Інформація для вчителів
Застосування
Проходження світла крізь плоскопаралельну скляну пластину
Заломлення світла можна описати за допомогою променевої оптики. На межах поділу фаз через заломлення виникає злам у ході променів. Зміна показника заломлення веде до зміни фазової швидкості і, отже, до відхилення світлового променя.
Плоскі пластини, або ж плоскопаралельні пластини, - це оптичні елементи. Вони можуть зміщувати положення площини зображення залежно від товщини пластини та показника заломлення.
Інша інформація для вчителя (1/5)
Попередні знання
Учні мають попередньо засвоїти основи прямолінійного поширення світла, а також знати закон відбивання і вміти його застосовувати.
Принцип
Світло заломлюється під час переходу з оптично менш густого в оптично густіше середовище (можливий і зворотний перехід). Якщо світло потрапляє на плоскопаралельну пластину, відбувається паралельне зміщення площини зображення.
Інша інформація для вчителя (2/5)
Навчальна мета
Завдання
Цей дослід має на меті через застосування закону заломлення досягти закріплення в учнів важливих закономірностей.
У першій частині досліду йдеться про дослідження й подальше обґрунтування ходу вузького пучка світла під час проходження крізь плоскопаралельну скляну пластину. У другому досліді слід дослідити оптичне зміщення заломленого пучка світла відносно падаючого пучка світла залежно від кута падіння. Це дає змогу обговорити повсякденний досвід учнів (косий погляд крізь вікно потяга) і важливі технічні застосування (оптичний мікрометр).
Інша інформація для вчителя (3/5)
Додаткова інформація
Друга частина досліду вимогливіша щодо здібностей та експериментальних навичок учнів. Обидва досліди можна розглядати як одне ціле, проте можливе й окреме виконання кожного з них.
Інша інформація для вчителя (4/5)
Примітки
Оптичне зміщення - це міра паралельного зміщення заломленого світлового променя відносно уявного продовження падаючого світлового променя. Щоб не робити виконання досліду надто складним і з огляду на заплановані якісні висновки в опрацюванні, у другій частині досліду відхилення заломленого пучка світла від уявного продовження падаючого пучка світла визначають за допомогою градусної шкали. Це, як і встановлення різних кутів падіння, дуже просто зробити за допомогою оптичного диска. На цю обставину можна коротко звернути увагу учнів.
Залежність оптичного зміщення від показника заломлення і від товщини плоскопаралельної пластини розглядати не варто.
Інша інформація для вчителя (5/5)
Вказівки щодо складання та виконання
Слід звернути увагу на те, щоб вузький пучок світла завжди потрапляв в основу перпендикуляра (особливо в другій частині досліду) і щоб зміщення освітлювача під час окремих кроків досліду не призводило до зміни положення модельного тіла. Модельне тіло має лежати на аркуші паперу шорсткою поверхнею донизу, щоб хід світла всередині тіла був видимий.
Відбивання, яке водночас виникає на межі поділу повітря - скло чи скло - повітря, має другорядне значення, проте на нього можна звернути увагу учня з огляду на закріплення закону відбивання і на повне внутрішнє відбивання, яке розглядатимуть в іншому досліді.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Заломлення світла - повсякденне явище. Воно виникає на межі поділу між двома різними речовинами.
Особливо важливим оптичним елементом є плоска пластина. Через заломлення світла зображення за плоскою пластиною зміщується. Типовий приклад такої пластини - скляні шибки, як-от віконні шибки.
Скляна пластина як приклад плоскої пластини
Завдання
Чи заломлюється сонячне світло під час проходження крізь віконну шибку?
1. Досліди хід вузького пучка світла під час проходження крізь плоскопаралельну скляну пластину.
2. Визнач наближено оптичне зміщення залежно від кута падіння.
Схема досліду
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Освітлювач галогенний, 12 В / 20 Вт | 09801-00 | 1 |
| 2 | Модельне тіло, трапецієподібне, кут 60° | 09810-02 | 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 |
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Лінійка (прибл. 30 см) | 1 |
| 2 | Білий папір (DIN A4) | 1 |
Складання (1/2)
Схема установки
Увага!
