Віртуальна лабораторна робота № 8. Дослідження заломлення світла

Тема: Дослідження заломлення світла.

Мета: експериментально дослідити заломлення світла на межі двох середовищ, з’ясувати залежність кута заломлення від кута падіння та оптичної густини середовища, а також спостерігати явище повного внутрішнього відбивання.

Обладнання: комп’ютер або смартфон, симуляція PhET «Заломлення світла» (Bending Light).

Віртуальна симуляція

🔗 Відкрити симуляцію «Заломлення світла» (PhET)

Хід роботи

Завдання 1. Залежність кута заломлення від кута падіння

(Середовища: повітря $\to$ скло, $n = 1{,}50$ )

Таблиця 1. Залежність кута заломлення від кута падіння

Авторозрахунок

№ досліду	Кут падіння, °	Кут заломлення, °
1		19.5
2		28.0
3		35.3

Висновок: Зі збільшенням кута падіння кут заломлення також збільшується. При переході з оптично менш густого середовища в оптично більш густе кут заломлення завжди менший за кут падіння ( $gamma < alpha$ ).

Завдання 2. Вплив оптичної густини середовища

(Фіксований кут падіння з повітря $\alpha = 45^\circ$ )

Таблиця 2. Заломлення світла в різних середовищах

№ досліду	Середовище	Кут заломлення
1	Вода ( $n \approx 1{,}33$ )	32,1°
2	Скло ( $n \approx 1{,}50$ )	28,0°
3	Алмаз ( $n \approx 2{,}42$ )	17,0°

Зроби висновок: як властивості середовища впливають на заломлення світла?
Висновок: Чим більша оптична густина середовища (більший показник заломлення $n$ ), тим сильніше заломлюється світловий промінь і тим меншим є кут заломлення.

Завдання 3. Спостереження повного внутрішнього відбивання

Збільшуй кут падіння світла під час переходу з оптично густішого середовища в оптично менш густе (скло $\to$ повітря).

Таблиця 3. Умови повного внутрішнього відбивання

№ досліду	Кут падіння	Спостереження
1	30°	Промінь заломлюється в повітря під кутом $\approx 48{,}6^\circ$ , присутній також слабкий відбитий промінь
2	42°	Граничний стан: заломлений промінь ковзає вздовж межі поділу середовищ (кут заломлення $\gamma = 90^\circ$ )
3	55°	Заломлений промінь повністю зникає; вся світлова енергія відбивається назад у скло

Дай відповіді на запитання і зроби висновок

Як залежить кут заломлення від кута падіння світла?
Зі збільшенням кута падіння кут заломлення зростає, при цьому відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є сталою величиною для даних двох середовищ: $\dfrac{\sin \alpha}{\sin \gamma} = n_{21}$ .
Чому світло по-різному заломлюється в різних середовищах?
Різні середовища мають різну оптичну густину, що обумовлено різною швидкістю поширення світла в них ( $n = \dfrac{c}{v}$ ).
За яких умов спостерігається повне внутрішнє відбивання?
Повне внутрішнє відбивання виникає лише за умови переходу світла з оптично густішого середовища в оптично менш густе ( $n_1 > n_2$ ), якщо кут падіння перевищує граничний кут: $\alpha \ge \alpha_0$ .