Номер 4, страница 29 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

4. Исследуйте любое физическое явление, соблюдая последовательность действий при изучении явлений природы. Опишите ход исследования и его результат.

В качестве примера физического явления для исследования выберем преломление света. Исследование будет проводиться в соответствии с общепринятой последовательностью действий при изучении явлений природы (научным методом).

1. Наблюдение.

Каждый может заметить, что карандаш, опущенный в стакан с водой, кажется "сломанным" на границе раздела воды и воздуха. Подводная часть карандаша кажется смещенной и расположенной под другим углом.

2. Постановка вопроса (формулировка проблемы).

Почему возникает эта оптическая иллюзия? Что происходит с лучами света, которые отражаются от подводной части карандаша, прежде чем они попадут в наши глаза?

3. Выдвижение гипотезы.

Можно предположить, что свет при переходе из одной прозрачной среды (воды) в другую (воздух) изменяет направление своего распространения. То есть, световой луч преломляется. Из-за этого преломления нам и кажется, что подводная часть предмета находится не там, где она есть на самом деле.

4. Планирование и проведение эксперимента.

Для проверки гипотезы необходим эксперимент, который позволит наглядно увидеть и измерить изменение направления светового луча.

Оборудование: источник узкого пучка света (например, лазерная указка), прозрачная ёмкость с плоскими стенками (небольшой аквариум или кювета), вода, лист бумаги с транспортиром.

Ход эксперимента:

1. Наполняем ёмкость водой примерно наполовину.

2. Размещаем ёмкость на листе бумаги с начерченным транспортиром так, чтобы центр транспортира находился на границе раздела сред "вода-воздух".

3. В затемненном помещении направляем луч лазерной указки на поверхность воды под некоторым углом к перпендикуляру, восстановленному в точке падения луча. Чтобы сделать луч видимым в воде, можно добавить в нее каплю молока.

4. Наблюдаем, что луч, войдя в воду, меняет свое направление. Он не является прямым продолжением падающего луча.

5. С помощью транспортира измеряем угол падения $\alpha$ (угол между падающим лучом и перпендикуляром к поверхности) и угол преломления $\beta$ (угол между преломленным лучом и перпендикуляром).

6. Повторяем эксперимент несколько раз, изменяя угол падения $\alpha$.

5. Анализ результатов.

В ходе эксперимента мы обнаружим, что при переходе луча из воздуха в воду угол преломления $\beta$ всегда меньше угла падения $\alpha$ (для всех углов, кроме $\alpha=0$ ). Если же направить луч из воды в воздух, то, наоборот, угол преломления будет больше угла падения. Это и доказывает, что световой луч преломляется на границе двух сред. Более того, можно обнаружить, что отношение синусов этих углов является постоянной величиной для данных двух сред (воздуха и воды). Это соотношение известно как закон преломления света или закон Снеллиуса:

$\frac{\sin\alpha}{\sin\beta} = n$

где $n$ — относительный показатель преломления второй среды относительно первой.

6. Вывод (результат исследования).

Эксперимент полностью подтвердил выдвинутую гипотезу. Явление преломления света действительно существует: световые лучи изменяют свое направление при переходе через границу двух различных прозрачных сред. Это явление подчиняется количественному закону (закону Снеллиуса) и объясняет наблюдаемую оптическую иллюзию "сломанного" карандаша в воде. Таким образом, кажущееся положение подводной части карандаша — это мнимое изображение, формируемое преломленными лучами.

Ответ: В ходе исследования явления преломления света было установлено, что при переходе из одной прозрачной среды в другую световые лучи изменяют направление своего распространения. Этот эффект, описываемый законом Снеллиуса, является причиной оптических иллюзий, таких как видимый "излом" предметов, частично погруженных в воду.