"Введение в естественно-научные предметы", Гуревич А.Е., Исаев Д.А., Понтак Л.С.
Преломление света наблюдают, когда луч переходит из воздуха в воду или другую прозрачную среду. При этом его направление может измениться, потому что в разных средах свет распространяется по-разному. В лабораторной работе нужно направить луч на поверхность воды, проследить его путь до и после границы, сравнить лучи с перпендикуляром и записать вывод. При перпендикулярном падении направление луча сохраняется.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Преломление света — изменение направления распространения света при переходе из одной прозрачной среды в другую. Например, луч идёт из воздуха в воду и после границы продолжает путь уже под другим углом. Это понятие нужно, чтобы описать главный результат опыта.
Падающий луч — луч, который направлен к границе раздела двух сред. Он находится со стороны источника света и первым подходит к поверхности воды. По нему определяют, откуда начинается наблюдение.
Преломлённый луч — луч, который проходит во вторую среду и меняет направление. В опыте это часть пути света внутри воды после перехода через её поверхность. По ней видно, произошло ли изменение направления.
Перпендикуляр к границе раздела в точке падения — вспомогательная линия, проведённая под прямым углом к границе сред. С ней сравнивают направления падающего и преломлённого лучей. Такая линия помогает не перепутать изменение угла с простым движением вдоль поверхности.
Для опыта понадобятся прозрачный сосуд с водой, источник света и лист бумаги. Сосуд ставят на лист, чтобы было удобнее отмечать границу воздуха и воды и наблюдать путь луча. Рабочее место должно быть достаточно освещено, но сам луч должен быть хорошо виден; источник направляют так, чтобы он не мешал смотреть на поверхность.
Луч направляют на поверхность воды не прямо сверху, а под углом. Сначала находят его путь в воздухе, затем точку, где он касается границы, и продолжают наблюдение внутри воды. Причина изменения пути становится заметной именно в этой точке: свет переходит из одной среды в другую и распространяется в них по-разному.
Чтобы сравнить лучи, через точку падения мысленно или на бумаге проводят перпендикуляр к поверхности воды. Затем смотрят, под каким углом к этой линии идут падающий и преломлённый лучи. Сравнивать их с самой поверхностью неправильно, потому что поверхность задаёт границу, а не удобное направление отсчёта.
Если луч падает под углом, его часть в воде обычно отклоняется от прежнего направления. Если же луч направлен точно по перпендикуляру, он входит в воду прямо и не поворачивает в сторону. Это не означает, что перехода нет: меняется среда, но направление остаётся прежним.
Наблюдения записывают сразу после каждого варианта опыта. В записи указывают, под каким углом падал луч, как он шёл в воде и что произошло относительно перпендикуляра. Вывод должен опираться на увиденное: при переходе из воздуха в воду направление может измениться, а при перпендикулярном падении сохраняется.
| Условия наблюдения | Ход падающего луча | Ход преломлённого луча | Что заметили |
|---|---|---|---|
| Луч падает на границу сред под углом | Идёт к поверхности наклонно | Переходит в воду и меняет направление | Путь после границы отличается от прежнего |
| Луч падает перпендикулярно границе сред | Идёт по перпендикуляру | Продолжается в воде по той же прямой | Поворота луча не видно |
| Переход света из воздуха в воду | Распространяется в воздухе до поверхности | Распространяется в воде после поверхности | Среда меняется, поэтому при падении под углом луч преломляется |
Сначала найдите в таблице условие, которое совпадает с вашим опытом. Затем сравните описание падающего и преломлённого лучей с наблюдением. В последнем столбце кратко указывают главный результат, который позже используют в выводе.
Условие. Опишите, что наблюдают, когда луч света направляют из воздуха на поверхность воды под углом. Нужно проследить путь луча по обе стороны границы и отметить изменение направления.
Ответ. При падении из воздуха в воду под углом луч переходит в воду и меняет направление.
Условие. Луч падает на поверхность воды перпендикулярно. Нужно предсказать, изменит ли он направление, а затем проверить это наблюдением.
Ответ. При перпендикулярном падении луч не меняет направления и продолжает идти по прямой.
Условие. По ходу луча через границу воздуха и воды нужно определить падающий и преломлённый лучи и сравнить их направления.
Ответ. Падающий луч находится до границы со стороны воздуха, а преломлённый — после границы в воде. Если луч шёл под углом, их направления относительно перпендикуляра различаются.
Путают падающий и преломлённый лучи, потому что не определяют, с какой стороны находится источник. Падающим называют участок до границы, а преломлённым — участок после неё. Проверьте себя: мысленно двигайтесь от источника к воде.
Сравнивают лучи с поверхностью воды, а не с перпендикуляром. Из-за этого кажется, что направление определено неверно. Проведите через точку падения линию под прямым углом к поверхности и сравнивайте лучи только с ней.
Считают, что луч всегда меняет направление при переходе в другую среду. Такая ошибка появляется, если забывают о перпендикулярном падении. Проверьте, образует ли падающий луч прямой угол с границей.
Делают вывод по одному неясному наблюдению. Причиной может быть плохо видимый луч или незамеченная точка перехода. Повторите опыт, убедитесь, что видны граница и оба участка пути, а затем записывайте результат.
До работы нужно знать, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно, а луч условно показывает направление его движения. Тема связана с отражением света: в обоих случаях рассматривают границу сред и разные лучи, но при отражении свет возвращается в прежнюю среду. Преломление пригодится при изучении линз, очков и оптических приборов, где свет меняет направление при прохождении через прозрачные детали.
Почему луч меняет направление, когда попадает в воду?
В воздухе и воде свет распространяется по-разному. Поэтому при переходе через границу этих сред направление луча может измениться.
Как понять, где падающий луч, а где преломлённый?
Падающий луч идёт от источника к границе сред. Преломлённый луч начинается в точке перехода и проходит уже во второй среде.
Зачем проводить перпендикуляр к границе сред?
Перпендикуляр служит общей линией для сравнения направлений лучей. С ним определяют, изменился ли луч и в какую сторону.
Всегда ли свет меняет направление при переходе в другую среду?
Нет. Если луч падает на границу перпендикулярно, он продолжает идти по тому же направлению, хотя переходит в другую среду.
Что нужно записать по итогам лабораторной работы?
Нужно записать оборудование, условия опыта и наблюдения за ходом падающего и преломлённого лучей. В конце формулируют вывод о том, как меняется направление света.
Лабораторная работа № 42 «Наблюдение за преломлением света»
