Інформація для вчителів
Застосування
Заломлення світла
Щоразу, коли світло переходить з одного середовища в інше, воно заломлюється.
Цей фізичний ефект є основою для методів вимірювання, як-от поляриметрія чи рефрактометрія.
Розщеплення світла всі ми знаємо й із повсякдення, коли воно заломлюється кришталевим склом і кидає на стіну кімнати світло в кольорах веселки.
Інша інформація для вчителя (1/4)
Попередні знання
Учні мають перед цим засвоїти основи прямолінійного поширення світла, а також поняття кута падіння та кута відбивання. Крім того, вони знають ефект заломлення світла з повсякдення або з попередніх дослідів на цю тему.
Принцип
Спостереження за падінням світла на межу поділу «повітря - скло» визначається графічним фіксуванням ходу пучків світла й далі опрацьовується напівграфічним методом.
Інша інформація для вчителя (2/4)
Навчальна мета
Завдання
Завдяки цьому дослідові учні мають змогу вдосконалити свої експериментальні навички та закріпити знання про закон заломлення.
- Що показує показник заломлення?
- Визначення показника заломлення скла.
Інша інформація для вчителя (3/4)
Дослід вимогливий щодо експериментальних вимог. Лише за ретельного юстування та сумлінного опрацювання можна досягти добрих результатів. Але порівняння здобутого експериментально (відносного) показника заломлення з табличним значенням дає учневі відчуття, що попри спрощені експериментальні умови він має відносно точний результат.
Дослід із користю можна застосувати й у класах другого ступеня середньої школи. Тут напівграфічний метод можна доповнити обчисленням значень синуса для і ! У такий спосіб можна отримати закон заломлення Снеліуса в його кількісному формулюванні.
Інша інформація для вчителя (4/4)
Вказівки щодо складання та виконання
Слід звернути увагу, щоб учні дуже ретельно виконували юстування модельного тіла за допомогою пучка світла, який падає вздовж оптичної осі.
Щоб отримати однозначні й порівнянні виміряні значення кута заломлення та напівхорди b, учні мають, крім того, стежити за тим, щоб вузький пучок світла завжди потрапляв в основу перпендикуляра.
Зсув модельного тіла на підкладці під час експериментування також призводить до хибних результатів.
Щоб дати учням більше часу на виконання й опрацювання досліду, їм можна також видати на руки готовий аркуш із перехрестям ліній та нанесеними променями світла, що падають.
Правила безпеки
- Галогенні лампи при тривалому використанні нагріваються
- Уникайте дивитися прямо в джерело світла
Інформація для учнів
Мотивація
Межі поділу
На всіх межах поділу відбувається заломлення світла.
Воно призводить до явищ на кшталт «зламаних соломинок» чи «зігнутих» ложок у склянці з водою. Але й барвисті веселки утворюються завдяки заломленню світла на межах поділу.
Силу заломлення визначає показник заломлення, точніше різниця показників заломлення тих середовищ, на межі яких відбувається заломлення світла.
Завдання
Що показує показник заломлення?
- Визнач показник заломлення скла.
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 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
|---|
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Білий папір (DIN A4) | 1 |
| 2 | Циркуль | 1 |
| 3 | Лінійка (прибл. 30 см) | 1 |
| 4 | Транспортир | 1 |
Складання (1/3)
Кутова шкала
Увага!
Стеж за тим, щоб вузький пучок світла, який іде від освітлювача, потрапляв на модельне тіло точно в точці перетину прямих (в «основі перпендикуляра») і щоб модельне тіло не змінювало свого положення під час пересування освітлювача.
- Підготуй аркуш паперу. Кут перетину обох прямих має становити точно 90°.
- Познач у точці перетину прямих кути 15°, 30°, 45°, 60° і 75°.
Складання (2/3)
Встановлення освітлювача
- Поклади півкругле модельне тіло плоскою поверхнею точно на вертикальну, коротшу пряму перехрестя ліній. Шорстка поверхня має при цьому лежати на аркуші.
- Встав однощілинну діафрагму в освітлювач з боку лінзи й постав його приблизно за 10 см навпроти плоскої поверхні модельного тіла.
Складання (3/3)
Під'єднання освітлювача
- Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В ~).
