Номер 1, страница 37 - гдз по физике 11 класс тетрадь для лабораторных работ Парфентьева

Лабораторная работа № 7. Измерение показателя преломления стекла - номер 1, страница 37.

Условие.

Лабораторная работа № 7

Измерение показателя преломления стекла

Цель работы: изучить законы преломления света и определить показатель преломления стекла.

1. Теоретическая часть

Пересекая границу раздела двух сред с разными оптическими свойствами, свет преломляется, т. е. меняет направление распространения (рис. 20). Это объясняется изменением скорости света при переходе из одной среды в другую. Максимальная скорость света в вакууме: $c = 3 \cdot 10^8$ м/с.

Показатель преломления характеризует изменение скорости света в среде.

Абсолютный показатель преломления определяется отношением скорости света $\text{c}$ в вакууме к скорости света $\text{v}$ в данной среде: $n = \frac{c}{v}$. Из этого определения следует, что абсолютный показатель преломления всегда больше единицы.

Закон преломления света: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно обратному отношению абсолютных показателей преломления соответствующих сред (см. рис. 20):

$$\frac{\sin \alpha}{\sin \beta} = \frac{n_2}{n_1}\text{ (1)}$$

В свою очередь, $\frac{n_2}{n_1} = \frac{v_1}{v_2}$, т. е. отношение показателей преломления равно обратному отношению скоростей света в первой и второй средах.

Это отношение называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой.

Среда с большим абсолютным показателем преломления считается оптически более плотной средой. Если свет падает из среды оптически менее плотной на границу раздела со средой оптически более плотной, то угол падения больше, чем угол преломления $(\alpha > \beta)$.

Для определения относительного показателя преломления двух сред достаточно согласно формуле (1) измерить угол падения $\alpha$ на границу раздела сред и угол преломления $\beta$.

Таким же способом можно определить и абсолютный показатель преломления, если одна из двух сред — воздух, так как скорость света в воздухе практически равна скорости света в вакууме.

Рис. 20

Решение.

В чем заключается явление преломления света и какова его причина?

Явление преломления света заключается в изменении направления распространения света при его переходе через границу раздела двух сред с различными оптическими свойствами. Это явление объясняется изменением скорости распространения света при переходе из одной среды в другую. Максимальная скорость света достигается в вакууме и составляет $c = 3 \cdot 10^8$ м/с.
Ответ: Преломление света — это изменение направления светового луча на границе двух сред, вызванное изменением скорости света.

Что характеризует показатель преломления и как определяется абсолютный показатель преломления?

Показатель преломления — это физическая величина, которая характеризует, насколько изменяется скорость света в среде по сравнению с вакуумом. Абсолютный показатель преломления $n$ определяется как отношение скорости света в вакууме $c$ к скорости света $v$ в данной среде. Он рассчитывается по формуле:
$n = \frac{c}{v}$
Поскольку скорость света в любой среде меньше, чем в вакууме ($v < c$), абсолютный показатель преломления всегда больше единицы ($n > 1$).
Ответ: Показатель преломления характеризует изменение скорости света в среде. Абсолютный показатель преломления $n$ — это отношение скорости света в вакууме $c$ к скорости света в среде $v$, $n = \frac{c}{v}$.

Сформулируйте закон преломления света.

Закон преломления света (закон Снеллиуса) устанавливает связь между углами падения и преломления света на границе двух сред. Он гласит: отношение синуса угла падения $\alpha$ к синусу угла преломления $\beta$ есть величина постоянная для двух данных сред, равная обратному отношению их абсолютных показателей преломления:
$\frac{\sin\alpha}{\sin\beta} = \frac{n_2}{n_1}$
где $n_1$ и $n_2$ — абсолютные показатели преломления первой и второй сред соответственно. Это отношение также называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой, и оно равно обратному отношению скоростей света в этих средах: $\frac{n_2}{n_1} = \frac{v_1}{v_2}$.
Ответ: Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению показателей преломления второй и первой сред: $\frac{\sin\alpha}{\sin\beta} = \frac{n_2}{n_1}$.

Что такое оптически более плотная среда и как это влияет на углы падения и преломления?

Среда с большим абсолютным показателем преломления называется оптически более плотной средой. Если свет падает из среды оптически менее плотной ($n_1$) на границу раздела со средой оптически более плотной ($n_2 > n_1$), то угол падения $\alpha$ будет больше, чем угол преломления $\beta$ ($\alpha > \beta$). Это означает, что преломленный луч отклоняется ближе к перпендикуляру, восстановленному в точке падения.
Ответ: Оптически более плотная среда — это среда с большим показателем преломления. При переходе света из менее плотной в более плотную среду угол преломления меньше угла падения.

Как, основываясь на изложенной теории, определить показатель преломления стекла?

Для определения показателя преломления стекла, что является целью лабораторной работы, необходимо провести эксперимент, в котором свет переходит из воздуха в стекло. Воздух будет являться первой средой ($1$), а стекло — второй ($2$). Поскольку скорость света в воздухе практически равна скорости света в вакууме, абсолютный показатель преломления воздуха можно принять равным единице ($n_1 = n_{возд} \approx 1$). Искомый показатель преломления стекла обозначим как $n_2 = n_{стекла}$.
Используя закон преломления света, можно записать:
$\frac{\sin\alpha}{\sin\beta} = \frac{n_{стекла}}{n_{возд}} \approx \frac{n_{стекла}}{1} = n_{стекла}$
Таким образом, для определения абсолютного показателя преломления стекла достаточно экспериментально измерить угол падения $\alpha$ и соответствующий ему угол преломления $\beta$ и вычислить отношение их синусов:
$n_{стекла} = \frac{\sin\alpha}{\sin\beta}$
Ответ: Чтобы определить показатель преломления стекла, нужно направить на него луч света из воздуха, измерить угол падения $\alpha$ и угол преломления $\beta$, а затем вычислить значение по формуле $n = \frac{\sin\alpha}{\sin\beta}$.