Измерение показателя преломления стекла. Лабораторная работа

Урок-исследование. Лабораторная работа №2 "Измерение показателя преломления стекла" проводится через исследовательскую работу. Класс делится на четыре группы и проводит исследование различными способами: I группа исследует зависимость показателя преломления стекла от угла падения, II группа от цвета луча, III группа получение показателя преломления стекла различными способами, IV группа получение показателя преломления стекла различными приборами. Изучение физики по учебнику Мякишев Г.Я. Б.Б. Буховцев,В.М.Чаругин.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Тема урока: Лабораторная работа №2.

Цель: целеноправленное обучение поисковой деятельности, актуализация личностного смысла учащихся к изучению темы, создание условий для развития навыков общения и совместной деятельности.

Задачи:

Образовательная: экспериментальная работа по определению показателя преломления стекла, формирование умения устанавливать связь между элементами содержания ранее изученного материала и нового.

Развивающая: развитие навыков мыслительных операций, совершенствование умений формулировать личностно – значимые цели, способствовать развитию исследовательских и творческих навыков.

Воспитательная: совершенствование умений работать в паре, формировать способность к самоанализу.

Тип урока – закрепление и углубление знаний

Форма урока – исследовательская работа.

Оборудование : компьютер, медиапроектор, интерактивная доска (ИД), плоскопараллельные и полуцилиндрические стеклянные пластины, лазерная указка, цветные карандаши, измерительные линейки.

Ход урока.

I. Оргмомент: психологический настрой учителя на активную познавательную деятельность.

II. Мотивация: на ИД представлено в презентации несколько картинок

1. атмосферного оптического явления «Гало».

Как называется данное природное явление?

Каковы причины возникновения данного явления?

(Ответ: преломление солнечных лучей в кристалликах облака).

2. фото воды в бассейне с подсветкой, выходящие из воды лучи рассеиваются на стенке.

Объясните причину данного явления?

III. Постановка цели урока: Сегодня нам предстоит интересная исследовательская работа по определению показателя преломления среды, в частности стекла. Я надеюсь, вы хорошо подготовились и справитесь с ней.

IV.Актуализация знаний

Что такое преломление луча света?

Сформулируйте законы преломления?

- Приведите примеры преломления света из вашей жизни

Работа на ИД

Изобразите преломленный луч, если луч переходит из стекла в воду.

Изобразите преломленный луч, если луч переходит из воздуха в воду.

По чертежу охарактеризуйте среды

- Сравните скорости света в данных средах?

Угол падения из воздуха в стекло равен 0 градусов. Чему равен угол преломления? Построить на ИД.

Как расположены призмы внутри черного ящика? (Подтвердить лазерной указкой)

Как найти синус угла в прямоугольном треугольнике?

Исследовательская работа:

1.По имеющимся на столе приборам и инструкции, поставьте цель вашего эксперимента?

1 группа – исследовать зависимость показателя преломления стекла от угла падения (стр 386. Физика Мякишев 11 кл)

2 группа - исследовать зависимость показателя преломления стекла от цвета луча (стр 386. Физика Мякишев 11 кл)

3 группа - исследовать зависимость показателя преломления стекла разными приборами

4 группа - исследовать зависимость показателя преломления стекла различными способами

Отчёт групп: показать выполнение исследования, чертеж, вычисления, вывод.

На ИД записываем полученные данные и делаем общий вывод:

Показатель преломления стекла зависит от цвета луча и не зависит от угла падения, способа определения, от формы прибора.

Задача ЕГЭ, уровень «С»: Бассейн глубиной 3 метра заполнен водой. Относительный показатель преломления на границе воздух – вода 1,33. Найти радиус светового круга на поверхности воды от электрической лампы находящейся на дне бассейна. Сделать чертёж.

Итог урока: большое количество оптических природных явлений основано на законах преломления света, в том числе и Гало .

Домашнее задание:

1.Повторить п.61,62.

2.Приготовить сообщение об оптических явлениях в природе.

Оценки : оценивание проводят учащиеся, комментируя долю участие каждого ученика в исследовании.

Рефлексия:

• Какой вклад вы внесли в исследование?
• Пригодился ли вам ранее изученный материал?
• Что нового вы узнали на уроке?

