Номер №12, страница 296 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Лабораторные работы - номер №12, страница 296.

Условие.

Лабораторная работа 12

ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА

Цель работы: пронаблюдать преломление света и установить возможные соотношения углов преломления и падения светового луча.

Оборудование: источник света, экран со щелью, стеклянные пластинки (полуцилиндр и плоскопараллельная), лист белой бумаги, линейка, карандаш, транспортир.

Указания к выполнению работы

1. Получите с помощью источника света и экрана со щелью такой узкий световой пучок, чтобы он был хорошо виден на листе белой бумаги. Можно использовать свет от низковольтной лампочки на подставке или просто солнечный свет.

2. На пути луча света поместите стеклянный полуцилиндр так, чтобы световой пучок падал в центр полуокружности в основании полуцилиндра, и получите преломленный луч.

3. Отметьте карандашом границу раздела двух сред воздух-стекло и точку падения светового луча на зеркало, падающий и преломленный световые лучи.

4. Восстановите перпендикуляр в точке падения светового луча и продолжите его за границу раздела двух сред воздух-стекло.

5. Измерьте с помощью транспортира углы преломления и падения.

6. Перенесите таблицу в тетрадь. Запишите результаты измерений в таблицу.

7. Повторите опыт и измерения при других углах падения светового луча (3 раза).

8. Направьте луч света на плоскую границу раздела двух сред воздух-стекло в обратном направлении — по радиусу окружности, образующей основание полуцилиндра.

9. Выполните необходимые построения и измерения углов падения и преломления света. Результаты запишите в таблицу.

10. Направьте падающий луч перпендикулярно границе раздела двух сред воздух-стекло. Запишите в таблицу, чему равны в этом случае углы падения и преломления.

11. К каждому из опытов выполните рисунки в таблице, показав границу раздела двух сред, ход падающего и преломленного лучей, перпендикуляр в точке падения луча и углы падения и преломления.

12. Сделайте вывод, ответив на вопросы:

1) Какие соотношения возможны между углами падения и преломления света?

2) При каких условиях наблюдаются эти соотношения?

№ п/п	Граница раздела двух сред	Рисунок опыта	Угол падения	Угол преломления	Соотношение между углом падения и углом преломления
1
2	Воздух–стекло
3
4
5	Стекло–воздух
6
7	Воздух–стекло перпендикулярно границе раздела

Решение.

Поскольку провести реальный физический эксперимент невозможно, таблица будет заполнена теоретическими расчетными данными. В качестве показателя преломления для воздуха принимается $n_1 \approx 1,0$, а для стекла — $n_2 \approx 1,5$. Расчеты производятся на основе закона преломления света (закона Снеллиуса): $n_1 \sin\alpha = n_2 \sin\beta$.

№ п/п	Граница раздела двух сред	Рисунок опыта	Угол падения, $\alpha$	Угол преломления, $\beta$	Соотношение между углом падения и углом преломления
1	Воздух–стекло	Луч света переходит из воздуха в стекло.	$30^\circ$	$\approx 19,5^\circ$	Угол падения больше угла преломления ($\alpha > \beta$). $\frac{\sin \alpha}{\sin \beta} \approx 1,5$
2		Луч света переходит из воздуха в стекло.	$45^\circ$	$\approx 28,1^\circ$
3		Луч света переходит из воздуха в стекло.	$60^\circ$	$\approx 35,3^\circ$
4	Стекло–воздух	Луч света переходит из стекла в воздух.	$20^\circ$	$\approx 30,9^\circ$	Угол падения меньше угла преломления ($\alpha < \beta$). $\frac{\sin \alpha}{\sin \beta} \approx \frac{1}{1,5}$
5		Луч света переходит из стекла в воздух.	$30^\circ$	$\approx 48,6^\circ$
6		Луч света падает на границу раздела под углом, большим критического.	$50^\circ$	Преломление отсутствует	Наблюдается полное внутреннее отражение.
7	Воздух–стекло перпендикулярно границе раздела	Луч света падает перпендикулярно границе раздела.	$0^\circ$	$0^\circ$	Угол падения равен углу преломления ($\alpha = \beta = 0$). Луч не меняет направления.

1) Какие соотношения возможны между углами падения и преломления света?

Между углом падения ($\alpha$) и углом преломления ($\beta$) света возможны следующие соотношения, которые описываются законом преломления света (законом Снеллиуса): $\frac{\sin\alpha}{\sin\beta} = \frac{n_2}{n_1}$, где $n_1$ и $n_2$ — абсолютные показатели преломления первой и второй сред соответственно.
1. Угол падения больше угла преломления ($\alpha > \beta$).
2. Угол падения меньше угла преломления ($\alpha < \beta$).
3. Угол падения равен углу преломления и оба равны нулю ($\alpha = \beta = 0^\circ$).
4. Преломленный луч отсутствует. Это явление наблюдается при определенных условиях и называется полным внутренним отражением.

Ответ: Возможны соотношения: $\alpha > \beta$; $\alpha < \beta$; $\alpha = \beta = 0^\circ$; преломленный луч может отсутствовать. Все эти случаи описываются законом преломления $\frac{\sin\alpha}{\sin\beta} = \text{const}$.

2) При каких условиях наблюдаются эти соотношения?

Условия наблюдения каждого из соотношений зависят от оптических плотностей сред, между которыми проходит свет.
1. Соотношение $\alpha > \beta$ (угол падения больше угла преломления) наблюдается, когда свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную. Например, из воздуха в стекло или воду. Это означает, что показатель преломления первой среды меньше показателя преломления второй: $n_1 < n_2$.
2. Соотношение $\alpha < \beta$ (угол падения меньше угла преломления) наблюдается, когда свет переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную. Например, из стекла или воды в воздух. Это означает, что $n_1 > n_2$.
3. Соотношение $\alpha = \beta = 0^\circ$ наблюдается, когда световой луч падает на границу раздела двух сред перпендикулярно (по нормали). В этом случае луч не преломляется и не меняет своего направления.
4. Отсутствие преломленного луча (полное внутреннее отражение) наблюдается, когда свет переходит из оптически более плотной среды в менее плотную ($n_1 > n_2$) и угол падения $\alpha$ превышает или равен так называемому предельному (критическому) углу полного внутреннего отражения $\alpha_{пр}$, который определяется формулой $\sin\alpha_{пр} = \frac{n_2}{n_1}$.

Ответ: Соотношение $\alpha > \beta$ наблюдается при переходе света в оптически более плотную среду ($n_1 < n_2$); $\alpha < \beta$ — при переходе в оптически менее плотную среду ($n_1 > n_2$); $\alpha = \beta = 0^\circ$ — при перпендикулярном падении луча на границу раздела; отсутствие преломления — при переходе из более плотной в менее плотную среду под углом падения, большим или равным критическому ($\alpha \ge \arcsin(n_2/n_1)$).