Інформація для вчителів
Застосування
Закон Брюстера
Кут Брюстера - важлива величина оптики.
Особливо в геотермії він відіграє значну роль у зв'язку з конверсією хвиль при відбиванні пружних хвиль (сейсміка).
Але й у побуті закон Брюстера знаходить застосування щодо дії поляризаційних сонцезахисних окулярів проти віддзеркалення, наприклад на мокрій дорозі.
Інша інформація для вчителя (1/5)
Попередні знання
Учні мають володіти знаннями про поляризаційні та відбивні властивості світла.
Принцип
При відбиванні природного світла на межі поділу двох непоглинальних середовищ існує кут падіння , за якого відбите світло повністю лінійно поляризоване. Цей кут називають кутом поляризації . Сума і відповідного кута заломлення дорівнює 90°, тобто при відбитий і заломлений промені перпендикулярні один до одного (закон Брюстера).
Інша інформація для вчителя (2/5)
Навчальна мета
Дослід слугує для перевірки закону Брюстера. При цьому ставляться дуже високі вимоги до фізичного мислення учнів.
Завдання
Завдання цього досліду полягає в тому, щоб дослідити, який зв'язок існує між кутом падіння і кутом заломлення, коли відбите світло повністю поляризоване.
Інша інформація для вчителя (3/5)
Вказівки до складання та виконання
Складання досліду, який слід виконувати в затемненому приміщенні, не становить труднощів. Однак під час виконання деяким учням може бути важко щоразу так підлаштовувати оптичний диск, щоб пучок світла потрапляв у спільний центр кола оптичного диска й модельного тіла - вирішальна умова добрих виміряних значень і .
Слід звернути увагу на те, щоб використовувані поляризаційні фільтри мали насічку для позначення напрямку поляризації.
Інша інформація для вчителя (4/5)
Примітка
Поляризацію відбиванням можна пояснити за допомогою рисунків. Молекули у скляному тілі збуджуються падаючим світлом до коливань. Диполі, що коливаються, не випромінюють хвиль у напрямку своїх коливань. Тому світло, що падає під кутом поляризації і поляризоване паралельно до площини падіння, не може бути відбите.
Цей дослід показує, що площину коливань лінійно поляризованого світла можна визначити і відбиванням від скляної пластини. Значення 56° для кута поляризації та відповідно 34° для слід розуміти як приклади виміряних значень. Відхилення на 1 градус слід очікувати навіть за ретельної роботи учнів.
Інша інформація для вчителя (5/5)
Примітка
Якщо в цьому досліді учні мають також усвідомити, що відбита і заломлена частини світла при поляризовані оптимально й перпендикулярно одна до одної, радимо такий додатковий частковий дослід:
У тримач пластин (арт. № 09830-00) вставляють 12 ретельно очищених скляних пластинок (предметні стекла, арт. № 64691-00). Ці пакети скляних пластинок ставлять при на ковзну опору замість модельного тіла. За допомогою аналізатора можна переконливо побачити, що й заломлені 12 разів частини світла значною мірою поляризовані, а саме перпендикулярно до відбитих.
Натомість при одноразовому заломленні природного світла з використанням півкруглого модельного тіла (часткову) поляризацію заломленої частини виявити майже неможливо.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
У цьому досліді йдеться про дослідження так званого кута Брюстера. Явище, яке спершу видається дуже теоретичним, має численні застосування в побуті.
Наприклад, знання про кут Брюстера використовують у геотермії у зв'язку з конверсією хвиль при відбиванні пружних хвиль (сейсміка).
Крім того, закон Брюстера відомий із дії поляризаційних сонцезахисних окулярів проти віддзеркалення на мокрій дорозі.
Зображення мокрої дороги
Завдання
Схема досліду
Який зв'язок існує між кутом падіння і кутом заломлення, коли відбите світло повністю поляризоване?
- Спрямуйте паралельний пучок світла навскіс на прозоре тіло з гладкою поверхнею і визначте кут падіння, за якого відбита частина світла поляризована максимально.
- Виміряйте цей кут падіння, який називають кутом поляризації (), а також відповідний кут заломлення і дослідіть, які зв'язки існують між і .
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Освітлювач галогенний, 12 В / 20 Вт | 09801-00 | 1 | 2 | Основа зі стрижнем для освітлювача для оптичної лави | 09802-20 | 1 | 3 | Оптична лава для учнівських дослідів, l = 600 мм | 08376-00 | 1 | 4 | Модельне тіло, півкругле, r = 30 мм | 09810-01 | 1 | 5 | Оптичний диск | 09811-00 | 1 | 6 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 1 | 7 | Оправа зі шкалою на ковзній опорі | 09823-00 | 1 | 8 | Столик зі стрижнем | 09824-00 | 1 | 9 | Поляризаційний фільтр, 50 мм x 50 мм | 08613-00 | 1 | 10 | Тримач діафрагм, накидний | 11604-09 | 1 | 11 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
|---|
Складання (1/2)
Складіть оптичну лаву з двох штативних стрижнів і змінної штативної основи та прикладіть масштабну лінійку.
Складання (2/2)
- Складіть освітлювач за рисунками вгорі праворуч і затисніть освітлювач у лівій частині штативної основи так, щоб він був повернений боком з лінзою до оптичної лави.
- Насуньте діафрагму в гніздо перед конденсорною лінзою освітлювача так, щоб крізь неї міг пройти лише один пучок світла.
- Поставте ковзну опору зі столиком на позначці 22,5 см на оптичній лаві, столик не затискайте.
Виконання (1/3)
- Під'єднайте освітлювач до блока живлення (12 В~) і увімкніть його.
- Відрегулюйте освітлювач так, щоб пучок світла проходив через центр столика, і покладіть оптичний диск на столик так, щоб пучок світла проходив через його центр.
- Покладіть модельне тіло на діаметр оптичного диска точно між двома позначками так, щоб центри кіл збігалися і щоб пучок світла падав на прямокутну грань модельного тіла.
Виконання (2/3)
- Встановіть кут падіння приблизно 45°.
- Насуньте поляризаційний фільтр у тримач діафрагм і насадіть його на оправу зі шкалою.
- Погляньте крізь поляризаційний фільтр (аналізатор) назустріч відбитому світлу, тобто розгляньте щілину.
- Повертайте аналізатор, доки інтенсивність світла, що проходить крізь нього, не стане мінімальною; збережіть це положення аналізатора надалі.
Виконання (3/3)
- Збільшуйте кут падіння, повертаючи оптичний диск, і спостерігайте за яскравістю щілини крізь аналізатор.
- Знайдіть кут падіння за якого відбите світло поляризоване максимально. Виміряйте й запишіть кут падіння і кут заломлення.
- Насуньте поляризаційний фільтр із незмінною орієнтацією в гніздо освітлювача (а саме перед щілинною діафрагмою, щоб уникнути надто сильного нагрівання фільтра). Запишіть спостереження за відбитим світлом і положення насічки на поляризаційному фільтрі.
- Тепер насуньте поляризаційний фільтр у гніздо, повернувши його на 90°; запишіть спостереження і наостанок вимкніть блок живлення.
Протокол
Завдання 1
Питання
Як звучить цей закон для випадку ?
Питання
Питання
Питання
Завдання 2
Питання
Питання
Завдання 3
Насічка на поляризаційному фільтрі показує напрям коливань. Опишіть із цим знанням свої спостереження. Перетягни слова у правильні поля! Світло, що коливається паралельно до площини падіння, ____, якщо α = α_p. Світло, що коливається перпендикулярно до площини падіння, ____.