Исследование зависимости угла преломления от угла падения на границе воздух-стекло

n₁·sin α = n₂·sin γ

Цель работы

Исследовать зависимость угла преломления от угла падения.

Теоретические сведения

Преломление на границе сред

При переходе света из одной прозрачной среды в другую меняется скорость его распространения и, как правило, направление луча. Связь углов описывает закон преломления:

n_{1} \cdot sin α = n_{2} \cdot sin γ

$n_{1}$ , $n_{2}$ — показатели преломления первой и второй сред;
$α$ — угол падения;
$γ$ — угол преломления.

Оба угла отсчитывают от нормали — перпендикуляра к границе в точке падения. Показатель преломления является безразмерной величиной.

Изменение направления луча

При переходе в среду с большим показателем преломления луч приближается к нормали. При обратном переходе он отклоняется от неё. Для неизменной пары сред и ненулевого угла падения:

\frac{sin α}{sin γ} = \frac{n _{2}}{n _{1}}

Постоянным является отношение синусов, а не самих углов. При падении вдоль нормали оба угла равны нулю, и отношение синусов для измерения использовать нельзя.

Полное внутреннее отражение

При переходе из среды с большим показателем в среду с меньшим возможно исчезновение преломлённого луча. Для предельного угла $sin α_{кр} = n_{2} / n_{1}$ при $n_{1} > n_{2}$ ; при больших углах возникает полное внутреннее отражение. Отсутствие луча не означает нулевого угла преломления. В опыте рассматривается одна плоская граница воздух–стекло.

Подготавливаем формулы…

Порядок работы

Выберите стекло A и ход из воздуха в стекло. Найдите нормаль и нули шкалы.
Для углов падения 0, 15, 30, 45, 60 и 75° измерьте угол прошедшего луча. Не меняйте стекло внутри серии.
Постройте зависимость углов. Сравните отношение синусов ненулевых углов; повторите серию для стекла B. Отдельно исследуйте обратный ход и запишите наблюдение при исчезновении прошедшего луча.
Сформулируйте вывод по измерениям: укажите результат, сохранённые условия и ограничения модели.

Эксперимент

Таблица измерений

Записей: 0

Результаты измерений эксперимента
№	α, °	β, °	γ, °		№	Действия

Пока нет измерений

Нажмите «Измерить» в эксперименте.

График

Ось XОсь Y₁Ось Y₂Вид графика

График появится после измерений

Ответ

Выберите стекло A и ход луча из воздуха в стекло. При угле падения 30° измерьте угол преломления. Чему равен показатель преломления стекла, найденный как отношение синусов углов? Ответ до десятых.

Вопрос для размышления

Почему при обратном ходе луча из стекла в воздух преломлённый луч может исчезнуть?

Преломление на границе сред

n_{1} \cdot sin α = n_{2} \cdot sin γ

$n_{1}$ , $n_{2}$ — показатели преломления первой и второй сред;
$α$ — угол падения;
$γ$ — угол преломления.

Изменение направления луча

\frac{sin α}{sin γ} = \frac{n _{2}}{n _{1}}