Konkursas Fizikos bandymai aplink mus 2017 VIESOS LIS

Konkursas „Fizikos bandymai aplink mus 2017“ ŠVIESOS LŪŽIS Darbą parengė: Lietuvos sveikatos mokslų universiteto gimnazijos II g. b klasės mokinės Ugnė Kubiliūtė ir Andrėja Čekanavičiūtė Mokytoja Salomėja Kukauskienė Kaunas, 2017 m.

Turinys Ø Ø Ø Ø Ø Darbo tikslas Šviesos lūžio dėsnis Absoliutusis lūžio rodiklis Santykinio ir absoliučiojo lūžio rodiklio sąryšis Tirpalų lūžio rodiklio priklausomybės nuo koncentracijos tyrimas refraktometru Uždavinių sprendimo pavyzdžiai Tai įdomu! Testas Naudota literatūra

Darbo tikslas Ø Paaiškinti šviesos lūžio dėsnį, atskleisti santykinio lūžio rodiklio ir absoliutinio lūžio rodiklio fizikinę prasmę, pagrįsti šviesos lūžio reiškinio praktinę prasmę.

Šviesos lūžis Ø Žinome, kad, sutikusi savo kelyje neskaidrią kliūtį, veidrodį, namo sieną, žmogų ir pan. šviesa nuo jos atsispindi. Jei kliūtis skaidri (stiklas, vanduo, plastikas ir t. t. ), nuo jos atsispindi tik maža dalis šviesos, kita pereina terpių ribą ir patenka į kitą terpę. Pereidama į kitą terpę šviesa pakeičia savo sklidimo kryptį. Ø Šviesos spindulio krypties pasikeitimas, kai jis pereina iš vienos skaidrios terpės į kitą, vadinamas šviesos lūžiu.

Šviesos lūžis Šviesos lūžį apibūdinančios sąvokos: Ø Krintantysis spindulys – pirmojoje terpėje į dviejų terpių ribą krintantis spindulys. Ø Kritimo kampas – kampas tarp krintančiojo spindulio ir statmens, nubrėžto į terpių ribą per kritimo tašką. Ø Lūžęs spindulys – į antrą terpę patekęs spindulys. Ø Lūžio kampas – kampas tarp lūžusio spindulio ir minėto statmens.

Šviesos lūžis Ø Krintantysis ir lūžęs spinduliai yra apgręžiami. Jeigu antrojoje terpėje spindulį nukreipsime į skiriamąjį paviršių lūžusio spindulio keliu, tai lūžęs jis sklis pirmąja terpe krintančio spindulio keliu. Ø Šviesos spinduliui pereinant iš optiškai tankesnės terpės į optiškai retesnę, lūžio kampas yra didesnis už kritimo kampą. Taip lūžta spinduliai, sklisdami, iš vandens telkinio į orą. Dėl to vandens telkiniai atrodo seklesni.

Šviesos lūžis Ø Šviesos lūžimo kampas priklauso nuo kritimo kampo: didėjant kritimo kampui, didėja atspindžio ir lūžio kampas. Ø Šviesos spinduliui pereinant iš optiškai tankesnės terpės į optiškai retesnę, lūžio kampas yra didesnis už kritimo kampą. Ø Sklisdama statmenai terpių ribai šviesa nelūžta.

Šviesos lūžio dėsnis Ø Krintantysis spindulys, lūžęs spindulys ir per kritimo tašką nubrėžtas statmuo terpes skiriančiam paviršiui yra vienoje plokštumoje. Ø Kritimo kampo sinuso ir lūžio kampo sinuso santykis toms dviem terpėms yra pastovus dydis: Čia: n - santykinis lūžio rodiklis arba antrosios terpės lūžio rodiklis pirmosios atžvilgiu.

Absoliutusis lūžio rodiklis

Absoliutusis lūžio rodiklis ØAbsoliutusis lūžio rodiklis yra vienos terpės savybė, nes šviesos greitis priklauso nuo terpės, kuria sklinda šviesa, fizinės būsenos: temperatūros, tankio, mechaninio įtempio. ØJis priklauso ir nuo pačios šviesos savybių: raudonos šviesos jis mažesnis negu žalios, o žalios - mažesnis nei violetinės. ØĮvairių terpių lūžio rodiklio verčių lentelėse nurodoma, kuriai šviesai taikoma n vertė, kokia yra terpės būsena. ØOro absoliutusis lūžio rodiklis normaliomis sąlygomis artimas vienetui: n = 1, 000292.