Инструкции по выполнению работы.

Лабораторная работа №2.

Вариант №1.

Тема: «Измерение показателя преломления стекла».

Цель работы :

Оборудование: плоскопараллельная стеклянная пластинка в форме трапеции, измерительная линейка, красный карандаш, транспортир, циркуль.

Указания к работе :

Проведение эксперимента.

2. Повторить результат меняя угол падения.

3. Сравнить результаты

4. Сделать вывод о зависимости или независимости показателя преломления стекла от угла падения

Лабораторная работа №2.

Вариант №2.

Тема: «Измерение показателя преломления стекла».

Цель работы :

Оборудование: плоскопараллельная стеклянная пластинка в форме трапеции, измерительная линейка, фломастеры синий и красный, транспортир, циркуль.

Указания к работе :

Положите пластину на лист и обведите простым карандашом её параллельные грани. Под произвольным углом α к верхней грани проведите красным карандашом прямую. Эта прямая будет являться падающим лучом. Поднимите лист с пластиной на уровень глаз. Глядя в нижнюю грань пластины и увидев в ней продолжение «падающего луча», поставьте на выходе его нижней грани точку А и начертите прямую, которая была бы продолжением преломленного луча, из стекла в воздух. Уберите пластину и в точку падения луча В проведите перпендикуляр ЕД к верхней грани пластины. Выполните дополнительные построения: на падающем луче отложите отрезок АВ, равный отрезку ВС (или проведите окружность радиусом АВ учебник стр 387), опустите перпендикуляр АЕ на перпендикуляр ЕД, проведенный к граням пластины. Соедините точки Д и С. Показатель преломления второй среды относительно первой равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления. Отношение синусов углов можно заменить соответственно отношением противолежащих катетов к гипотенузам. Поскольку длина отрезка АВ = ВС (по построению). После сокращения остается отношение длин отрезков АЕ и ДС. n = АЕ/ ДС. Вывод рабочей формулы сделайте самостоятельно. Длину отрезков АЕ и ДС измеряют с помощью линейки.

Проведение эксперимента.

1.Измерить показатель преломления стекла относительно воздуха прииспользовании красного луча света. Результаты измерения записать в таблицу

2. Повторить результат изменяя цвет луча на синий.

3. Сравнить результаты

4. Сделать вывод о зависимости или независимости показателя преломления стекла от цвета падающего луча.

Лабораторная работа №2.

Вариант № 3.

Тема: «Измерение показателя преломления стекла».

Цель работы :

Оборудование: стеклянная пластинка в форме полуцилиндра, плоскопараллельная пластина, измерительная линейка, карандаш.

Указания к работе: Положите пластину на лист бумаги. К точке О лежащей на оси вращения пластины, провести падающий луч АО, так чтобы падающий угол был меньше 90 0 .

Расположив глаз на уровне листа и смотря по направлению луча АО, сквозь пластину, отметьте точку В с другой стороны пластины так, чтобы она казалась на продолжении луча АО. Обвести контур полуцилиндра и убрать его. Соединить точки А и В. Через точку О провести перпендикуляр к плоской грани пластины. Отметьте угол падения α и угол преломления β. На произвольном расстоянии от точки О проведите прямую ДС перпендикулярную преломляющей поверхности. Преломленный луч ОВ и падающий продолжить до пересечения с ОС. На пересечении получим точку С и Е. Из прямоугольных треугольников ОДЕ и ОДС ясно, что отношение синуса угла падения, к синусу угла преломления, есть отношение ОС к ОЕ. Таким образом, нахождение показателя преломления стекла, сводится к измерению длин отрезков ОС и ОЕ и вычислению их отношений. Длину отрезков ОС и ОЕ измеряют с помощью линейки.

Проведение эксперимента.

1.Измерить показатель преломления стекла относительно воздуха при произвольном угле падения. Результаты измерения записать в таблицу

2. Повторить результат меняя прибор на плоскопараллельную пластину (стр 386 учебник).

3. Сделать вывод о зависимости или независимости показателя преломления стекла от формы прибора.

