Заломлення на межі двох рідин

Мікроскопічний знімок межі поділу олія–вода

У побуті ми часто натрапляємо на межі поділу середовищ у різних станах - наприклад, межа поділу скло–вода як приклад межі поділу тверде тіло–рідина.

Але всі ми знаємо й поведінку олії у воді: обидві рідини завжди утворюють окремі фази й не хочуть змішуватися. Саме про цю межу поділу рідина–рідина йдеться в цьому досліді.

Попередні знання

Учні мають перед цим засвоїти основи прямолінійного поширення світла, а також поняття кута падіння і кута заломлення. Крім того, вони знають явище заломлення світла з побуту або з попередніх дослідів на цю тему.

Принцип

Спостереження за падінням світла на межу поділу двох рідин визначається графічним фіксуванням ходу пучків світла, а потім його опрацьовують напівграфічним методом.

Навчальна мета

Завдання

У цьому досліді учні мають змогу поглибити свої знання про закон заломлення. Спостерігаючи заломлення на межі поділу двох рідин порівняно із заломленням на межі поділу повітря–рідина, учні дізнаються, що заломлення залежить не від одного середовища, а завжди від обох середовищ, які утворюють межу поділу.

1. Вимірювання кута заломлення залежно від кута падіння при переході світла з повітря у воду та з повітря в гліцерин.

2. Вимірювання кута заломлення залежно від кута падіння при переході світла з води в гліцерин.

Уже якісне порівняння різних часткових дослідів унаочнює учням значення межі поділу між двома середовищами. Кількісне опрацювання дає змогу вивести зв'язок між різними (відносними) показниками заломлення. Це обчислення виконують у додатковому завданні. Воно надається насамперед учням старших класів для поглиблення закону заломлення Снеліуса.

Дослід вимогливий щодо експериментальних вимог, бо особливо при заломленні на межі поділу вода–гліцерин доводиться спостерігати дуже малі зміни кутів. Тому ретельне юстування потрібне насамперед для кількісного опрацювання.

• Галогенні лампи при тривалому використанні нагріваються
• Уникати прямого погляду на джерело світла

Лавова лампа

Лавова лампа - гарний приклад двох рідин, які не змішуються. Такі лампи здебільшого мають підсвітку.

Саме про той вид заломлення світла, який відбувається в таких лампах, і йдеться в цьому досліді.

Схема досліду

Як заломлюється світло на межі поділу двох рідин?

1. Виміряй кут заломлення залежно від кута падіння при переході світла з повітря у воду та з повітря в гліцерин.

2. Виміряй кут заломлення залежно від кута падіння при переході світла з води в гліцерин.

Кутова шкала

Увага!

Слідкуй за тим, щоб вузький пучок світла з освітлювача в усіх часткових дослідах ішов точно в напрямку центра оптичного диска (до «основи перпендикуляра») і щоб кювета не змінювала свого положення під час пересування освітлювача.

• Поклади оптичний диск перед собою на стіл і постав кювету точно в межах позначок на перехрестя ліній.
• Перегородка всередині кювети має при цьому стояти під прямим кутом до оптичної осі, тобто на вертикальній лінії.

Під'єднання освітлювача

• Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В ~).
• Встав однощілинну діафрагму в освітлювач з боку лінзи й постав освітлювач приблизно за 1 см перед оптичним диском.

Використання кювети

1. Перехід світла з повітря в рідину

• Обережно налий у ту половину кювети, що відвернута від освітлювача, приблизно 20 мл води.

Розташування кювети

• Пересувай освітлювач доти, доки вузький пучок світла не проходитиме точно по оптичній осі (лінія 0°, «перпендикуляр падіння»).
• Якщо кювета й освітлювач мають правильне положення, вузький пучок світла після проходження крізь воду йде далі по оптичній осі.

Розташування кювети

• Тепер пересувай освітлювач доти, доки світло не падатиме на кювету під кутом 30° (відносно перпендикуляра падіння).
• Зчитай відповідний кут заломлення і внеси його до таблиці 1 на сторінці результатів.
• Повтори цю дію для кутів падіння 45° і 60° та щоразу внеси відповідний кут заломленнядо таблиці.
• Вилий воду з кювети, витри її насухо і налий натомість приблизно 20 мл гліцерину.
• Повтори дослід із гліцерином і запиши всі виміряні значення в протоколі в таблиці 1.

Ліворуч: вода; праворуч: гліцерин

2. Перехід світла з води в гліцерин

• Одна половина кювети наповнена гліцерином. Обережно налий у другу половину приблизно 20 мл води. Рідини при цьому не повинні змішатися!
• Тепер постав кювету так, щоб світло освітлювача спершу потрапляло на воду.

Кювета з двома рідинами

• Спрямуй світло під кутами падіння 30°, 45° і 60° та щоразу запиши кут заломлення у таблиці 2 в протоколі.
• Вимкни блок живлення.

Обчисли з виміряних значень у «Результат - таблиця 1» показник заломлення води і гліцерину.

Накресли на окремому аркуші, як на показаному тут рисунку, коло радіусом 5 см. Познач усі кути і з таблиці 1.

Виміряй відповідні половинні хорди a і b.

Обчисли щоразу частку n = a/b і середні значення nW і nGl (показник заломлення).