Інформація для вчителів
Застосування
Заломлення на призмі
Призма - це оптичний елемент, який застосовують для різних оптичних ефектів. З одного боку, вона має властивість заломлювати світло залежно від довжини хвилі, а з іншого - призму можна використовувати й для зміни напрямку ходу променів. Призми з такою останньою властивістю називають ще відбивними призмами; їх встановлюють, наприклад, у дзеркальних фотоапаратах. Вони виправляють при цьому перевернуте зображення, яке дає дзеркало. Зміна напрямку ходу променів теж ґрунтується на явищі повного внутрішнього відбивання.
Інша інформація для вчителів (1/5)
Попередні знання
Принцип
Учні мають перед цим засвоїти основи прямолінійного поширення світла та застосування закону відбивання. Вони мають володіти знаннями про хід окремих пучків світла під час переходу зі скла в повітря і навпаки.
Під час падіння світла на призму світло на межі поділу повітря–скло заломлюється до перпендикуляра (перехід з оптично менш густого в оптично густіше середовище). Кут заломлення менший за кут падіння. Пройшовши крізь скло, вузький пучок світла потрапляє на межу поділу скло–повітря і заломлюється тут за законом заломлення від перпендикуляра. Кут заломлення більший за кут падіння. Якщо на призму падає біле світло, воно розкладається на спектральні кольори.
Інша інформація для вчителів (2/5)
Навчальна мета
Завдання
У цьому досліді учні мають ознайомитися із заломленням світла на призмі. При цьому закріплюються знання про заломлення світла під час переходу з повітря в скло та зі скла в повітря. Розкладання білого світла на кольори (дисперсію) у цьому досліді також можна спостерігати, але обговорювати його не слід.
У цьому експерименті в першій частині досліджують хід променів крізь призму. У другій частині в центрі уваги - визначення кута повного відхилення залежно від кута падіння світла.
Інша інформація для вчителів (3/5)
Інша інформація для вчителів (3/5)
Додаткова інформація
У другій частині досліду доводять залежність кута повного відхилення на призмі від кута падіння світла - важливу оптичну закономірність, яку використовують у рефрактометрах для визначення показників заломлення рідин і твердих тіл. Основний наголос щодо вмінь учнів лежить тут на точному встановленні та зчитуванні кутів і на побудові діаграми за виміряними значеннями. Тому ця частина досліду значно вимогливіша до здібностей та експериментальних навичок учнів. Обидва досліди можна розглядати як єдине ціле, проте можливе й окреме виконання.
Для слабших учнів доцільно скористатися лише першою частиною досліду - спостереженням заломлення на призмі.
Інша інформація для вчителів (4/5)
Вказівки щодо складання та виконання 1
Кути тіла, утворені коротшою основою та похилим ребром, мають збігатися з позначкою на горизонтальній лінії. За цих умов і при падінні світла під кутом =30° хід двічі заломленого пучка світла виходить майже ковзним.
Для другої частини досліду краще підходить прямокутне модельне тіло, бо воно допускає й менші кути падіння. Воно так само прилягає до вертикальної лінії оптичного диска. Кут, утворений обома катетами, має збігатися з позначкою на вертикальній лінії.
Для відносно точного визначення повного відхилення важливо, щоб вузький пучок світла, який іде від освітлювача, завжди потрапляв на модельне тіло точно в точці перетину ліній і щоб модельне тіло не змінювало свого положення під час пересування освітлювача.
Інша інформація для вчителів (5/5)
Вказівки щодо складання та виконання 2
Кут повного відхилення за цих умов дорівнює куту між уявним продовженням падаючого пучка світла та заломленим пучком світла. Невеликою похибкою, яка виникає через те, що вершина кута не збігається з точкою перетину ліній на оптичній осі, з огляду на бажаний результат можна знехтувати.
З вимірювання та графічного зображення досить точно випливає залежність повного відхилення від кута падіння і важливе для технічного застосування призми мінімальне відхилення.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
У цьому досліді йтиметься про дослідження характерного ходу променів у призмі. Призма - це оптичний елемент, який використовують, наприклад, у дзеркальних фотоапаратах. Через дзеркало знятий кадр виходить дзеркально перевернутим, а призма завдяки зміні напрямку ходу променів може відновити початкову орієнтацію.
