Прибор для изучения преломления света

18

Прибор для изучения преломления света

Явление преломления света на границе двух сред подробно изучается только в 10-м классе. Однако это явление столб распространяется природа, что все наши читатели, безусловно, недократно встречались с ним.
В данной стьте расссказывается, как можно самостоятельно изготовить прибор для проведения оптовой по преломлению света.

Если луч света падает на границу раздела двух сред, то луч падающий, луч преломленный и перpendикуляр к поверхности раздела, проведенный через точку разделяя луча, лежат в одной плоскости; при этом относение синуса угла разделяя α к синусу угла преломления β постояно для данных двух сред:

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

Это — закон преломления света; постоянную величины n называют относительным показателем преломления или показателем преломления второй среды относительной первой:

$$n = \frac{n_2}{n_1}.$$

С помощью прибора, показанного на рисунке 1, можно проделать несколько оптовов, подтверждающих закон преломления света.

Но прежде о самом приборе. Основная его часть — это произная кивета. Ее можно, например, склеить из плескигласа или объIkновеного стекла или воспользоваться готовой коробочкой из какого-нибудь про-

Рис. 1.

19

Рис. 2.

О пыт 1. Если рамку установить под углом 45° к вертикали, то в прицел (по двум волоскам) видна точка $A$ (рис. 2), совпадающая с 52-мделением миллиметровой шкалы, то есть $a = 52$ мм. Высота $h$ оси врашення рамки тоже равна 52 мм. Следовательно, опыт подтверждает, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно.

О пыт 2. Нальем в кивету воды до уровня оси врашення рамки. Терьер при том же положении рамки, что и в первом опыте, в прицел будет видна не точка $A$, а точка $B$, находящаяся на расстоянии $b < a$ (см. рис. 2). Это означает, что луч света, имеющий в воде направление $BO$, пересекая границу вода — воздух, преломляется и в воздухе идет по направлению $OC$. Другими словами, угол $\alpha$, который составляет падающий луч с нормально к границе раздела, не совпадает с углом $\beta$ преломленного луча.

О пыт 3. Установим прицельную рамку строгого вертикального. При этом в прицел под водой видно начало шкалы — ее нулевое деление. Значит, если угол падания $\alpha = 0$, то и угол преломления $\beta = 0$. Или, иначе, если луч падает перpendикулярно к границе двух сред, то он не преломляется. Это — важный частный случай закона преломления, о котором не следует забывать.

О пыт 4. Определим показатель преломления воды относительно воздуха. Для этого устанавливаем рамку под некоторым углом, например, под углом 30°. Это будет и углом преломления $\beta$ для луча света, переходящего из воды в воздуха. В прицел будет видно 21-е деление шкалы, то есть $b = 21$ мм (см. рис. 2).

Найдем синус угла падения $\alpha$:

$$\sin \alpha = \frac{b}{\sqrt{b^2 + h^2}} = 0,37.$$

Синус угла преломления

$$\sin \beta = \sin 30^\circ = 0,5.$$

Согласно закону преломления света

$$\frac{\sin \alpha}{\sin \beta} = \frac{n_2}{n_1},$$

где $n_2/n_1$ — показатель преломления воздуха (второй среды) относительно воды (первой среды). Отсюда показатель преломления воды относительно воздуха

$$n = \frac{n_1}{n_2} = \frac{\sin \beta}{\sin \alpha} = 1,33.$$

С помощью предлагаемого прибора можно определить и предельный угол полного внутреннего отражения для воды. На этот раз прицельную рамку придает установить под углом, близким к 90°. Для отсутствия видимости шкалы на дне сосуда размеры прибора лучше увеличить в 2—3 раза.

Можно также проводить опыты не с чистой водой, а с расторрами сахара или соли и исследовать зависимость показателя преломления от концентрации растора.