Kai kurių medžiagų lūžio rodiklis (geltonai šviesai) Medžiaga Lūžio rodiklis oro atžvilgiu Deimantas 2, 42 Kvarcas 1, 54 Ledas 1, 31 Rubinas 1, 76 Stiklas Nuo 1, 47 iki 2, 04 Vanduo 1, 33 Ø Medžiaga, kurios lūžio rodiklis didesnis, vadinama optiškai tankesne. Pavyzdžiui, stiklas yra optiškai tankesnis už ledą arba vandenį, o vanduo – už ledą.

Santykinio ir absoliučiojo lūžio rodiklio sąryšis

Tirpalų lūžio rodiklio priklausomybės nuo koncentracijos tyrimas refraktometru Darbo tikslas: Išmatuoti įvairių koncentracijų tirpalų lūžio rodiklius ir nustatyti nežinomo tirpalo koncentraciją. Hipotezė: Didėjant tirpalų koncentracijai, didės ir lūžio rodiklis. Darbo priemonės: Ø Ø Refraktometras; Penki skirtingų koncentracijų tirpalai (0%, 1%, 3%, 8%, 10%); Vienas nežinomos koncentracijos tirpalas; Šviesos šaltinis.

Tirpalų lūžio rodiklio priklausomybės nuo koncentracijos tyrimas refraktometru Darbo eiga: Ø Atidarę prizmių kamerą, ant apatinės prizmės pipete užlašiname 1 - 2 lašus distiliuoto vandens ir, uždarę prizmių kamerą, šaltinio šviesą nukreipiame į viršutinį kameros langelį. Apatinis langelis uždarytas. Žiūronu randame ryškiai matomą lūžio rodiklių skalę bei šviesų ir tamsų regėjimo laukus skiriančią spektro juostą.

Tirpalų lūžio rodiklio priklausomybės nuo koncentracijos tyrimas refraktometru Ø Ø Kilnodami kompensatoriaus rankenėlę, panaikiname spektrinę juostą ir pasiekiame, kad vietoj jos būtų matyti ryški regėjimo laukus skirianti linija. Slankiodami žiūroną išilgai lūžio rodiklių skalės, vizuojamąją liniją sutapatiname su šviesaus ir tamsaus lauko skiriamąja riba ir ties ja skalėje atskaitome lūžio rodiklio vertę n 1’. Išmatuojame visų koncentracijų tirpalų lūžio rodiklius (matuojame taip pat, kaip ir su distiliuotu vandeniu). Po to nustatome nežinomos koncentracijos tirpalo lūžio rodiklį.

Tirpalų lūžio rodiklio priklausomybės nuo koncentracijos tyrimas refraktometru Darbo rezultatai: Ø Duomenis surašėme į lentelę: Eil. Nr. Tirpalo svorinė koncentracija, % Lūžio rodiklis n 1’ ni = ni’+△n 1 z 1= 0 n 1’= 1, 332 n 1 = 1, 333 2 z 2= 1 n 2’= 1, 3345 n 2= 1, 3355 3 z 3= 3 n 3’= 1, 336 n 3= 1, 337 4 z 4= 8 n 4’= 1, 343 n 4= 1, 344 5 z 5= 10 n 5’= 1, 3445 n 5= 1, 3455 n zx= ? nx’= 1, 34 nx= 1, 341

Tirpalų lūžio rodiklio priklausomybės nuo koncentracijos tyrimas refraktometru Ø Nubraižėme tirpalų lūžio rodiklio priklausomybės nuo koncentracijos grafiką: Ø Iš grafiko suradome nežinomo tirpalo koncentraciją zx = 6%.

Tirpalų lūžio rodiklio priklausomybės nuo koncentracijos tyrimas refraktometru Išvados: Ø Tirpalų lūžio rodiklis priklauso nuo koncentracijos: didėjant tirpalo koncentracijai, didėja ir jo lūžio rodiklis. Ø Nežinomo tirpalo koncentracija lygi 6 %.