Лабораторная работа. № 2

Вариант 4

Тема: «Определение показателя преломления стекла»

Цель:

Оборудование: стеклянная пластинка в форме полуцилиндра, измерительная линейка, лазерная указка.

При падении луча на границу сред с разными оптическими свойствами он частично отражается, а частично преломляется. При этом угол падения всегда равен углу отражения , а угол преломления зависит от соотношения показателей преломления сред: . Если n1 > n2, то : лучи 1 – падающий луч, 1" – преломлённый луч; 1" – отражённый.

При достаточно большом угле падения угол преломления становится равным 90° (лучи 2 и 2"). Это значит, что на границе сред луч 2 будет только отражаться (луч 2"), а интенсивность преломлённого луча станет равной нулю. Это значение угла падения 0 называется предельным углом внутреннего отражения. При дальнейшем увеличении угла падения лучи тоже будут только отражаться (например, лучи 3 и 3"). Если взять полуцилиндр из стекла и смотреть через него из положений глаза 1, 2, 3, 4, то лучи 1 и 2 будут преломляться, так что из положений 1, 2 окажется видна линия оси О. Лучи 3 и 4 будут полностью отражаться от нижней грани, так что из положений 3, 4 будет видна вертикально поставленная у края полуцилиндра линейка.

Тема: Измерение показателя преломления стекла.

Цель работы: измерить показатель преломления стекла, сравнить его с табличным значением.

Оборудование:

• стекляная платина в форме трапеции;
• лампа накаливания;
• ключ;
• источник питания;
• экран с щелью.

Теоретическая часть

В работе измеряется показатель преломления стеклянной пластины, имеющей форму трапеции. На одну из параллельных граней пластины наклонно к ней направляют узкий световой пучок. Проходя через пластину, этот пучок света испытывает двукратное преломление. Источником света служит электрическая лампочка, подключенная через ключ к какому-либо источнику тока. Световой пучок создается с помощью металлического экрана с щелью. При этом ширина пучка может меняться за счет изменения расстояния между экраном и лампочкой.

Показатель преломления стекла относительно воздуха определяется по формуле n = sin(α)/sin(β) ,где α - угол падения пучка света на грань пластины (из воздуха в стекло); β - угол преломления светового пучка в стекле.

Для определения отношения, стоящего в правой части формулы, поступают следующим образом. Перед тем как направить на пластину световой пучок, ее располагают на столе на листе миллиметровой бумаги (или листе бумаги в клетку) так, чтобы одна из ее параллельных граней совпала с предварительно отмеченной линией на бумаге. Эта линия укажет границу раздела сред воздух - стекло. Тонко очинённым карандашом проводят линию вдоль второй параллельной грани. Эта линия изображает границу раздела сред стекло - воздух. После этого, не смещая пластины, на ее первую параллельную грань направляют узкий световой пучок под каким-либо углом к грани. Вдоль падающего на пластину и вышедшего из нее световых пучков тонко очинённым карандашом ставят точки 1, 2, 3 и 4 (рисунок). После этого лампочку выключают, пластину снимают и с помощью линейки прочерчивают входящий, выходящий и преломленный лучи (рисунок). Через точку В границы раздела сред воздух - стекло проводят перпендикуляр к границе, отмечают углы падения α и преломления β . Далее с помощью циркуля проводят окружность с центром в точке В и строят прямоугольные треугольники ABE и CBD.

Так как sin(α) = АЕ/АВ, sin(β) = CD/BC и АВ = ВС , то формула для определения показателя преломления стекла примет вид n пр = AE/DC

Длины отрезков АЕ и DC измеряют по миллиметровой бумаге или с помощью линейки. При этом в обоих случаях инструментальную погрешность можно считать равной 1 мм. Погрешность отсчета надо взять также равной 1 мм для учета неточности в расположении линейки относительно края светового пучка.

Максимальную относительную погрешность е измерения показателя преломления определяют по формуле е = ΔAE/AE + ΔDC/DC

Максимальная абсолютная погрешность определяется по формуле Δn = n пр e (Здесь n пр - приближенное значение показателя преломления, определяемое по формуле n пр = AE/DC ).

