Лабораторная работа №1 Проверка законов преломления и отражения света Оборудование

ЧУ СОШ Первая Школа, г. Москва

• 
  А. Преломление света
  

1. 
   Подготовьте таблицу для записи результатов измерений.
   

2. 
   Соберите установку по рисунку. Лампу и экран установите на планшет. Лампу подключите к источнику тока. Экран разместите на расстоянии 3–4 см от лампы.
   

3. 
   В центре лимба установите полуцилиндр так, чтобы луч падал перпендикулярно плоской поверхности точно в её середину.
   
4. 
   Поверните лимб так, чтобы угол падения луча составил 10. Измерьте угол преломления, запишите показания в таблицу.
   
5. 
   Повторите опыт несколько раз, увеличивая каждый раз угол падения на 10. Перед измерением углов проверяйте, попадает ли свет на середину плоской поверхности полуцилиндра.
   
6. 
   Вычислите значения синусов углов и их отношение для каждого опыта. Запишите в таблицу.
   
7. 
   Сделайте вывод о значении отношения синусов углов падения и преломления.
   

• 
  Б. Отражение света
  

1. 
   Подготовьте таблицу для записи результатов измерений.
   

2. 
   В установке, показанной в части А, замените полуцилиндр на держатель с плоским зеркалом. Луч должен быть перпендикулярен поверхности зеркала.
   
3. 
   Поверните лимб так, чтобы угол падения луча на зеркало составил 10, измерьте угол отражения, запишите показания в таблицу.
   
4. 
   Повторите измерения при углах падения в 20, 30.
   
5. 
   Сделайте вывод о зависимости угла отражения от угла падения.
   

Определение показателя преломления стекла призмы

1. 
   Коврик положите под страницу тетради, сверху поместите призму так, чтобы её плоскопараллельные грани совпадали с разметкой тетради, обведите контур призмы карандашом.
   

2. 
   Расположите тетрадь горизонтально на уровне глаз (следите, чтобы призма не смещалась относительно контура). Разместите 2 булавки перед призмой и 2 за призмой (вертикально, прокалывая страницу и закрепляя на коврике) так, чтобы при рассматривании через призму все булавки казались расположенными на одной линии и для наблюдателя сливались в одну. Линия, проходящая по местам проколов, не должна быть перпендикулярна плоскопараллельным граням.
   

3. 
   Уберите коврик и булавки, отметьте места проколов точками 1, 2, 3 и 4, постройте ход светового луча, сделайте дополнительные построения (см. рисунок).
   

4. 
   Запишите для данного случая закон преломления (показатель преломления воздуха считать равным единице), найдите значение показателя преломления стекла.
   

5. 
   Определите по рисунку значения синусов углов  и , подставьте в закон, выполните соответствующие преобразования.
   

6. 
   Измерьте необходимые расстояния, рассчитайте показатель преломления стекла, определите погрешность измерения.
   

1. 
   Расположите ладонь вблизи поверхности стола, рассмотрите тень руки в проходящем свете источника. Удаляйте руку от стола (поднимая вверх), следите за изменением тени. Объясните возникновение тени в первом и тени и полутени во втором случаях.
   

2. 
   Расположите ручку или карандаш в вытянутой руке перед собой горизонтально. Закрыв левый глаз, смотрите на левый конец ручки. Заметьте, когда правый конец ручки выпадет из поля зрения. Выполните опыт при обратных условиях. Объясните данное явление.
   

3. 
   Подвесьте кольцо на нитях, закреплённых на штативе, развернув кольцо ребром к себе. Отойдите на расстояние 3–5 м от штатива и, закрыв левый глаз ладонью, подойдите к кольцу и проденьте карандаш или ручку в кольцо. Почему опыт удаётся с трудом?
   

4. 
   Закоптите поверхность ложки, монеты или другого металлического предмета. Опустите предмет в сосуд с водой. Почему поверхность предмета кажется блестящей?
   

5. 
   В неглубокую чашку поместите монету и рассматривайте край монеты под некоторым углом. Не меняя угол зрения, заполните чашку водой. Почему монета стала видна целиком?
   

Лабораторная работа № 4

1. 
   Подключите лампу к источнику тока. Посмотрите на горящую лампу через один поляроид, медленно вращая его вокруг оси, совпадающей с лучом зрения. Меняется ли яркость лампы при вращении поляроида? Почему?
   

2. 
   Посмотрите на горящую лампу через два поляроида, вращая один из них. Как и почему меняется яркость лампы?
   

3. 
   Положите на стол чёрное зеркало, найдите в нём изображение горящей лампы и рассмотрите это изображение через один поляроид, медленно вращая его вокруг оси, совпадающей с отражённым лучом (см. рисунок).
   

4. 
   Ответьте на вопросы:
   

А) Как и почему меняется яркость отраженного света при вращении поляроида?

Б) Что является поляризатором в случае, описанном в пункте № 3? анализатором?

