Dalam pelajaran sebelum ini, anda telah membiasakan diri dengan undang-undang asas perambatan cahaya: undang-undang pantulan dan pembiasan. Tetapi, seperti yang anda ketahui, seseorang berusaha untuk menggunakan mana-mana undang-undang yang dia fahami dalam amalan. Jika indeks biasan kekal malar untuk dua media, bolehkah kita, sebagai contoh, menentukan bahan satu medium, mengetahui bahan yang lain, dengan sudut pesongan pancaran cahaya apabila melepasi antara muka antara media ini? Anda akan belajar cara melakukan ini secara praktikal dalam pelajaran makmal ini.
Topik: Optik
Pelajaran: Kerja praktikal mengenai topik ini" Penentuan indeks biasan kaca"
Matlamat kerja: definisi penunjuk relatif pembiasan kaca menggunakan plat selari satah.
nasi. 1. Definisi penunjuk
sinα - sudut tuju
sinγ - sudut biasan
Dalam gambar ada dua garisan mendatar: muka kecil dan besar plat selari satah (lihat Rajah 1).
Pin pertama terletak di titik O. Pin kedua terletak di titik A. Arah AO ialah arah sinar tuju.
Arah dari titik O ke pin yang terletak pada muka besar ialah sinar terbias.
Dengan menggunakan pembaris, ukur jarak OD = OA.
Dari titik A kita menurunkan serenjang ke serenjang antara muka antara dua media. Dari titik D kita menurunkan serenjang ke serenjang dengan antara muka antara dua media.
Dua segi tiga ialah segi empat tepat. Mereka boleh menentukan sinus sudut tuju dan sinus sudut biasan.
Menggunakan pembaris, jarak AC dan jarak DB diukur.
Beberapa ukuran perlu diambil. Untuk melakukan ini, anda perlu menukar lokasi pin kedua di mana-mana sudut lain. Akibatnya, sudut tuju dan sudut biasan akan berubah, tetapi indeks biasan akan tetap untuk kedua-dua media.
1 cara
peralatan: plat selari satah, 3 pin, pembaris, protraktor, helaian kertas, pensel, kepingan getah buih.
Kemajuan:
1. Letakkan sekeping getah buih di atas meja untuk memudahkan memasukkan pin.
2. Tutup buih dengan sehelai kertas putih.
3. Letakkan plat kaca selari satah di atas.
4. Gunakan pensel untuk menggariskan tepi kecil dan besar.
5. Kami akan melekatkan pin pertama berhampiran tepi pertama, dan kami akan melekatkan pin kedua pada sudut tertentu kepada yang pertama.
6. Memerhatikan dua pin melalui tepi besar, kita akan mencari lokasi pin ketiga supaya yang pertama dan kedua menghalang satu sama lain (lihat Rajah 2).
nasi. 2. Plat selari satah
7. Tandakan lokasi ketiga-tiga pin.
8. Kami mengeluarkan peralatan dan melihat lukisan yang dihasilkan.
9. Dengan menggunakan pembaris, ukur kaki (lihat Rajah 3).
nasi. 3. Definisi penunjuk
CA = 15 mm, DB = 10 mm.
Untuk hasil yang lebih tepat, perlu melakukan beberapa eksperimen.
Indeks biasan relatif ialah 1.5, yang bermaksud bahawa kelajuan cahaya apabila melalui udara ke kaca berkurangan sebanyak 1.5 kali.
Untuk menyemak data yang diperoleh, perlu membandingkannya dengan jadual indeks biasan untuk pelbagai bahan(lihat Rajah 4).
nasi. 4. Jadual indeks biasan
Dengan indeks biasan kita boleh menentukan jenis bahan yang kita ada.
2 cara
peralatan: mentol lampu, skrin dengan celah, helaian kertas.
Kemajuan:
1. Menggunakan wayar, kami menyambungkan sel galvanik (bateri) dengan mentol lampu pijar.
2. Kami meletakkan skrin dengan celah di hadapan lampu, dan di belakangnya kami meletakkan plat selari satah.
3. Kami mengukur sudut tuju dan sudut biasan menggunakan protraktor.
4. Menggunakan jadual Bradis, kita dapati nilai sinus pada sudut.
5. Kira indeks biasan (lihat Rajah 5).
nasi. 5. Plat selari satah
Contoh pengiraan ralat
Ralat:
1. Mutlak.
2. Relatif.
Ralat mutlak: alat pengukur, ukuran
Dalam pembaris logam, ralat boleh dianggap separuh daripada nilai pembahagian alat pengukur ini, iaitu 0.5 mm.
Ralat pengukuran juga boleh menjadi separuh daripada harga pembahagian pembaris (0.5 mm).
Secara umum, ralat mutlak ialah 1 mm.