Окончательный результат измерения показателя пре-ломления записывается так: n = n пр ± Δn

Указания к работе

1. Подготовьте бланк отчета с таблицей для записи ре-зультатов измерений и вычислений.

2. Подключите лампочку через выключатель к источнику тока. С помощью экрана с щелью получите тонкий световой пучок.

3. Измерьте показатель преломления стекла относительно воздуха при каком-нибудь угле падения. Результат измерения запишите с учетом вычисленных погрешностей.

4. Повторите то же при другом угле падения.

5. Сравните результаты, полученные по формулам

n 1пр - Δn 1 < n 1 < n 1пр + Δn 1

n 2пр - Δn 2 < n 2 < n 2пр + Δn 2

6. Сделайте вывод о зависимости (или независимости) показателя преломления от угла падения. (Метод сравнения результатов измерений изложен во введении к лабораторным работам в учебнике физики для X класса.)

Контрольный вопрос

Чтобы определить показатель преломления стекла, достаточно измерить транспортиром углы α и β и вычислить отношение их синусов. Какой из методов определения показателя преломления предпочтительнее: этот или использованный в работе?

Цель работы:определить показатель преломления стекла с помощью плоскопараллельной пластинки.

Оборудование: плоскопараллельная пластинка, булавки, линейка, транспортир.

Теория:

Известно, что скорость света в веществе υ всегда меньше скорости света в вакууме c.

Отношение скорости света в вакууме c к ее скорости в данной среде υ называется абсолютным показателем преломления:

Словосочетание «абсолютный показатель преломления среды» часто заменяют «показатель преломления среды».

Законы преломления:

1. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления γ есть величина постоянная для двух данных сред

2. лучи, падающий и преломленный, лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным в точке падения луча к плоскости границы раздела двух сред.

Для преломления выполняется принцип обратимости световых лучей: луч света, распространяющийся по пути преломленного луча, преломившись в точке O на границе раздела сред, распространяется дальше по пути падающего луча. Из закона преломления следует, что если вторая среда оптически более плотная через первая среда,

Из закона преломления следует, что если вторая среда оптически более плотная через первая среда, то (рис.1)

если (рис. 2)

(рис.1) (рис. 2)

После прохождения через стеклянную плоскопараллельную пластинку луч света смещается, однако его направление остается прежним. Анализируя ход луча света, можно с помощью геометрических построений определить показатель преломления стекла , где и - соответственно угол падения и угол преломления светового луча.

Ход работы:

1. Положите на стол лист картона, а на него – стеклянную пластинку.

2. Воткните в картон по одну сторону пластинки две булавки – 1 и 2 так, чтобы булавка 2 касалась грани пластинки. Они будут отмечать направление падающего луча.

3. Глядя сквозь пластинку, воткните третью булавку так, чтобы смотреть сквозь пластинку, она закрывала первые две. При этом третья булавка тоже должна касаться пластины.

4. Уберите булавки, обведите пластину карандашом и в местах проколов листа картона булавками поставьте точки.

5. Начертите падающий луч 1-2, преломленный луч 2-3, а также перпендикуляр к границе пластинки.

6. Отметьте на лучах точки А и В такие, что ОА=ОВ. Из точек А и В опустите перпендикуляры АС и ВD на перпендикуляр к границе пластинки.

7. Измерив АС и ВD, вычислите показатель преломления стекла, используя формулы:

8. Повторите опыт и расчеты, изменив угол падения .

9. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу:

10. Сделайте вывод.

Требование к отчету:

1. Цель работы

2. Оборудование

4. Таблица

6. Ответы на вопросы и решение задач.

Контрольные вопросы:

1. Определите, на какой угол отклонится световой луч от своего первоначального направления при переходе из воздуха в воду, если угол падения α = 75°.

2. Физический смысл абсолютного показателя преломления.

3. Что такое явление полного внутреннего отражения?

4. Где используется явление полного внутреннего отражения?

5. В дно водоёма глубиной 1,5 м вбита свая, которая выступает из воды на 30 см. Найти длину тени от сваи на дне водоема при угле падения солнечных лучей 45 0 .

ИНСТРУКЦИОННАЯ КАРТА №16

Тема лабораторной работы: «Определение показателя преломления стекла».

