьких пучків світла при переході світла з повітря в скло.
2. Вимірювання кута заломлення залежно від кута падіння при переході світла з повітря в скло.
Інша інформація для вчителя (3/4)
Відповіді на питання 2 і 4 в опрацюванні результатів висувають високі вимоги до фізичного розуміння учнів. Тому тут потрібні підказки.
З іншого боку, саме обговорення випадку є доречним з огляду на умови застосовності фізичних законів.
Інша інформація для вчителя (4/4)
Вказівки щодо складання та виконання
Спосіб юстування модельного тіла за допомогою пучка світла, який падає вздовж оптичної осі, - проста, але водночас точна можливість. Тому цей порядок дій варто відпрацювати, бо проміжна перевірка під час експериментування доречна для уникнення похибок вимірювання.
Щоб дістати однозначні й порівнянні виміряні значення кута заломлення, учні мають, крім того, стежити за тим, щоб вузький пучок світла завжди був точно в центрі оптичного диска (в основі перпендикуляра).Зсув модельного тіла на підкладці під час експериментування також призводить до хибних результатів.
Відбивання, яке виникає водночас на межі поділу повітря–скло, хоч і має другорядне значення, але учні мають спостерігати це явище також і при переході від оптично менш густого до оптично густішого середовища - з огляду на повне внутрішнє відбивання, яке розглядатимуть пізніше, і на його розуміння.
Правила безпеки
- Галогенні лампи при тривалому використанні нагріваються
- Уникай прямого погляду в джерело світла
Інформація для учнів
Мотивація
Межі поділу
На всіх межах поділу відбувається заломлення світла.
Воно спричиняє явища на кшталт «надламаних соломинок» чи «зігнутих» ложок у склянці з водою. Але й барвисті райдуги виникають через заломлення світла на межах поділу.
Найчастіше розглядувана в побуті межа поділу - це, мабуть, межа поділу повітря–скло, про яку й ідеться в цьому досліді.
Завдання
Що означає заломлення світла?
1. Дослідь поведінку вузьких пучків світла при переході світла з повітря в скло.
2. Виміряй кут заломлення залежно від кута падіння при переході світла з повітря в скло.
Схема досліду
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Освітлювач галогенний, 12 В / 20 Вт | 09801-00 | 1 |
| 2 | Модельне тіло, півкругле, r = 30 мм | 09810-01 | 1 |
| 3 | Оптичний диск | 09811-00 | 1 |
| 4 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
Складання (1/2)
Схема досліду
Увага!
Стеж за тим, щоб вузький пучок світла, який іде від освітлювача, в усіх часткових дослідах завжди був точно в центрі оптичного диска і щоб модельне тіло не змінювало свого положення під час пересування освітлювача.
- Поклади оптичний диск перед собою на стіл і постав півкругле модельне тіло (шорстким боком донизу) точно на вертикальну лінію між позначками.
- Встав однощілинну діафрагму в освітлювач з боку лінзи й постав його приблизно за 1 см перед оптичним диском.
Складання (2/2)
Під'єднання освітлювача
Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В ~).
Виконання (1/4)
Використання оптичного диска
1. Поведінка вузьких пучків світла на межі поділу повітря–скло.
Пересувай освітлювач доти, доки вузький пучок світла не проходитиме точно по оптичній осі (лінія 0°, «перпендикуляр падіння»). Якщо модельне тіло й освітлювач мають правильні положення, вузький пучок світла після проходження крізь скло йде далі по оптичній осі.
Виконання (2/4)
Розміщення освітлювача
- Тепер пересувай освітлювач доти, доки світло не падатиме на модельне тіло під кутом 40° (відносно перпендикуляра падіння).
Дуже уважно спостерігай за поведінкою вузького пучка світла при потраплянні на межу поділу повітря–скло.
Як поводиться світло при виході зі скляного тіла (на межі поділу скло–повітря)?
Порівняй величину кута падіння з кутом між пучком світла, що виходить (заломленим), і оптичною віссю (кут заломлення ). Запиши свої спостереження в протокол.
Виконання (3/4)
Визначення кута заломлення
2. Визначення кута заломлення
- Перевір юстування модельного тіла за процедурою, описаною в першій частині досліду (падіння і вихід світла точно вздовж оптичної осі).
- Тепер пересувай освітлювач, доки падаючий пучок світла не утворить точно кут 10° з перпендикуляром падіння (лінія 0°).
- Зчитай відповідний кут заломлення і внеси виміряне значення до таблиці 1. Який завбільшки кут між заломленим пучком світла і перпендикуляром (оптичною віссю).
Виконання (4/4)
Визначення кута заломлення
2. Визначення кута заломлення (продовження)
- Повтори цю дію для кутів падіння α 30°, 45°, 60° і 75° та внеси відповідний кут заломлення також до таблиці.
- Вибери сам ще три кути падіння і виміряй відповідні кути заломлення . Запиши ці значення теж до таблиці 1.
- Наостанок спрямуй світло під кутом падіння 0°. Який тепер кут заломлення ? Запиши своє виміряне значення.
Протокол
Спостереження (1/3)
Запиши свої спостереження до частини досліду 1. a) Поведінка вузького пучка світла при навскісному потраплянні на межу поділу повітря–скло. Вузький пучок світла при потраплянні на межу поділу повітря–скло переважно ____, але невелика частка також ____.
Спостереження (2/3)
Запиши свої спостереження до частини досліду 1. b) Поведінка вузького пучка світла при виході з модельного тіла. При ____ з модельного тіла пучки світла йдуть ____; ____ світла не спостерігається.
Спостереження (3/3)
Запиши свої спостереження до частини досліду 1. Доповни речення. c) Порівняння кута падіння і кута заломлення. Кут падіння \alpha ____ за кут заломлення \beta.
Таблиця 1
Таблиця1, 15: Бета:
Кут заломлення в °
Визначення кута заломлення залежно від кута падіння .
Кут падіння в °
15
20
30
45
60
75
Таблиця1, 20: Бета:
Таблиця1, 30: Бета:
Таблиця1, 45: Бета:
Таблиця1, 60: Бета:
Таблиця1, 75: Бета:
Завдання 1
Опиши на основі своїх спостережень, як поводяться вузькі пучки світла при навскісному падінні на межу поділу повітря–скло. На межі поділу ____ вузькі пучки світла ____. (Але частина світла також відбивається за ____.)
Порівняй кути падіння з відповідними кутами заломлення \beta між собою. Сформулюй результат. При переході світла з ____ ____ більший за ____.
Завдання 2
До якого результату привело вимірювання при куті падіння 0° ? Спробуй обґрунтувати свій результат. При ____ 0° ____ також дорівнює 0°. Оскільки кут заломлення при переході світла з повітря в скло ____ за кут падіння, при \alpha = 0° він міг би бути лише ____. Але це неможливо, тому при такому ____ світло не заломлюється.
Завдання 3
Спробуй на основі своїх вимірювань та умов досліду сформулювати закономірність для переходу світла на межі поділу повітря–скло. Якщо вузькі пучки світла переходять з повітря в скло під кутом падіння, ____ за 0°, то кут ____ ____ за кут ____.
Завдання 4
Чому пучок світла при виході з півкруглого модельного тіла не заломлюється вдруге? При ____ з модельного тіла пучок світла ____, бо в цьому випадку світло падає на межу поділу ____, тобто ____ дорівнює 0°. Пучок світла йде вздовж радіуса модельного тіла й тому перпендикулярно до півкруглої ____.