Стеж за тим, щоб вузький пучок світла, що йде від освітлювача, у всіх частинах досліду завжди потрапляв на модельне тіло точно в точці перетину прямих (в «основі перпендикуляра») і щоб модельне тіло не змінювало свого положення під час переміщення освітлювача.
- Підготуй аркуш паперу і накресли на ньому дві перпендикулярні одна до одної лінії, які перетинаються приблизно посередині аркуша.
Складання (2/2)
Розміщення освітлювача
- Поклади трапецієподібне модельне тіло (шорсткою поверхнею донизу) на вертикальну лінію так, як показано на рисунку. Обережно обведи контури тіла.
- Постав освітлювач з однощілинною діафрагмою з боку лінзи навпроти модельного тіла.
Виконання (1/5)
1. Дослідження ходу променів у плоскопаралельній скляній пластині
- Під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В ~).
- Зміщуй освітлювач доти, доки вузький пучок світла не піде точно вздовж оптичної осі (лінії 0°, «перпендикуляра падіння»). Спостерігай за ходом вузького пучка світла під час проходження крізь плоскопаралельну скляну пластину і запиши свої спостереження.
Виконання (2/5)
- Тепер обережно зміщуй освітлювач доти, доки світло не падатиме на трапецієподібне модельне тіло під кутом близько 45°.
- Знову спостерігай за ходом вузького пучка світла під час проходження крізь плоскопаралельну скляну пластину і запиши свої спостереження.
Пересування освітлювача
Виконання (3/5)
- Познач двома хрестиками падаючий і вихідний пучки світла. Познач особливо те місце, у якому пучок світла виходить зі скляного тіла.
- Вимкни блок живлення.
Встановлення кута падіння
Виконання (4/5)
2. Наближене визначення оптичного зміщення залежно від кута падіння .
- Зміни складання досліду: замість аркуша використай як підкладку для досліду оптичний диск. Положення трапецієподібного модельного тіла й освітлювача - таке саме, як у першій частині досліду.
- Знову під'єднай освітлювач до блока живлення (12 В ~).
Схема досліду
Виконання (5/5)
Спрямуй спочатку вузький пучок світла на модельне тіло під кутом 15° і визнач відхилення заломленого пучка світла в градусах (це наближено відповідає оптичному зміщенню ) . Запиши це значення.
Повтори це вимірювання для кутів падіння 30°, 45° і 60°. Так само запиши відповідні значення відхилення.
Вимкни блок живлення.
Зображення вимірювання кутів
Протокол
Завдання 1
Накресли в точці виходу пучка світла перпендикуляр виходу. На якій межі поділу світло заломлюється до перпендикуляра, а на якій - від перпендикуляра? Заповни текст із пропусками. Під час переходу світла через межу поділу повітря - скло світло заломлюється ____, а на межі поділу скло - повітря ____.
Завдання 2
Спробуй на основі своїх спостережень за ходом світла при куті падіння 0° і за допомогою закону заломлення обґрунтувати хід світла крізь плоскопаралельну скляну пластину. Заповни для цього текст із пропусками. За ____ під час переходу світла з ____ (напр., повітря) до ____ (напр., скла) відбувається заломлення до перпендикуляра, якщо кут падіння світла ____ за 0°. Заломлення ____ відбувається тоді, коли йдеться про перехід з оптично густішого в оптично менш густе середовище. (α більший за 0°). Обидва явища можна спостерігати під час проходження світла крізь плоскопаралельну скляну пластину.
Завдання 3
Питання
Питання
Завдання 4
Питання
Порівняй з таблиці значення відхилення заломленого пучка світла (оптичного зміщення) при зростанні кута падіння. Чи правильне таке твердження?
Відхилення (оптичне зміщення) заломленого пучка світла зі зростанням кута падіння зменшується.
Завдання 5
Питання
Оціни таке твердження:
Сонячне світло заломлюється також під час проходження крізь віконну шибку.
Додаткове завдання
Питання
Питання