Інформація для вчителів
Застосування
Схема установки
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, наприклад для усунення віддзеркалень 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 , 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. За кутом падіння можна обчислити показник заломлення використаного об'єкта.
Інша інформація для вчителя (3/5)
Вказівки щодо складання та виконання
Дослід слід виконувати в затемненому приміщенні. Під час виконання треба стежити за тим, щоб оптичний диск і лазер були розміщені так, аби пучок світла потрапляв у спільний центр кола оптичного диска й модельного тіла - вирішальна умова добрих виміряних значень і . Щоб спростити вимірювання, пучок світла має проходити точно по поверхні диска.
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, яке поляризоване паралельно до площини падіння і падає під кутом поляризації , не відбивається.
Цей дослід показує, що площину коливань лінійно поляризованого світла можна визначити і відбиванням від об'єкта. Значення для кута поляризації та відповідно для слід розуміти як приклади виміряних значень. Відхилення на кілька градусів 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 (мікроскопічні предметні скельця, 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
Обов'язково треба стежити за тим, щоб ніхто не дивився прямо в промінь лазера.
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.
Завдання
Схема установки
Спрямуй паралельний пучок світла навскіс на прозоре тіло з гладкою поверхнею і визначте кут падіння, за якого відбита частина світла поляризована максимально.
Виміряй 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 | Оптична лава для учнівських дослідів, l = 600 мм | 08376-00 | 1 |
| 2 | Модельне тіло, півкругле, r = 30 мм | 09810-01 | 1 |
| 3 | Оптичний диск | 09811-00 | 1 |
| 4 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 1 |
| 5 | Оправа зі шкалою на ковзній опорі | 09823-00 | 1 |
| 6 | Поляризаційний фільтр, 50 мм x 50 мм | 08613-00 | 1 |
| 7 | Столик зі стрижнем | 09824-00 | 1 |
| 8 | Екран, білий, 150x150 мм | 09826-00 | 1 |
| 9 | Тримач діафрагм, накидний | 11604-09 | 1 |
| 10 | Діодний лазер, 1 мВт, 635 нм (червоний-3 В) з коротким стрижнем, l = 75 мм | 08771-99 | 1 |
Складання (1/2)
- Змонтуй столик зі стрижнем у тримачі й постав його на оптичну лаву на позначці .
- Постав діодний лазер у ковзній опорі перед оптичною лавою.
- Поклади оптичний диск на столик зі стрижнем.
Складання (2/2)
Для подальшого виконання приміщення слід затемнити.
- Увімкни лазер і переконайся, що промінь світла видно на оптичному диску. Якщо це не так, зменш висоту столика зі стрижнем або збільш висоту лазера в тримачі. Вимкни лазер знову.
- Поклади модельне тіло на діаметр оптичного диска точно між двома позначками так, щоб пучок світла падав на прямокутну грань модельного тіла.
Виконання (1/2)
- Увімкни лазер і змінюйте кут падіння, обертаючи модельне тіло (див. верхній рисунок), і спостерігай при цьому за відбиванням від поверхні.
- Потримай поляризаційний фільтр насічкою догори на шляху променя, що виходить, так, як показано на нижньому рисунку.
- Тепер поверни модельне тіло так, щоб кут падіння зменшився, і посувай поляризаційний фільтр далі разом із ним.
При цьому центр диска має завжди лежати під серединою прямої грані модельного тіла! - Поспостерігай, як змінюється інтенсивність променя світла, і запиши кут , за якого поляризація максимальна, тобто за якого промінь світла за пучком має мінімальну інтенсивність.
Виконання (2/2)
Поляризаційний фільтр тримають перед лазером.
- Додатково поляризаційний фільтр із незмінною орієнтацією можна потримати перед лазером. Запиши спостереження за відбитим світлом і положення насічки на поляризаційному фільтрі.
- Тепер потримай поляризаційний фільтр перед лазером, повернувши його на ; запиши спостереження і наостанок вимкни блок живлення.
Протокол
Завдання 1
Питання
Питання
Питання
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Насічка на поляризаційному фільтрі показує напрям коливань. Опиши з 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, ____.