Ralat relatif (ε) (lihat Rajah 6):
nasi. 6. Ralat relatif
Penentuan ralat mutlak indeks biasan yang diukur (lihat Rajah 7):
nasi. 7. Ralat mutlak
- Nizhny Novgorod cawangan MIIT ().
Pembangunan
Nama penuh Ibragimova Elmira Lumanovna
Tempat kerja MBOU "sekolah Teplovskaya"
Tajuk kerja cikgu fizik
item fizik
Kelas 11
Tutorial asas fizik 11 Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B.
Tarikh 12.12.16
pelajaran fizik. Kerja makmal № 3
"Penentuan indeks biasan kaca"
Tujuan pelajaran: mengajar pelajar menentukan secara eksperimen indeks biasan kaca
peralatan: plat kaca dengan tepi selari, 4 jarum, pembaris.
1 . Letakkan plat kaca pada halaman buku nota supaya bahagian atas yang lebih sempit berjalan tepat di sepanjang garisan sel, kemudian jejak plat dengan pensil. Kemudian kita keluarkan plat kaca dan lukis sinar tuju yang melalui pepenjuru sel supaya sudut tuju ialah 45 0
2. Kami melekatkan 2 jarum pada awal dan akhir rasuk dalam buku nota. Kemudian letakkan pinggan kaca bekas tempat dalam buku nota. Kami melihat pancaran kejadian melalui pinggir bawah plat. Kami mengambil dua lagi jarum dan melekatkannya ke dalam buku nota supaya jarum berdiri tepat pada kesinambungan pancaran kejadian. Kami mengeluarkan semua jarum dan pinggan. Kami menghantar rasuk yang muncul dari kaca. Sinaran mestilah selari. Kami menyambungkan penghujung kejadian dan permulaan sinar terbias.
3 .Lukis bulatan dengan pusat di titik O. B segi tiga tepat ODE dan OBC hipotenus adalah sama. Untuk menentukan indeks biasan yang anda perlukan
Nilai n yang terhasil mestilah dalam
Kesimpulan: Indeks biasan kaca ditentukan. Ia ternyata sama dengan 1.5.
Kerja rumah: Mengkaji hukum pantulan dan pembiasan cahaya
Kerja makmal No. 3 (penyelesaian, jawapan) dalam fizik, gred 11 - Penentuan indeks biasan kaca
10. Hitung purata panjang segmen
11. Disebabkan fakta bahawa sinα = AE/AB, sinγ = DC/BC dan AB = DC, indeks biasan mutlak kaca boleh dikira menggunakan formula
12. Kira ralat mutlak dalam mengukur segmen.
13. Kira ralat relatif pengukuran tidak langsung penunjuk mutlak pembiasan kaca. (untuk 1)
14. Kira kesilapan mutlak pengukuran tidak langsung indeks biasan mutlak kaca. (untuk 1)
15. Tuliskan nilai indeks biasan kaca dan ralat relatif pengukurannya. (untuk 1)
| № | Diukur | Dikira | ||||||
| Pengukuran berulang | Purata | Δn | ε | |||||
| 1 | A.E. | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 2.86 | 0.53 | 18.5% |
| DC | 0.007 | 0.007 | 0.007 | 0.007 | ||||
| 2 | A.E. | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 2.33 | - | - |
| DC | 0.009 | 0.009 | 0.009 | 0.009 | ||||
| 3 | A.E. | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 2.5 | - | - |
| DC | 0.008 | 0.008 | 0.008 | 0.008 | ||||
Jawapan kepada soalan keselamatan
1. Tuliskan formula untuk mengira kelajuan cahaya dalam bahan dengan indeks biasan n.
v = c/n, dengan c = 3 · 10⁸ m/s ialah kelajuan cahaya dalam vakum
2. Apakah bergantung kepada indeks biasan sesuatu bahan?
Indeks biasan sesuatu bahan bergantung kepada kekerapan gelombang.
3. Apakah fenomena tersebut refleksi total cahaya pada antara muka antara dua media?
Jumlah pantulan cahaya pada antara muka antara dua media apabila cahaya melewati dari medium optik yang lebih tumpat ke medium optik yang kurang tumpat - sudut biasan menjadi lebih besar daripada sudut tuju. Apabila sudut tuju meningkat pada nilai tertentu α = 0, sudut biasan akan menjadi 90°.
Indeks biasan kaca adalah malar untuk dua media, bebas daripada sudut tuju. Apabila sudut tuju meningkat, anjakan rasuk meningkat.
Tugas super
Cuba gunakan plat kaca ini untuk memerhati fenomena pantulan total. Lukiskan skema optik untuk memerhatikannya.