Наблюдение дисперсии

1. Возьмите в одну руку экран со щелью, а в другую – стеклянную призму. Экран расположите вертикально на фоне окна или горящей лампы на расстоянии 30–40 см от глаза, а призму – горизонтально перед глазом (см. рисунок). Наблюдайте дисперсионный спектр, рассматривая хорошо освещённую щель в экране через косые грани призмы. Выполните рисунок спектра, соблюдая порядок цветов.

2. Ответьте на вопросы:

Б) Свет какого цвета больше преломляется в призме? Какого меньше? Почему?

Наблюдение явлений интерференции и дифракции

Ударьте по камертону молоточком, поднесите звучащий камертон на расстоянии 10–15 см к уху и поворачивайте камертон вокруг его оси симметрии то в одну, то в другую сторону.

Опишите и объясните происходящее явление.
2. Наблюдение интерференции на стеклянных пластинках:

Стеклянные пластины сложите вместе и сожмите, наблюдайте радужные кольцеобразные или неправильной формы полосы. Наблюдайте изменение формы и расположения колец при изменении нажима на пластины.

Опишите и объясните происходящее явление.

.
3. Дифракция света на узкой щели:

Соберите цепь, состоящую из источника тока, лампы, соединительных проводов. Включите лампу. Смотрите на нить накала лампы через узкую щель. Нарисуйте наблюдаемую картину. Изменяйте расстояние между краями щели, описшите и объясните изменение дифракционных спектров.

4. Дифракция света на капроновой ткани:

Смотрите на нить накала лампы через капроновый лоскут, вращая его в вертикальной плоскости. Нарисуйте наблюдаемую картину, объясните её возникновение.

Наблюдайте дифракционный спектр в свете, отражённом от поверхности грампластинки или компьютерного диска. Объясните возникновение спектра.

1. 
   Соберите электрическую цепь из источника тока, лампы и соединительных проводов. Включите лампу.
   

2. 
   Расположите линзу между экраном и источником света. Перемещая экран, получите чёткое изображение спирали нити накала на экране. С помощью разметки на координатной сетке измерьте расстояние от лампы до линзы d₁ и от линзы до экрана (). Запишите формулу тонкой линзы для данного случая, определить фокусное расстояние линзы f₁ и оптическую силу D₁.
   

3. 
   Выполните задание № 2 для другой линзы (обозначения величин d₂; , f₂, D₂).
   

4. 
   Сложите линзы вместе, повториту задание №2 для системы линз, определиту фокусное расстояние и оптическую силу системы (d; d'; f, D).
   

5. 
   Сделайте вывод об оптической силе системы линз.
   

6. 
   С помощью первой линзы получите на экране чёткое изображение окна или предметов за окном. Измерьте расстояние от линзы до экрана (фокусное расстояние). Сравните полученное значение с f₁, сделайте вывод.
   

Как по форме линзы определить, какая это линза – собирающая или рассеивающая?

Определение показателя преломления стекла линзы

где − главное фокусное расстояние, и − радиусы сферических поверхностей, образующих линзу.

Если линза симметричная и двояковыпуклая, то , следовательно,
, откуда .
Радиус кривизны сферических поверхностей можно рассчитать по геометрическим размерам: толщине , диаметру и толщине цилиндрического слоя (см. рисунок):

1. 
   С помощью линзы получите на экране чёткое изображение окна или предметов за окном. Измерьте расстояние от линзы до экрана (фокусное расстояние ).
   
2. 
   Штангенциркулем измерьте толщину линзы , толщину её цилиндрического слоя и диаметр линзы .
   
3. 
   Рассчитайте радиус сферических поверхностей и показатель преломления стекла .
   

Почему в опыте №1 расстояние от линзы до экрана можно считать фокусным расстоянием?

1. 
   Соберите установку: планшет накройте листом с разметкой; на одном краю планшета установите лампу, подсоединённую к источнику тока, и экран. Лампу установите так, чтобы нить накала располагалась над осевой линией координатной сетки, а плоскость экрана и нить накала − на одной линии координатной сетки. На противоположной стороне планшета установите держатель с закреплённой в нём дифракционной решёткой. Центр решётки должен располагаться на одной линии с центром нити накала.
   

2. 
   Включите лампу, наблюдайте дифракционные спектры 1-го порядка. Для этого смотрите на лампу через дифракционную решётку под некоторым углом относительно линии, соединяющей решётку и лампу.
   

3. 
   Перемещая экран вдоль координатной сетки, совместите его щель с 1-й красной линией дифракционного спектра. Измерьте по сетке расстояние от лампы до решетки и расстояние от середины нити лампы до щели экрана.
   

4. 
   Используя условие максимума для дифракционной решётки, выведите формулу для расчёта длины волны красного света (период дифракционной решетки указан на ней).
   

5. 
   Повторите измерения для фиолетового света.
   

6. 
   Определите погрешность измерения.
   

Чем отличается дифракционный спектр от дисперсионного?