Лабораторная работа №10. Определение показателя преломления стекла
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 темеЦели 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
Положи лист бумаги на подложку, сверху — стеклянную пластину и обведи карандашом её длинные грани.
- 2
Воткни с одной стороны пластины две булавки 1 и 2 так, чтобы прямая через них падала на грань наклонно.
- 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
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
В точке входа проведи перпендикуляр к грани и измерь транспортиром угол падения α и угол преломления γ.
- 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
Повтори опыт ещё для двух других углов падения на новом листе или с другой стороны пластины.
- 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: __________
| № опыта | α, ° | γ, ° | sin α | sin γ | n | ε, % |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 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
Что называют преломлением света?
Показать ответ
Изменение направления распространения света при переходе через границу двух прозрачных сред.
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.
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.
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.
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.