Экспериментальное задание 32.1, страница 143 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Экспериментальное задание 32.1

Работаем в паре

Исследование зависимости угла преломления света от угла падения

Оборудование: источник света, стеклянный полуцилиндр, транспортир, экран с щелью.

Исследуйте зависимость угла преломления света от угла падения.

Порядок выполнения задания

1. Поставьте на транспортир стеклянный полуцилиндр точно по линиям, изображающим его контур. Направьте на плоскую поверхность полуцилиндра узкий пучок света от источника точно в середину диаметра, отмеченную поперечной чертой. Наблюдайте явление отражения и преломления света на границе воздух — стекло (рис. 32.3).

2. Вращая транспортир вместе со стеклянным полуцилиндром, установите угол падения $\alpha$ пучка света равным 15°. Следите за тем, чтобы пучок света падал точно в середину диаметра полуцилиндра, так как только при этом условии можно правильно измерить углы падения и преломления с использованием шкалы транспортира.

3. Измерьте угол преломления $\beta$ света при угле падения 15°. Результат измерения запишите в таблицу.

Рис. 32.3

4. Установите угол падения $\alpha$ пучка света равным 30° и измерьте угол преломления $\beta$ света при угле падения 30°. Результат измерения запишите в таблицу. Проделайте такие же измерения при углах падения 45°, 60° и 75°.

5. Определите значения синусов всех заданных углов падения и синусов всех измеренных углов преломления. Запишите полученные значения в таблицу.

6. Вычислите отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для каждого значения угла падения и запишите полученные значения в таблицу.

7. Сделайте вывод: остаётся ли неизменным отношение синуса угла падения к синусу угла преломления при различных значениях угла падения?

Таблица 32.1

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

15°

30°

45°

60°

75°

Дано:

Среда 1: воздух (показатель преломления $ n_1 \approx 1 $).

Среда 2: стеклянный полуцилиндр.

Углы падения света на границу раздела сред: $ \alpha \in \{15^\circ, 30^\circ, 45^\circ, 60^\circ, 75^\circ\} $.

Найти:

Зависимость угла преломления $ \beta $ от угла падения $ \alpha $. Проверить, является ли отношение $ \frac{\sin\alpha}{\sin\beta} $ постоянной величиной.

Решение:

Для исследования зависимости угла преломления от угла падения необходимо выполнить шаги, описанные в порядке выполнения задания. В ходе эксперимента измеряются углы преломления $ \beta $ для заданных углов падения $ \alpha $, после чего проводятся вычисления и делается вывод.

Явление преломления света описывается законом Снеллиуса: $ n_1 \sin\alpha = n_2 \sin\beta $, где $ n_1 $ и $ n_2 $ – абсолютные показатели преломления первой и второй сред соответственно.

Из этого закона следует, что отношение синуса угла падения к синусу угла преломления является постоянной величиной, равной относительному показателю преломления второй среды относительно первой: $ n = \frac{\sin\alpha}{\sin\beta} = \frac{n_2}{n_1} $

Поскольку реальный эксперимент не проводится, мы смоделируем его результаты. Примем показатель преломления воздуха $ n_1 = 1 $, а для стекла возьмем типичное значение $ n_2 \approx 1.5 $. Теоретически ожидаемые значения угла преломления $ \beta $ можно найти из формулы $ \sin\beta = \frac{\sin\alpha}{1.5} $. В таблице ниже представлены смоделированные результаты измерений (с учетом возможной погрешности при считывании показаний с транспортира) и последующие расчеты, выполненные согласно пунктам 5 и 6 задания.

Таблица 32.1. Результаты эксперимента

Вывод по пункту 7:

Анализ данных в последнем столбце таблицы показывает, что вычисленное значение отношения $\text{n}$ колеблется в небольших пределах около среднего значения $ \bar{n} \approx 1.50 $. Эти незначительные расхождения являются следствием погрешностей измерений. Таким образом, можно сделать вывод, что отношение синуса угла падения к синусу угла преломления остается неизменным (постоянным) при различных значениях угла падения.

Ответ:

Результаты исследования зависимости угла преломления света от угла падения представлены в заполненной таблице:

Вывод: Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления $ \frac{\sin\alpha}{\sin\beta} $ является постоянной величиной (в пределах погрешности эксперимента) и не зависит от угла падения. Для данной пары сред (воздух-стекло) эта величина, равная показателю преломления стекла, составляет примерно 1.50.