Эксперимент, страница 99 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Эксперимент

1. Соберите установку, изображенную на рисунке 96. Примечание: Опыт можно провести с помощью двух транспортиров и лазерной указки.

2. Определите показатель преломления стекла, используя закон преломления. Показатель преломления воздуха примите равным единице $n_1 = 1$.

3. Определите среднее значение показателя преломления стекла по полученным результатам в каждой группе.

4. Выясните, из какого сорта стекла изготовлена призма (изделие, использованное в работе).

Рис. 96. Определение показателя преломления стекла с помощью оптического диска

1. Соберите установку, изображенную на рисунке 96. Примечание: Опыт можно провести с помощью двух транспортиров и лазерной указки.

Для выполнения задания необходимо собрать экспериментальную установку, как показано на рисунке. Она состоит из источника лазерного излучения (лазерной указки), оптического диска с угловой шкалой и полуцилиндра из исследуемого стекла, расположенного в центре диска.

2. Определите показатель преломления стекла, используя закон преломления. Показатель преломления воздуха примите равным единице $n_1 = 1$.

Дано:

Показатель преломления воздуха, $n_1 = 1$
Угол падения луча (определен по рисунку), $\alpha = 60°$
Угол преломления луча (определен по рисунку), $\gamma = 35°$

Найти:

Показатель преломления стекла, $n_2$

Решение:

Для определения показателя преломления стекла воспользуемся законом преломления света (законом Снеллиуса):
$n_1 \cdot \sin(\alpha) = n_2 \cdot \sin(\gamma)$
где $n_1$ — показатель преломления первой среды (воздуха), $n_2$ — показатель преломления второй среды (стекла), $\alpha$ — угол падения, $\gamma$ — угол преломления.
Выразим из формулы искомый показатель преломления стекла $n_2$:
$n_2 = n_1 \cdot \frac{\sin(\alpha)}{\sin(\gamma)}$
Углы падения и преломления отсчитываются от перпендикуляра к границе раздела двух сред. На рисунке видно, что луч падает на плоскую грань полуцилиндра. Угол падения $\alpha$ (между падающим лучом и перпендикуляром) составляет $60°$. Угол преломления $\gamma$ (между преломленным лучом и перпендикуляром) составляет примерно $35°$.
Подставим числовые значения в формулу:
$n_2 = 1 \cdot \frac{\sin(60°)}{\sin(35°)}$
Используя таблицы тригонометрических функций или калькулятор, находим значения синусов:
$\sin(60°) \approx 0.866$
$\sin(35°) \approx 0.574$
Вычисляем $n_2$:
$n_2 \approx \frac{0.866}{0.574} \approx 1.509$
Округлим результат до сотых: $n_2 \approx 1.51$.

Ответ: показатель преломления стекла равен примерно 1.51.

3. Определите среднее значение показателя преломления стекла по полученным результатам в каждой группе.

Для определения среднего значения необходимо провести несколько измерений, в идеале меняя угол падения, и вычислить показатель преломления для каждого случая. Затем найти среднее арифметическое полученных значений. Поскольку в условии представлен только один результат измерений, мы можем считать полученное в пункте 2 значение единственным результатом. В этом случае среднее значение совпадает с единичным измерением.

Ответ: на основе одного проведенного измерения среднее значение показателя преломления стекла составляет 1.51.

4. Выясните, из какого сорта стекла изготовлена призма (изделие, использованное в работе).

Для определения сорта стекла необходимо сравнить полученный показатель преломления $n_2 \approx 1.51$ с табличными значениями показателей преломления для различных сортов стекла.
Приведем показатели преломления для некоторых распространенных типов стекла:

• Кварцевое стекло: $n \approx 1.46$
• Органическое стекло (плексиглас): $n \approx 1.49$
• Стекло крон (оптическое): $n \approx 1.51 - 1.52$
• Оконное стекло: $n \approx 1.52$
• Стекло флинт (оптическое): $n \approx 1.57 - 1.75$

Ответ: призма, вероятнее всего, изготовлена из оптического стекла сорта крон.