Когда световые лучи проходят из воздуха в воду, они изгибаются, потому что показатель преломления воздуха отличается от показателя преломления воды. Другими словами, световые лучи движутся в воздухе с другой скоростью, чем в воде. Закон Снеллиуса описывает это явление, обеспечивая математическое соотношение между углом светового луча падения относительно перпендикулярной линии, проходящей через воду, показатели преломления обоих материалов через который легкие путешествия, и угол преломления, под которым свет проходит через воду.
Чем больше показатель преломления, тем больше изгибается свет. Сахарная вода более плотная, чем обычная вода, поэтому сахарная вода имеет более высокий показатель преломления, чем обычная вода. Здесь мы будем использовать физику преломления для измерения содержания сахара в воде.
Поместите призму на пятое прямоугольное предметное стекло микроскопа и приклейте призму к предметному стеклу с помощью эпоксидной смолы.
Настроить на эксперименты. Накройте стену бумагой, чтобы на ней сделать разметку. Установите лазерную указку так, чтобы ее луч был перпендикулярен стене. Закрепите лазерный указатель на месте и периодически проверяйте его, чтобы убедиться, что его луч постоянно попадает в одно и то же место при прохождении через воздух.
Направляйте лазерный луч перпендикулярно через призму, когда она пуста. Когда призма пуста, луч не должен отклоняться. Отметьте место попадания лазерного луча на стену. Поместите лист бумаги под лазер и отметьте точку, в которой луч вошел в призму (два пятна вместе должны образовывать прямую линию).
Заполните призму жидкостью. Направьте лазерный луч через призму, заполненную жидкостью. Луч попадет в стену на некотором расстоянии от исходной отметки. Отметьте балку. Измерьте расстояние между этими двумя точками, расстояние A. Измерьте расстояние от призмы до стены, расстояние B.
С двумя расстояниями, которые вы измерили на шаге 3, вы можете рассчитать угол, под которым луч ударяется о стену - другими словами, его угол преломления после прохождения через призму. Вычислите этот угол, найдя арктангенс (расстояние A, деленное на расстояние B).
Используйте закон Снеллиуса вместе с углом, который вы рассчитали на шаге 4, чтобы определить показатель преломления вашей жидкости. Согласно закону Снеллиуса, относительный показатель преломления двух материалов, или n2 / n1 (n2 = показатель преломления второго материала, n1 = показатель преломления первого материала) равен синусу угла падения, деленному на синус угла преломление. Вы наводите лазерную указку перпендикулярно призме, поэтому ваш угол падения равен 90. Вы рассчитали угол преломления на шаге 4. И, наконец, показатель преломления воздуха (n1) равен 1.0003.
Приготовьте 1-процентный, 5-процентный, 10-процентный и 50-процентный растворы сахара. Повторите шаги с 3 по 5, чтобы определить их показатели преломления. Постройте график зависимости концентрации сахара от угла преломления. Сравните ваши показатели преломления для известных концентраций с показателем преломления, который вы рассчитали на шаге 5. Оцените концентрацию сахара в неизвестном растворе.