Лабораторная работа №10 · 8 класс · 4 четверть

Лабораторная работа №10. Определение показателя преломления стекла

ФизикаТУП № 399

В работе луч света «прокладывают» булавками через стеклянную пластину, затем на рисунке измеряют транспортиром угол падения и угол преломления. По закону преломления вычисляют показатель преломления стекла, сравнивают его с табличным значением и оценивают, насколько достоверен результат.

Цель работы. Экспериментально определить показатель преломления стекла, сравнить полученное значение с табличным и оценить достоверность результата.

Сделать ҚМЖ по этой теме

Цели обучения

  • 8.5.1.9экспериментально определять показатель преломления стекла
  • 8.5.1.10сравнивать полученное значение показателя преломления с табличным и оценивать достоверность результата

Оборудование

  • стеклянная пластина с параллельными гранями
  • 4 булавки (или иглы)
  • лист картона или пенопласта как подложка
  • лист белой бумаги
  • транспортир
  • линейка и карандаш
  • циркуль (для способа с окружностью)
  • калькулятор или таблица синусов

Ход работы

  1. 1

    Положи лист бумаги на подложку, сверху — стеклянную пластину и обведи карандашом её длинные грани.

  2. 2

    Воткни с одной стороны пластины две булавки 1 и 2 так, чтобы прямая через них падала на грань наклонно.

  3. 3

    Глядя сквозь пластину с другой стороны, воткни булавки 3 и 4 так, чтобы они закрывали изображения булавок 1 и 2 и все четыре казались на одной прямой.

  4. 4

    Убери пластину и булавки. Проведи падающий луч через точки 1 и 2 до грани и выходящий луч через точки 3 и 4; соедини точки входа и выхода — это луч в стекле.

  5. 5

    В точке входа проведи перпендикуляр к грани и измерь транспортиром угол падения α и угол преломления γ.

  6. 6

    Дополнительно начерти окружность с центром в точке входа, опусти на перпендикуляр перпендикуляры из точек пересечения окружности с лучами и измерь отрезки a и b.

  7. 7

    Повтори опыт ещё для двух других углов падения на новом листе или с другой стороны пластины.

  8. 8

    Вычисли n для каждого опыта, найди среднее значение и сравни его с табличным.

Краткая теория

Преломление света — изменение направления луча при переходе через границу двух прозрачных сред. Угол падения α — угол между падающим лучом и перпендикуляром к границе в точке падения, угол преломления γ — угол между преломлённым лучом и тем же перпендикуляром. Падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр лежат в одной плоскости.

Закон преломления: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для двух данных сред постоянно: sin α / sin γ = n. Величину n называют показателем преломления второй среды относительно первой. Для воздуха показатель преломления почти равен 1, поэтому, измеряя углы при переходе света из воздуха в стекло, получают показатель преломления стекла. Он показывает, во сколько раз скорость света в стекле меньше, чем в вакууме: n = c / v.

Свет, переходя из воздуха в стекло, приближается к перпендикуляру: γ < α. Табличное значение показателя преломления обычного стекла — около 1,5; у разных сортов стекла оно разное, примерно от 1,5 до 1,9. Вместо углов можно измерять отрезки: если начертить окружность радиусом R с центром в точке падения, то sin α = a / R и sin γ = b / R, где a и b — расстояния от точек пересечения лучей с окружностью до перпендикуляра. Тогда n = a / b.

Виртуальный опыт

В симуляции «Преломление света: закон Снеллиуса» направь луч на границу двух сред и меняй угол падения. Для 3–4 разных углов записывай угол падения и угол преломления, вычисли n = sin α / sin γ и проверь, что отношение почти не меняется. Сравни средний результат с табличным значением.

Ещё одна симуляция по теме: Оптическая скамья: лазер, линзы, зеркала, призма

Таблица измерений

Лабораторная работа №10 · Физика, 8 класс. Определение показателя преломления стекла

Фамилия, имя, класс: ____________________ Дата: __________

№ опытаα, °γ, °sin αsin γnε, %
1
2
3

Расчёт и вывод

Показатель преломления: n = sin α / sin γ, или по отрезкам n = a / b.

Например, α = 50°, γ = 30°: sin 50° ≈ 0,766, sin 30° = 0,500, n = 0,766 / 0,500 ≈ 1,53. Способом окружности: a = 3,8 см, b = 2,5 см, n = 3,8 / 2,5 ≈ 1,52.

Относительное отклонение от табличного значения: ε = |n − n₀| / n₀ · 100 %, где n₀ — табличное значение. В примере ε = |1,53 − 1,5| / 1,5 · 100 % = 2 %.

Оценка достоверности: транспортир даёт точность около ±1°, из-за этого n получается с погрешностью в несколько процентов. Если отклонение от табличного значения такого же порядка, результат можно считать достоверным.

Шаблон вывода: В ходе работы я определил(а) показатель преломления стекла: n = … . Табличное значение — около 1,5, отклонение ε = … %. Так как отклонение … погрешности измерения углов, результат … . Основные источники погрешности — … .

Контрольные вопросы

  1. Что называют преломлением света?

    Показать ответ

    Изменение направления распространения света при переходе через границу двух прозрачных сред.

  2. Сформулируй закон преломления.

    Показать ответ

    Падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр к границе лежат в одной плоскости; отношение sin α / sin γ для двух данных сред постоянно и равно n.

  3. Что показывает показатель преломления стекла?

    Показать ответ

    Во сколько раз скорость света в стекле меньше, чем в вакууме: n = c / v. У стекла n ≈ 1,5, значит, свет в нём движется примерно в 1,5 раза медленнее.

  4. Почему луч, вышедший из пластины, параллелен падающему?

    Показать ответ

    Грани пластины параллельны, и на выходе луч преломляется на такой же угол, но в обратную сторону. Поэтому он только смещается вбок.

  5. Почему нельзя найти n при угле падения 0°?

    Показать ответ

    При α = 0° луч проходит границу без преломления, γ = 0°, и отношение синусов не определено. Удобнее брать углы падения от 30° до 70°.

Техника безопасности

  • Булавки втыкай только в подложку, не держи их во рту и после работы собери все в коробку.
  • Стеклянную пластину бери за боковые грани, не роняй её; если стекло разбилось, не собирай осколки руками и сообщи учителю.
  • Не направляй на глаза яркий источник света и не смотри сквозь стекло на Солнце.

Учителю

ҚМЖ и СОР по теме этой работы ИИ собирает в кабинете Bilim Plus Ұстаз по кодам целей обучения. Симуляцию можно выдать классу или вывести на доску.

Вопросы

Можно ли выполнить работу без стеклянной пластины и булавок?
Да, можно провести виртуальную лабораторную работу в симуляции «Преломление света: закон Снеллиуса». Результаты в журнал записывай так, как требует учитель.
Как записать вывод?
Запиши полученное значение n, сравни его с табличным, приведи отклонение в процентах и сделай вывод о достоверности результата, назвав главные источники погрешности.
Почему у разных учеников n получается немного разным?
Отличаются сорт стекла, точность установки булавок и измерения углов. Чем больше угол падения и чем точнее проведены лучи, тем надёжнее результат.

Все лабораторные работы по физике, 8 класс