Untuk memerhati pantulan total, sudut tuju mesti sentiasa dinaikkan. Untuk melakukan ini, kami memutarkan plat kaca dengan lancar supaya sudut antara satah muka dari mana ia muncul dan rasuk yang muncul meningkat. Sinar yang sentiasa muncul akan selari dengan muka, dan selepas pusingan sedikit sinar itu akan hilang dan muncul di sebelah di mana sinar yang masuk berada.
Mengetahui indeks biasan bagi jenis kaca tertentu adalah penting untuk kegunaannya sebagai bahan kanta optik. Dalam artikel ini kami akan membentangkan kerja makmal untuk mengukur indeks biasan kaca, dengan mempertimbangkan sepanjang jalan semua formula yang diperlukan.
Tujuan dan objektif kerja makmal
Makmal untuk mengukur indeks biasan kaca mengejar matlamat berikut: untuk mempelajari cara mengukur ciri biasan bahan lutsinar dan memproses keputusan yang diperolehi.
Semasa kerja, tugas berikut mesti diselesaikan:
- Mempelajari bahan teori.
- Meneroka persediaan eksperimen dan prinsip operasinya.
- Kira sudut tuju dan biasan.
- Tentukan sudut genting.
- Cari nilai indeks biasan bagi kaca dengan memproses keputusan yang diperolehi.
- Buat kesimpulan daripada kerja.
Teori fenomena biasan
Fenomena ini adalah perubahan arah pergerakan rectilinear daripada pancaran cahaya semasa ia melalui satu medium lutsinar ke medium lain. Keadaan ini timbul, sebagai contoh, apabila cahaya melintasi sempadan air-udara atau kaca-udara.
Undang-undang pembiasan telah menarik minat manusia sepanjang sejarahnya. Ia dikaji oleh orang Yunani purba (Ptolemy, I-II abad AD), orang Arab pada Zaman Pertengahan (Ibn Sahl, abad X), serta ramai saintis pada zaman moden (Huygens, Newton, Descartes, Snell). Pada masa ini dipercayai bahawa orang Belanda Snell mula-mula merumuskan hukum pembiasan dalam bentuk moden, meringkaskan banyak data percubaan.
Formula untuk fenomena pembiasan adalah seperti berikut:
n1*sin(θ1) = n2*sin(θ2) = const.
Di sini θ1 ialah sudut relatif kepada normal kepada antara muka antara media di mana rasuk jatuh pada permukaan ini, θ2 ialah sudut relatif kepada normal yang sama untuk sinar biasan. Kuantiti n1, n2 ialah indeks biasan media 1 dan 2, masing-masing. Eksponen n menentukan berapa banyak medium memperlahankan kelajuan cahaya berbanding kelajuan cahaya dalam vakum, iaitu:
n = c/v, c ialah kelajuan cahaya dalam vakum, v dalam medium.
Sudut kritikal
Hukum Snell menunjukkan bahawa sudut tuju akan lebih besar daripada sudut biasan jika medium pertama secara optik kurang tumpat (n1).
Apabila rasuk bergerak dalam medium optik yang lebih tumpat dan melalui antara muka antara media menjadi bahan lutsinar yang kurang tumpat, maka terdapat sudut di mana rasuk terbias akan bergerak di sepanjang permukaan yang memisahkan medium. Sudut ini kritikal. Sebarang sudut tuju yang lebih besar daripada ini tidak akan menyebabkan tiada bahagian cahaya yang melalui antara muka. Fenomena ini dipanggil refleksi total dalaman.
Memandangkan undang-undang Snell dan penjelasan di atas, untuk sudut genting boleh ditulis:
θ1 = arcsin(n2/n1), di mana n1>n2.
Fenomena ini digunakan dalam gentian optik untuk menghantar tenaga elektromagnet kepada jarak jauh tanpa rugi.
Persediaan eksperimen
Penentuan indeks biasan kaca dijalankan menggunakan pemasangan yang ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Nombor dalam foto bermaksud perkara berikut:
- Pembaris bergraduat di mana instrumen kerja utama pemasangan terletak.
- Sumber kuasa elektrik.
- Lampu yang menjadi sumber cahaya.
- Kanta menumpu dengan jarak fokus yang diketahui (contohnya, 10 cm).
- Kaset diafragma.
- Apertur dalam bentuk parut (apertur digunakan untuk memfokuskan pancaran cahaya dengan lebih baik.).
- Cakera lulus optik.
- Objek kaca yang indeks biasannya hendak diukur. Ia mempunyai bentuk separuh silinder, iaitu tiga daripada permukaannya adalah satah, dan yang keempat adalah silinder.
- Prisma optik (tidak digunakan untuk makmal ini).
Mengapa anda perlu menggunakan objek kaca dalam bentuk separuh silinder akan diterangkan di bawah.