Виконання (1/3)
Використання кутової шкали
- Пересувай освітлювач доти, доки вузький пучок світла не проходитиме точно по оптичній осі (лінія 0°, «перпендикуляр падіння»).
- Обережно пересувай півкругле модельне тіло доти, доки вузький пучок світла після проходження крізь скло не йтиме далі по оптичній осі. Обережно познач тонкими олівцевими рисками контури тіла.
Виконання (2/3)
Позначення шляху світла
- Тепер обережно пересувай освітлювач доти, доки світло, що падає, не потраплятиме на модельне тіло під кутом 15° уздовж раніше накресленої допоміжної лінії.
- Поспостерігай за ходом заломленого пучка світла й порівняй величину кута падіння α з кутом між заломленим пучком світла та перпендикуляром падіння (кутом заломлення). Запиши свої спостереження у протокол.
- Познач двома хрестиками хід заломленого пучка світла, а щоб полегшити пізніше зіставлення, - також одним хрестиком пучок світла, що падає.
Виконання (3/3)
- Повтори цю процедуру для інших заданих кутів падіння. Щоразу познач двічі хід заломленого пучка світла й один раз відповідний пучок світла, що падає (використовуй різні позначки або кольори).
- Вимкни блок живлення і забери освітлювач та модельне тіло з паперу.
- З'єднай відповідні позначки одну з одною та з точкою перетину прямих так, щоб став видимим хід окремих пучків світла до і після заломлення на модельному тілі.
- Виміряй кут заломлення чітко. Запиши значення в таблицю у протоколі поруч із відповідним кутом падіння .
Протокол
Спостереження
Порівняй кут падіння \alpha і кут заломлення \beta. Доповни речення. Кут падіння ____ за кут заломлення.
Таблиця 1
n = a/b
Tabelle1, 15: Beta:
Кут заломлення в °
Tabelle1, 15: a:
a у см
Tabelle1, 15: a:
b у см
Запиши свої виміряні значення в таблицю 1.
Tabelle1, 15: n:
Tabelle1, 20: a:
Tabelle1, 20: b:
Кут падіння в °
15
20
30
45
60
75
Tabelle1, 20: Beta:
Tabelle1, 20: n:
Tabelle1, 30: Beta:
Tabelle1, 30: a:
Tabelle1, 30: b:
Tabelle1, 30: n:
Tabelle1, 45: Beta:
Tabelle1, 45: a:
Tabelle1, 45: b:
Tabelle1, 45: n:
Tabelle1, 60: Beta:
Tabelle1, 60: a:
Tabelle1, 60: b:
Tabelle1, 60: n:
Tabelle1, 75: Beta:
Tabelle1, 75: a:
Tabelle1, 75: b:
Tabelle1, 75: n:
Завдання 1
Порівняй кут падіння \alpha з відповідним кутом заломлення \beta. Яких висновків ти можеш дійти? Світло при переході з ____ у ____ заломлюється до перпендикуляра виходу. ____ більший за ____.
Завдання 2
Побудуй на аркуші паперу коло радіусом 5 см навколо точки перетину перехрестя осей і виміряй напівхорди a і b для кожного кута падіння та відповідного кута заломлення .
Занеси відповідні пари значень до таблиці на сторінці результатів.
Завдання 3
Обчисли частку n = a / b (показник заломлення) для кожного кута падіння і занеси значення до таблиці 1.
Порівняй значення n між собою. Якого висновку ти доходиш? Доповни речення. Значення показника заломлення приблизно ____, зі зростанням кута падіння вони стають дещо ____.
Завдання 4
Обчисли середнє значення n.
Середнє значення показників заломлення становить:
Середнє значення
Поміркуй, які похибки вимірювання впливають на величину показника заломлення n.
Можливі похибки вимірювання:
Додаткове запитання
Поміркуй, яке твердження можна зробити про заломлення світла при переході з повітря у скло, знаючи показник заломлення. ____ речовини, напр. певного сорту скла, вказує, наскільки сильно заломлюється світло, потрапляючи на її ____ (він є мірою заломлювальних властивостей тіла). Що більший ____, то сильніше заломлюється світло за однакового ____. Наприклад, при входженні у ____ світло відхиляється від свого попереднього напрямку більше, ніж при входженні у ____.