Цель: 1 . Наблюдать преломление света в реальных условиях.

2.Научиться использовать законы преломления для расчета показателя преломления.

Оборудование 1. Стеклянная пластинка. 2. Три иглы. 3.Транспортир. 4. Картон. 5. Таблица синусов.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Задание 1. Вставьте пропущенные слова в формулировку законов преломления света:

Отношение угла падения к синусу угла есть величина для двух данных сред.

Падающий луч, луч и нормаль к границе двух сред в точке падения лежат в плоскости.

Задание 2. Приведите примеры явления преломления в технике и обычной жизни.

Задание 3. Из предложенных вариантов выберите какой буквой обозначается показатель преломления:

2) n 3) N 4)

Задание 4. Ответьте на вопрос: в чем физический смысл преломления света?

Задание 5. Вспомните основные правила техники безопасности и обратите особое внимание, что необходимо:

1. Приступать к выполнению задания можно только после разрешения преподавателя.

2.После окончания работы следует привести в порядок рабочее место, сдать все приборы и принадлежности.

Задание 6. Опытным и расчетным путем определите показатель преломления стекла .

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТА НА ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ

ПРЕЛОМЛЕНИЯ СТЕКЛА

ШАГ 1 . Положить развернутую тетрадь на картон. На лист тетради плашмя положить стеклянную пластинку и обвести карандашом ее контуры.

ШАГ 2 . С одной стороны стеклянной пластинки вколоть две иглы так, чтобы одна из них расположилась на верхней грани пластинки, а вторая произвольно, но так, чтобы прямая, проходящая через эти иглы не совпадала с перпендикуляром к верхней грани.

ШАГ 3 . Поднять картон на уровень глаз и, глядя через стекло, вколоть третью иглу в нижнюю грань контура стеклянной пластинки так, чтобы она закрыла собой изображение двух первых игл (смотри рисунок).

ШАГ 4 . Стекло и иглы снять с листа, места проколов обозначить точками 1, 2 и 3. Через точки 1,2 и 3 провести прямые линии до пересечения с контурами стекла. Через точку 2 провести перпендикуляр к границе раздела двух сред: воздух – стекло.

ШАГ 5 . Измерить угол падения и угол преломления . Значения синусов этих углов определить по таблице, округлив до сотых.

ШАГ 6 . Опыт повторить еще два раз, меняя каждый раз угол падения луча .

ШАГ 7 . Для каждого опыта вычислить показатель преломления по формуле:

ШАГ 8 . Определить погрешность измерений методом средней арифметической.

=

ШАГ 9 .Определите абсолютную погрешность:

=

=

=

=

ШАГ 10 .Определите относительную погрешность:

100% =

Результаты всех измерений и вычислений занесите в таблицу.

Угол падения

Угол преломления

Показатель преломления

Среднее значение показателя преломления

Абсолютная погрешность

Средняя абсолютная погрешность

Относительная погрешность

Град.

Град.

ШАГ 11. Сделайте вывод. Удалось ли вам определить показатель преломления стекла. Объясните почему.

При выполнении заданий 1-4

Задание № 1 1 балл

Задание № 2 1 балл

Задание № 3 1 балл

Задание № 4 1 балл

При выполнении задания № 6 - относительная погрешность

25% - 5 баллов

45% - 4 балла

70% - 3 балла

более 70% - 2 балла

Подведение итогов проводится путем суммирования деятельности студента

Оценка «5» – 9 баллов

«4» – 8 баллов

«3» – 7 баллов

«2» - 5 балла

Задание 7. Вспомните основные моменты занятия и определите по 5-балльной шкале следующие параметры:

Насколько вам было сложно выполнять данную лабораторную работу.

Насколько вам было интересно выполнять данную работу.

На какую оценку вы выполнили данную работу.

ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ НА «ОТЛИЧНО»:

1.Определить показатель преломления стекла, если при отражении от него света отраженный луч полностью поляризован при угле преломления φ=35° .

2. Угол падания равен 30 , угол между падающим лучом и преломленным 140 . В какой среде луч распространялся вначале: в оптически более плотной или менее плотной? Докажите.