Menyediakan pemasangan untuk operasi
Prinsip operasi pemasangan untuk pengukuran eksperimen mengukur indeks biasan kaca adalah sangat mudah: anda hanya perlu membentuk pancaran cahaya sempit, arahkan ia selari dengan cakera optik melalui separuh silinder kaca dan, menggunakan pengijazahan cakera, ukur sudut tuju dan sudut daripada pembiasan.
Persediaan untuk operasi pemasangan dijalankan secara berurutan:
- Letakkan sumber cahaya (lampu) pada pembaris bertingkat dalam kedudukan "0 cm".
- Jajarkan badan dengan kanta menumpu menggunakan pembaris bertingkat ke kedudukan yang sama dengan panjang fokus. DALAM dalam kes ini 10 cm Terima kasih kepada kedudukan ini, semua sinar yang dipancarkan oleh lampu akan keluar dari kanta selari dengan pembaris bertingkat.
- Hidupkan sumber kuasa dan, dengan melaraskan kedudukan diafragma, pastikan pancaran cahaya adalah sempit yang mungkin. Ketebalannya hendaklah lebih kurang daripada bahagian terkecil pada cakera optik.
- Laraskan ketinggian cakera optik supaya pancaran cahaya melepasinya, hampir menyentuh permukaannya. Cakera juga harus dilaraskan relatif kepada paksi sisi supaya rasuk melepasi tepat melalui pusatnya, iaitu melalui salah satu diameter.
- Ia perlu meletakkan separuh silinder kaca di tengah cakera supaya satah sisinya bertepatan dengan salah satu diameter cakera.
Persediaan sedia untuk percubaan.
Menjalankan eksperimen
Kerja makmal "Mengukur indeks biasan kaca" terdiri daripada dua peringkat. Pertama, eksperimen dijalankan untuk laluan pancaran cahaya dari udara ke kaca, dan kemudian dari kaca ke udara:
- Dari udara ke kaca. Pertama, anda perlu memutar cakera optik supaya rasuk tidak membias apabila melalui separuh silinder. Kedudukan ini akan sepadan dengan titik permulaan (0o). Selepas ini, adalah perlu untuk memutar cakera setiap 5o dan memasukkan data ke dalam jadual yang sesuai: α dan β - sudut kejadian dan biasan. Ia adalah perlu untuk menjalankan kira-kira 10-15 pengukuran. Kedudukan separuh silinder pada cakera boleh dilihat dalam rajah di bawah (a).
- Dari kaca ke udara. Dalam kes ini, cakera dengan separuh silinder hendaklah diputar 180o. Dalam kes ini, pancaran kejadian akan mula-mula terkena permukaan silinder. Oleh kerana ia jatuh di atasnya sepanjang jejari (pada sudut 90o), tiada pembiasan berlaku di pintu masuk ke kaca, tetapi ia berlaku hanya di pintu keluar daripadanya melalui permukaan rata. Keadaan ini digambarkan dalam rajah di bawah (b). Setelah memilih asal seperti dalam kes di atas, anda harus memutar cakera setiap 5o dan mengukur sudut.
Apabila eksperimen "dari kaca ke udara" dilakukan, situasi timbul pada sudut tuju tertentu rasuk apabila ia tidak keluar melalui permukaan rata separuh silinder. Sudut ini kritikal.
Memproses keputusan
Dari udara ke kaca: ni = nv*sin(α)/sin(β). Dari kaca ke udara: ni = nv*sin(β)/sin(α).
Indeks biasan udara ialah nv = 1.00029.
Oleh itu, satu siri nilai n akan diperolehi (nombor mereka adalah sama dengan jumlah ukuran yang diambil). Biarkan nombor ini m. Kini anda perlu mencari nilai purata untuk indeks biasan kaca n¯, serta serakan Δn (sisihan kuasa dua punca akar), yang menunjukkan ketepatan eksperimen. Nilai-nilai ini ditentukan oleh formula berikut:
n¯ = ∑i=1m(ni)/m;Δn = √(∑i=1m(ni-n¯)2/m).
Keputusan akhir akan ditulis sebagai:
Kesimpulan daripada kerja makmal
Setelah menjalankan kerja "Mengukur indeks biasan kaca", kesimpulan berikut boleh dibuat:
- sinar cahaya mengalami pembiasan apabila melalui medium lain;
- sudut genting berlaku hanya apabila cahaya melalui kaca ke udara, tetapi bukan sebaliknya;
- Untuk memastikan kebolehpercayaan hasil yang diperolehi, beberapa ukuran (lebih daripada 10) perlu dijalankan, dan kemudian nilai akhir harus dibentangkan dalam bentuk saiz purata, menunjukkan had ketepatannya.