Зображення дзеркального фотоапарата
Завдання
Як світло проходить крізь призму?
1. Досліди, як світло заломлюється на призмі.
2. Визнач кут повного відхилення на призмі залежно від кута падіння світла.
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 | Модельне тіло, прямокутне | 09810-03 | 1 |
| 4 | Оптичний диск | 09811-00 | 1 |
| 5 | 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 | Транспортир | 1 |
Складання
Підготовка аркуша формату DIN A4
Увага!
Стеж за тим, щоб вузький пучок світла, який іде від освітлювача, завжди потрапляв на модельне тіло точно в центрі оптичного диска (у так званій основі перпендикуляра) і щоб модельне тіло не змінювало свого положення під час пересування освітлювача.
1. Заломлення світла на призмі
- Накресли на своєму аркуші паперу перехрестя ліній під прямим кутом і познач точку перетину літерою . Відклади в точці кут 30° і накресли допоміжну лінію.
Виконання (1/5)
- Встав однощілинну діафрагму в освітлювач із боку лінзи і постав його на аркуш паперу.
- Поклади трапецієподібне модельне тіло до вертикальної лінії так, як показано праворуч.
- Обведи контури модельного тіла тонкими олівцевими лініями.
Виконання (2/5)
- Приєднай освітлювач до блока живлення (12 В ~).
- Пересувай освітлювач доти, доки вузький пучок світла не падатиме на модельне тіло під кутом 30°.
- Поспостерігай за ходом вузького пучка світла всередині модельного тіла та поза ним. Запиши свої спостереження.
- Познач по два хрестики на падаючому пучку світла і на середині заломленого пучка світла.
Виконання (3/5)
- Підніми аркуш трохи навскіс у заломлений пучок світла й опиши своє спостереження.
- Вимкни блок живлення і зніми з паперу модельне тіло та освітлювач.
- Познач з'єднання так, щоб було чітко видно хід пучка світла перед призмою, за нею та всередині неї.
Піднімання аркуша
Виконання (4/5)
Схема досліду до 2-ї частини
2. Визначення кута повного відхилення
- Зміни схему досліду: замість трапецієподібного модельного тіла постав тепер прямокутне модельне тіло (шорсткою поверхнею донизу) одним катетом до вертикальної лінії оптичного диска. Зверни увагу, щоб прямий кут збігався з позначкою.
- Знову увімкни блок живлення і пересувай освітлювач доти, доки вузький пучок світла не падатиме на модельне тіло під кутом 10°.
Виконання (5/5)
Визнач кут повного відхилення і запиши це значення.
Кут повного відхилення щоразу дорівнює куту між уявним продовженням падаючого пучка світла та заломленим пучком світла.
Повтори вимірювання для кутів падіння 20°, 30°, 40°, 50°, 60° і 70°. Занеси відповідні значення до таблиці в протоколі.
Вимкни блок живлення.
Вимірювання кута
Протокол
Завдання 1
Доповни рисунки до першої частини досліду перпендикулярами в точках падіння і спробуй, спираючись на свої спостереження та на закон заломлення, пояснити хід вузького пучка світла під час падіння на призму. Заповни пропуски в тексті. Під час падіння світла на модельне тіло світло на межі поділу повітря–скло заломлюється ____ (перехід з оптично ____ в оптично ____ середовище). Кут заломлення ____ за кут падіння. Пройшовши крізь скло, вузький пучок світла потрапляє на межу поділу скло–повітря і заломлюється тут за законом заломлення ____. Кут заломлення ____ за кут падіння.
Завдання 2
Що відбувається з білим світлом, яке проходить крізь призму? Доповни для цього наведене нижче речення. Біле світло, проходячи крізь призму, розкладається на різні кольори. Фіолетове світло заломлюється ____, а червоне - ____.
Завдання 3
Питання
До якого висновку ти дійшов?
Розглянь таке твердження:
Кут повного відхилення спочатку зростає зі збільшенням кута падіння , досягає максимуму, а потім знову зменшується.
Завдання 4
Питання