Лабораторна робота №12 (2 год)

 

ТЕМА: визначення показника заломлення скла

НАВЧАЛЬНА МЕТА: дослідити явище заломлення світла на межі двох середовищ і визначити відносний показник заломлення.

ОБЛАДНАННЯ ТА ОСНАЩЕННЯ: ПК, модель «Відображення та заломлення світла»

 

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПЛОЖЕННЯ

 

Закон прямолінійного поширення світла: в оптично однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно. Доказом цього закону можуть служити різкі тіні, що відкидаються непрозорими тілами при освітленні світлом джерела досить малих розмірів ("точкове джерело"). Іншим доказом може служити відомий досвід по проходженню світла далекого джерела крізь невеликий отвір, внаслідок чого утворюється вузький світловий пучок. Цей досвід призводить до уявлення про світловий промінь як про геометричну лінію, уздовж якої поширюється світло

На межі розділу двох прозорих середовищ світло може частково відбитися так, що частина світлової енергії поширюватиметься після віддзеркалення по новому напряму, а частина пройде через кордон і продовжить поширюватися в другому середовищі.

Закон заломлення світла: промінь що падає і заломлений, а також перпендикуляр до межі розділу двох середовищ, відновлений в точці падіння променя, лежать в одній площині. Відношення синуса кута падіння α до синуса кута заломлення β є величина, постійна для двох цих середовищ:

.

Закон заломлення був експериментально встановлений голландським ученим В. Снеллиусом в 1621 р.

Постійну величину n називають відносним показником заломлення другого середовища відносно першої. Показник заломлення середовища відносно вакууму називають абсолютним показником заломлення.

Відносний показник заломлення двох середовищ дорівнює відношенню їх абсолютних показників заломлення:

Закони віддзеркалення і заломлення знаходять пояснення в хвилевій фізиці. Згідно з хвилевими уявленнями, заломлення є наслідком зміни швидкості поширення хвиль при переході з одного середовища в іншу. Фізичний сенс показника заломлення - це відношення швидкості поширення хвиль в першому середовищі υ₁ до швидкості їх поширення в другому середовищі υ₂:

Абсолютний показник заломлення дорівнює відношенню швидкості світла c у вакуумі до швидкості світла υ в середовищі:

Рисунок 1

Середовище з меншим абсолютним показником заломлення називають оптично менш щільним.

Рисунок 2

Для визначення показника заломлення треба уявно розмітити модеь, як показано на рис.2. Через точку В межі поділу середовищ повітря - скло проводять перпендикуляр до межі, відмічають кути падіння α і заломлення β. Далі будують прямокутні трикутники АВЕ і СВD.

Оскільки , , то формула для визначення показника заломлення скла матиме вигляд:

Довжину відрізків АЕ і ВС вимірюють лінійкою. При цьому інструментальну похибку можна брати такою, що дорівнює 1 мм.

Максимальну відносну похибку є визначення показника заломлення знаходять за формулою:

ΔАЕ=ΔDC=1мм+1мм=2мм.

Максимальна абсолютна похибка визначається формулою:

 

ХІД РОБОТИ

 

1 Запустити модель «Відображення та заломлення світла»

2 Встановити падаючий промінь α=30^о, виміряйте довжини катетів AE та ОС трикутників.

3 Повторити пункт 2 для кутів α=45^о, 60^о.

4 Обчисліть показники заломлення для всіх кутів падіння та межу похибки вимірювань.

5 Запишіть дані до таблиці, зробіть висновки.

Таблиця 1 – Вимірювання та розрахунки

α	Покази вимірювань	Розраховано
АЕ, мм	ВС, мм	n	ΔАЕ, мм	ΔDС, мм	ε	nc
30о
45о
60о

 

ЗМІСТ ЗВІТУ

1 Мета роботи

2 Обладнання

3 Таблиці з дослідженнями та розрахунками

4 Розрахунки

5 Висновки

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ ДО ЗАХИСТУ:

1 Який фізичний зміст абсолютного показника заломлення? Відносного?

2 Які виміри здійснюють для визначення відносного показника заломлення середовища?

3 Чи залежить відносний показник заломлення від кута падіння?

4 Що можна сказати про напрям падаючого і вихідного променів під час проходження світла через плоскопаралельну пластинку?

5 За якої умови кут падіння пучка світла дорівнює куту заломлення?

6 Чи завжди буде вихідний промінь?