Эксперимент в физике. Физический практикум. - Шутов В. И.
ISBN:5-9221-0632-5
Скачать (прямая ссылка):
п2 siiiQo = rii sin TT/2, siiiQo = —!~ = П12. (4)
По
Величина «о называется предельным углом полного отражения.
В настоящей работе экспериментально проверяются соотношения (1), (2) — законы отражения и преломления света, а также наблюдается явление полного отражения (4).
Отражение и преломление света
125
Экспериментальная часть
Для изучения законов отражения и преломления света в работе используется стеклянный полуцилиндр с матовой нижней поверхностью. Полуцилиндр помещают на горизонтальный оптический столик, имеющий форму диска так, чтобы середина плоской поверхности полуцилиндра совпала с центром диска (рис. 2). Узкий пучок света (луч лазера) направляют на боковую поверхность полуцилиндра перпендикулярно его поверхности. На плоской поверхности луч частично преломляется и частично отражается.
Оптический столик настраивают так, чтобы луч лазера скользил по его поверхности. В эксперименте измеряют углы отражения (3 и преломления 7 . Изменение угла падения а осуществляется путем поворота
лазер
Рис. 2.
столика вокруг вертикальной оси, пер не нд и кул яр но й его поверхности. Для измерения углов на диске нанесены деления (цена деления 1°) .
Измеренные значения углов а и /3 сравнивают, и тем самым проверяют соотношение (2) — закон преломления света. По измеренным значениям углов а и 7 вычисляют отношение sin а/ sin 7. Если эти отношения одинаковы при различных значениях угла падения, то закон преломления (2) подтверждается.
В данном эксперименте можно наблюдать явление полного отражения. Увеличивая угол падения а можно заметить, что яркость отраженного луча растет, в то время как яркость преломленного луча падает. Начиная с некоторого угла падения а0 преломленный луч исчезает.
1. Включите лазер и отрегулируйте оптический столик так, чтобы луч лазера скользил по его поверхности.
2. Поместите на оптический столик стеклянный полуцилиндр так, как это описано выше. Поворачивая столик вокруг вертикальной оси, измерьте углы отражения (3 и преломления 7 при разных углах падения а Результаты измерений занесите в таблицу.
126
Отражение и преломление света
№ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
А
и
Вт а / зт 7
3. Определите показатель преломления стекла и оцените погрешности полученного результата. Оцените скорость распространения света в стекле.
4. Экспериментально определите угол «о полного отражения на границе раздела «стекло-воздух». Полученное значение а® сравните с рассчитанным по формуле (4).
Обработка результатов измерений
Показатель преломления воздуха можно принять равным единице, поэтому для экспериментального расчета показателя преломления получим (см. таблицу 2 на стр. 13)
п = —^— , е(п) = ?(8И10:о) = (л^а^Дск, До = 1°, Ап = е(п)п. 8*1 п а о
Показатель преломления стекла п = 1,30 ± О,05 . В пределах погрешности вычисленное значение п должно с ним совпадать.
Контрольные вопросы и задачи
• Что такое «геометрическая оптика»? Сформулируйте основные законы геометрической оптики.
• В чем состоит явление полного внутреннего отражения? При каких условиях оно возникает?
• Под каким углом (3 к горизонту следует расположить плоское зеркало, чтобы солнечными лучами осветить дно вертикального колодца? Высота солнца над горизонтом составляет угол а = 30°.
• Плоское зеркало наклонено под углом а = 45° к горизонтальной поверхности стола, на котором лежит книга. В какой плоскости находится изображение книги?
Отражение и преломление света
127
• Какова должна быть минимальная высота плоского зеркала, висящего вертикально на стене, чтобы человек высотой 180 см мог видеть свое изображение в полный рост?
• Почему палка, частично погруженная в воду кажется изломанной в том месте, где она входит в воду?
• Под каким углом световой луч падает на плоскую поверхность стекла, если отраженный и преломленный лучи образуют между собой прямой угол? Скорость света в стекле V = 2 ¦ 108 м/с.
• В дно озера вбита свая высотой Н = 4 м, выступающая из воды на к = 1 м. Найти длину Ь тени сваи на дне озера, если лучи Солнца падают на поверхность воды под углом а = 45°. Показатель преломления воды п = 1,33.
• Пловец, нырнувший с открытыми глазами, рассматривает из-под воды светящийся предмет, находящийся над его головой на расстоянии 1ь = 75 см от поверхности воды. Каково будет кажущееся расстояние Н от поверхности воды до предмета?
• На дне водоема глубиной /г = 2 м находится точечный источник света. На поверхности воды плавает деревянный диск так, что центр диска находится над источником света. При каком минимальном радиусе диска ни один луч не выйдет через поверхность воды?
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 20
Теоретическое введение
В большинстве реальных оптических систем содержится несколько преломляющих сферических, поверхностей. Оптическую систему называют центрированной, если центры всех поверхностей лежат на одной прямой, которую называют главной оптической осью системы.
Простейшей центрированной оптической системой является линза. Она представляет собой прозрачное, обычно стеклянное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. В частном случае одна из поверхностей может быть плоской (рис. 1).
