Описание установки.

Для проверки законов отражения и преломления света, в данной лабораторной работе используется установка, представленная на рис. 4. На неподвижной станине гониометра закреплена проградуированная в градусах шкала 1 и оптически плотная среда в виде полуцилиндра 2. На отдельных поворотных штангах размещены лазерный источник света 3 и визирное устройство 4. Луч света, идущий вдоль радиуса полуцилиндра, не испытывает преломления на границе раздела цилиндрической поверхности с воздухом, так как направлен по нормали к этой поверхности (угол падения i = 0). Плоская часть полуцилиндра находится на оси вращения подвижной части гониометра. Источником луча света является полупроводниковый лазер 3, закрепленный на поворотной штанге. Угол падения луча света отсчитывается по риске отсчета 5, закрепленной на поворотной штанге.

3

4

5

1

2

5

Рис. 4

Угол отражения или преломления луча определяется с помощью визирного устройства 4, представляющего собой тубус с матовым экраном и нитью визира. Для определения угла отражения или преломления луча, необходимо поворачивать штангу с тубусом до тех пор, пока нить визира на экране не совпадёт с центром пятна от луча лазера. Отсчет углов осуществляется также по круговой шкале относительно риски отсчёта 5, установленной на штанге с тубусом. Пятно от луча лазера на экране тубуса смотрят с расстояния наилучшего зрения (≈ 25 см).

Во всех опытах по проверке основных законов геометрической оптики углы падения, отражения или преломления луча отсчитываются от нормали к границе раздела двух сред. Нормаль к границе раздела сред находится под углами 0, 180 или 360⁰ относительно шкалы установки в зависимости от квадранта, в котором происходят измерения углов. Если измерения происходят в первом квадранте, то угол нормали i₀ = 0⁰, если во втором и третьем – i₀ = 180⁰, если в четвертом квадранте – i₀ = 360⁰ (рис. 5). Предположим, мы измеряем угол преломления луча r, который находится в квадранте ΙΙΙ (рис. 5). По круговой шкале прибора пусть

угол r_приб = 240⁰. Для квадранта ΙΙΙ угол нормали к границе раздела сред r₀ = 180⁰. Тогда измеряемый угол будет равен разности угла преломления, измеренного по круговой шкале прибора, и угла соответствующей нормали: r =‌ ‌‌‌r_приб – r₀. ‌‌В нашем случае угол преломления луча r =‌ ‌‌‌240 - 180 = 60⁰. Ещё один пример. Пусть угол падения луча по круговой шкале прибора составляет i_приб = 320⁰. Из рис. 5 следует, что угол нормали к границе раздела сред в этом случае равен i₀ = 360⁰.^. Тогда угол падения луча i =‌ ‌‌‌320 – 360 = 40⁰.

УПРАЖНЕНИЕ 1

Проверка закона отражения света

1. Установить некоторый угол падения луча света i на границу раздела двух сред. Поворачивая штангу с тубусом, установить визир на середину изображения отраженного луча лазера. Измерить угол падения i и угол отражения i^/ луча света с учётом углов нормали к плоскости раздела сред, как это обсуждалось выше. Произвести шесть измерений при различных углах падения луча, как из оптически менее плотной среды в более плотную, так и из более плотной среды в менее плотную. Результаты измерений записать в таблицу 1.

Таблица 1.

№ опыта	Угол нормали i0, град	Угол падения луча i, град	Угол нормали для отраженного луча i0^/, град	Угол отражения луча i ^/, град
1 2 .... 6

Сделать вывод о выполнении или невыполнении закона отражения света.

УПРАЖНЕНИЕ 2