Номер 7, страница 41 - гдз по физике 11 класс тетрадь для лабораторных работ Парфентьева

Лабораторная работа № 7. Измерение показателя преломления стекла - номер 7, страница 41.

Условие.

7. Контрольные вопросы

1. Что называется абсолютным и относительным показателями преломления?

2. Как изменится относительный показатель преломления, если стеклянную пластинку поместить в воду?

3. За счёт чего возникают погрешности измерений?

4. Можно ли определить показатель преломления стекла, измерив транспортиром углы? Какой метод лучше?

5. Зная показатель преломления среды, какую физическую величину, характеризующую данную среду, можно вычислить?

6. Что характеризует оптическую плотность среды?

7. При переходе из одной среды в другую изменяется скорость распространения волны. Какая из характеристик электромагнитной волны также изменяется?

Решение.

1. Что называется абсолютным и относительным показателями преломления?

Абсолютным показателем преломления среды ($n$) называется безразмерная физическая величина, равная отношению скорости распространения света в вакууме ($c$) к фазовой скорости света в данной среде ($v$). Он показывает, во сколько раз скорость света в среде меньше, чем в вакууме. Математически это выражается формулой: $n = \frac{c}{v}$

Относительным показателем преломления второй среды относительно первой ($n_{21}$) называется отношение абсолютного показателя преломления второй среды ($n_2$) к абсолютному показателю преломления первой среды ($n_1$). Он также равен отношению скорости света в первой среде ($v_1$) к скорости света во второй среде ($v_2$). Эта величина показывает, как изменяется скорость света при переходе из одной среды в другую. $n_{21} = \frac{n_2}{n_1} = \frac{v_1}{v_2}$

Ответ: Абсолютный показатель преломления — это отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде ($n = c/v$). Относительный показатель преломления — это отношение абсолютных показателей преломления двух сред ($n_{21} = n_2/n_1$).

2. Как изменится относительный показатель преломления, если стеклянную пластинку поместить в воду?

Относительный показатель преломления стекла ($n_{ст}$) относительно окружающей среды ($n_{ср}$) определяется по формуле $n_{отн} = \frac{n_{ст}}{n_{ср}}$. Изначально, когда пластинка находится в воздухе, окружающей средой является воздух с показателем преломления $n_{вз} \approx 1,0003 \approx 1$. Относительный показатель преломления равен $n_{ст/вз} = \frac{n_{ст}}{n_{вз}} \approx n_{ст}$. Когда стеклянную пластинку помещают в воду, окружающей средой становится вода с показателем преломления $n_{вд} \approx 1,33$. Новый относительный показатель преломления будет равен $n_{ст/вд} = \frac{n_{ст}}{n_{вд}}$. Поскольку показатель преломления воды больше показателя преломления воздуха ($n_{вд} > n_{вз}$), знаменатель в формуле для относительного показателя преломления увеличится. Следовательно, значение всей дроби уменьшится.

Ответ: Относительный показатель преломления стекла уменьшится, так как показатель преломления воды больше показателя преломления воздуха.

3. За счёт чего возникают погрешности измерений?

Погрешности измерений возникают по ряду причин, которые можно разделить на несколько основных типов:
1. Инструментальные погрешности: связаны с неточностью самого измерительного прибора (например, цена деления шкалы, износ, заводской брак).
2. Методические погрешности: обусловлены несовершенством метода измерения, использованием приближенных формул или неучтенными факторами, влияющими на результат.
3. Субъективные погрешности: вносятся самим экспериментатором из-за особенностей его органов чувств (например, ошибка параллакса при считывании показаний со стрелочного прибора, неточность при определении момента времени).
4. Случайные погрешности: вызываются множеством неконтролируемых факторов, таких как колебания температуры, влажности, вибрации, которые приводят к разбросу результатов при повторных измерениях.

Ответ: Погрешности измерений возникают из-за неточности приборов, несовершенства метода измерения, ошибок экспериментатора и влияния случайных внешних факторов.

4. Можно ли определить показатель преломления стекла, измерив транспортиром углы? Какой метод лучше?

Да, определить показатель преломления стекла с помощью транспортира можно. Для этого используется закон преломления света (закон Снеллиуса): $n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \beta$. Если луч света падает из воздуха ($n_1 \approx 1$) на поверхность стекла ($n_2=n$), то закон принимает вид: $\sin \alpha = n \sin \beta$. Отсюда показатель преломления стекла $n = \frac{\sin \alpha}{\sin \beta}$. Проведя эксперимент, можно направить луч света на стеклянную пластину, измерить транспортиром угол падения $\alpha$ и угол преломления $\beta$ и вычислить $n$.

Однако, метод, основанный на единственном измерении, подвержен значительным погрешностям. Лучшим методом является проведение серии измерений для различных углов падения ($\alpha_1, \alpha_2, ...$) и соответствующих им углов преломления ($\beta_1, \beta_2, ...$). Затем строится график зависимости $\sin \alpha$ от $\sin \beta$. Точки на графике должны лечь на прямую, проходящую через начало координат. Показатель преломления $n$ будет равен тангенсу угла наклона этой прямой. Такой графический метод позволяет усреднить результаты и минимизировать влияние случайных погрешностей, что делает его более точным.

Ответ: Да, можно, используя закон преломления света. Лучше провести серию измерений для разных углов и определить показатель преломления из графика зависимости синуса угла падения от синуса угла преломления, так как это уменьшает погрешность.

5. Зная показатель преломления среды, какую физическую величину, характеризующую данную среду, можно вычислить?

Абсолютный показатель преломления среды ($n$) по определению связан со скоростью распространения света в этой среде ($v$) и скоростью света в вакууме ($c$) соотношением $n = \frac{c}{v}$. Зная показатель преломления $n$ и константу $c$ ($c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с), можно вычислить скорость распространения света в данной среде. $v = \frac{c}{n}$

Ответ: Зная показатель преломления среды, можно вычислить скорость распространения света в этой среде.

6. Что характеризует оптическую плотность среды?

Оптическая плотность среды — это качественная характеристика, которая напрямую связана с ее показателем преломления. Среда с большим показателем преломления называется оптически более плотной. Оптическая плотность характеризует способность вещества замедлять скорость распространения света и, как следствие, изменять направление (преломлять) светового луча при его переходе на границе с другой средой. Чем выше оптическая плотность, тем медленнее движется свет в среде и тем сильнее он преломляется.

Ответ: Оптическая плотность характеризует способность среды замедлять скорость распространения света и преломлять его.

7. При переходе из одной среды в другую изменяется скорость распространения волны. Какая из характеристик электромагнитной волны также изменяется?

При переходе электромагнитной волны из одной среды в другую ее частота ($f$) остается неизменной, так как она определяется характеристиками источника, излучившего волну. Скорость распространения волны ($v$), ее частота ($f$) и длина волны ($\lambda$) связаны соотношением $v = \lambda \cdot f$. Поскольку скорость $v$ изменяется при переходе в другую среду, а частота $f$ остается постоянной, то для сохранения равенства должна измениться длина волны $\lambda$. При переходе в оптически более плотную среду скорость волны уменьшается, и, соответственно, уменьшается ее длина ($\lambda = v/f$).

Ответ: При переходе из одной среды в другую также изменяется длина волны.