Заломлення на плоскопаралельній пластині / у призмі

У цьому досліді розглядають два аналогові досліди:

У першій частині досліду показують заломлення світлових хвиль при проходженні крізь плоскопаралельну пластину. З побаченої картини хвиль можна вивести закон заломлення.

У другому аналоговому досліді досліджують заломлення хвиль на воді в призмі.

Попередні знання

Учні та студенти вже мають бути обізнані з темою «світлові хвилі» та їх заломленням. Крім того, вони вже мають знати, як виникають хвилі на воді і які властивості вони мають.

Принцип

За допомогою хвиль на воді виконують аналогові досліди, щоб показати заломлення світлових хвиль при проходженні крізь плоскопаралельну пластину та в призмі. Оптично густіше середовище моделюють зоною мілкої води: у першій частині її створюють прямокутною пластиною, покладеною в хвильову ванну під кутом, а в другій - трикутною пластиною.

Навчальна мета

Учні та студенти виводять із цього досліду закон заломлення.

Завдання

Учні та студенти виконують аналогові досліди із заломлення світлових хвиль і хвиль на воді на плоскопаралельній пластині та в призмі.

Результат - дослід 1

На вході плоских хвиль у ділянку мілкої води добре видно, як гребені й западини хвиль заламуються (рис. праворуч). Чітко помітна зміна напрямку поширення хвиль у бік перпендикуляра до поверхні. На виході із зони мілкої води відбувається заломлення на той самий кут у протилежний бік: за пластиною гребені хвиль знову приблизно паралельні гребеням початкової хвилі.

Довжина хвилі в зоні мілкої води менша, ніж у глибшій воді хвильової ванни (<).

Чітко видно, як плоский фронт хвилі заламується на вході в зону мілкої води над прямокутною пластиною.

Результат - дослід 2

На вході хвиль у ділянку над трикутною пластиною добре видно, як гребені й западини хвиль заламуються. Хвилі заломлюються в бік основи призми. На виході із зони мілкої води ледь помітне ще одне відхилення в тому самому напрямку (рис. праворуч).

Це повторне слабке відхилення на виході з трикутної пластини помітити важко. Воно стає виразнішим, якщо накреслити гребені й западини хвиль над трикутною пластиною і за нею на аркуші паперу на експериментальному столику.

На вході хвиль у ділянку над трикутною пластиною видно, як гребені й западини хвиль заламуються.

Тлумачення (1/3)

З рисунків до дослідів 1 і 2 добре видно, що довжина хвилі в ділянці мілкої води менша, ніж у глибокій воді. Крім того, помітно, що гребені хвиль (світлі смуги) переходять межу між двома ділянками неперервно. Побачену в першому досліді картину схематично показано на рисунку праворуч, тільки, на відміну від досліду 1, там накреслено обмежений пучок хвиль.

Геометричний опис заломлення плоскої хвилі на переході між двома різними глибинами води.

• Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

• Збудник плоских хвиль закріплюють на важелі збудника і підводять його до нижнього краю приладу для хвиль на воді. (За бажанням обидва досліди можна виконати і зовнішнім вібраційним генератором. Тоді відповідно вирівнюють і самі пластини.)
• Плоскопаралельну пластину з набору об'єктів для заломлення кладуть у хвильову ванну під нахилом до фронтів хвиль, а тоді наливають стільки води, щоб пластина була повністю під водою (рис. праворуч).
• Після цього ретельно юстирують хвильову ванну і збудник хвиль.

Установка для заломлення хвиль на воді на плоскопаралельній пластині.

• Дослід 2 складають так само, як дослід 1, тільки замість прямокутної пластини кладуть у хвильову ванну трикутну пластину, як на рисунку праворуч.

Установка для заломлення хвиль на воді в призмі.