Номер 4, страница 181 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Убедитесь экспериментально в справедливости закона преломления, измеряя углы падения и преломления и вычисляя отношение их синусов ($\frac{\sin \alpha}{\sin \beta}$) при различных углах падения. Это отношение должно остаться неизменным. Эксперимент поставьте самостоятельно.

Для экспериментальной проверки справедливости закона преломления света необходимо провести эксперимент, описанный ниже.

Дано:

• Среда 1: воздух (показатель преломления $n_1 \approx 1$).
• Среда 2: оптически более плотная среда, например, стекло (с неизвестным показателем преломления $n_2$).
• Падающий световой луч.

Найти:

Необходимо экспериментально проверить, что отношение синуса угла падения $\alpha$ к синусу угла преломления $\gamma$ является постоянной величиной, и определить эту величину (относительный показатель преломления $n$).

Проверяемое соотношение: $\frac{\sin \alpha}{\sin \gamma} = n = \text{const}$.

Решение:

Для проверки закона преломления необходимо измерить несколько пар углов падения и преломления, а затем рассчитать их отношение.

Оборудование

• Источник узкого светового пучка (лазерная указка или осветитель с щелью).
• Плоскопараллельная стеклянная пластина или стеклянный полуцилиндр.
• Лист белой бумаги.
• Транспортир.
• Карандаш.
• Линейка.

Ход эксперимента

1. Положите стеклянный объект (например, полуцилиндр) на лист бумаги и обведите его контур карандашом.
2. Направьте луч света из воздуха в стекло под некоторым углом к поверхности. Удобнее всего направлять луч в центр плоской грани полуцилиндра.
3. Отметьте карандашом на бумаге как минимум по две точки на пути падающего и преломленного лучей, чтобы можно было точно восстановить их траектории.
4. Уберите стеклянный объект. С помощью линейки проведите прямые, соответствующие падающему и преломленному лучам, до их пересечения с контуром объекта (границей раздела сред).
5. В точке падения луча на границу раздела сред восстановите перпендикуляр (нормаль) к этой границе.
6. С помощью транспортира измерьте угол падения $\alpha$ (угол между падающим лучом и нормалью) и угол преломления $\gamma$ (угол между преломленным лучом и нормалью).
7. Повторите эксперимент не менее трех раз, каждый раз используя новый угол падения $\alpha$.
8. Занесите результаты всех измерений в таблицу.

Обработка результатов и вычисления

Для каждого опыта вычислите синусы измеренных углов и их отношение $n$. Данные занесите в таблицу. Ниже приведен пример заполненной таблицы для стекла с показателем преломления около 1,5.

Сравните значения $n$, полученные в разных опытах. Если они примерно равны (небольшие различия объясняются погрешностями измерений), то можно сделать вывод о справедливости закона преломления. Для большей точности можно найти среднее значение показателя преломления: $n_{ср} = \frac{n_1+n_2+n_3}{3}$.

Вывод

В ходе эксперимента было установлено, что для разных углов падения отношение синуса угла падения к синусу угла преломления остается постоянной величиной в пределах погрешности измерений. Это экспериментально подтверждает справедливость закона преломления света.

Ответ:

Эксперимент подтверждает справедливость закона преломления света. Закон гласит, что падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр, восстановленный в точке падения к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости, а отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для этих двух сред: $\frac{\sin \alpha}{\sin \gamma} = n$. Проведенные измерения и вычисления показывают, что данное отношение остается неизменным при изменении угла падения, что и является экспериментальным доказательством закона.