Uždavinių sprendimo pavyzdžiai Uždavinys Nr. 1 Šviesos greitis skystyje lygus 240000 km/s. Šviesos spindulys krinta į to skysčio paviršių 30˚ kampu. Koks yra lūžio kampas? Sprendimas v = 240000 km/s = 2, 4∙ 108 m/s γ = ? α = 30˚ c = 3∙ 108 m/s

Uždavinys Nr. 2 Berniukas stengiasi pagaliu pataikyti į daiktą, esantį 40 cm gylio upelio dugne. Nusitaikęs į daiktą, jis smeigia lazda 45° kampu į vandens paviršių. Kokiu atstumu nuo daikto lazda pataiko į upelio dugną? α h

Bandymai „Šviesos lūžis“ Ø Vaizdo medžiaga Nr. 1 Ø Vaizdo medžiaga Nr. 2

Bandymas „Deganti žvakė vandenyje“ Ø Vaizdo medžiaga

Sukurta puslaidininkinė medžiaga, laužianti šviesą į priešingą pusę. Ø Prinstono universiteto (JAV) mokslininkų vadovaujama tyrėjų grupė sukūrė puslaidininkinę medžiagą, kuri laužia šviesą į priešingą pusę nei kitos natūraliai gamtoje randamos medžiagos. Ši medžiagos savybė gali gerokai pagerinti medicininės diagnostikos ar greitų ryšio tinklų įrangos veikimą. Ø Gamtoje sutinkamos medžiagos pasižymi teigiamais lūžio rodikliais, o Prinstono universiteto tyrėjų sukurtos medžiagos lūžio rodiklis – neigiamas.

Saulės žalieji žybsniai Ø Jeigu stebime saulėlydį, tai raudonas Saulės disko kraštelis, prieš pat jam pranykstant už horizonto, paskutines pora sekundžių, nušvinta žalia šviesa. Kodėl gi tai įvyksta? • Saulės žalieji žybsniai susidaro esant dideliam oro temperatūros gradientui, kuris kaip didinamasis stiklas sustiprina atskirų šviesos spalvų erdvinį išskaidymą - raudonieji labiausiai lenkiami už horizonto, mėlynieji mažiausiai. • Dėl Rayleigh sklaidos mėlynoji šviesa labai smarkiai išsklaidoma - jos praktiškai nelieka saulėlydžio Saulės šviesoje. O dėl akies maksimalaus jautrumo žaliai šviesai labiausiai ir pastebime nepasislėpusius žaliuosius Saulės spindulius už horizonto. Žaliasis saulės žybsnis saulei leidžiantis Žaliasis saulės žybsnis kalno šlaite

Saulės halas Ø Saulės halas arba kitaip dar saulės lankas yra optinis reiškinys, susidarantis lūžus ir atsispindėjus šviesos spinduliams lediniuose debesų kristaluose. Ø Halai atrodo kaip šviesūs ratilai, lankai, stulpai, dėmės aplink Saulę ar Mėnulį. Ratilo spalvos būna įvairaus ryškumo ir būna rausvos, geltonos, žalios bei žydros spalvų. Lietuvoje saulės halai susidaro aplink Saulę 40 – 60 kartų per metus, o aplink Mėnulį - 15– 20 kartų. Saulės halas Mėnulio halas

Superhalas Ø Daugelis mūsų esame matę vaivorykštės formos ir atspalvių puslankį aplink tekančią saulę. Tai – vadinamasis 22° halas. Kai kuriems yra tekę matyti vadinamuosius saulės stulpus – kitą saulės halo atmainą. Tačiau vargu, ar nors vienas iš mūsų esame matę šį itin retą saulės fenomeną, kurį vienas fotografas užfiksavo virš Raudonosios upės Naujosios Meksikos valstijoje (JAV). Ø Fotografui pavyko užfiksuoti visą puokštę halų vienu metu – ir 22° halą, ir saulės stulpus, ir saulės fantomą. Ø Meteorologai šią nežemišką halų kaskadą pavadino superhalu.

Ugnies vaivorykštė Kai saulė būna aukštai danguje (aukščiau kaip 58° virš horizonto), o jos spinduliai pereina permatomus aukštutinius plunksninius debesis sudarytus iš šešiakampių plokščių kristalų, danguje galite pamatyti nuostabų gamtos fenomeną, vadinamą ugnies vaivorykšte. Kai saulės šviesa, keliaudama per tokį kristalą, lūžta, o plunksniniai debesys yra lygiagretūs žemei, dangus pražysta nuostabiomis spalvomis.

Testas

1. Kodėl, šviesos spinduliui pereinant iš vienos skaidrios terpės į kitą, pakinta jo kryptis? A. Pakinta šviesos dažnis; B. Pakinta šviesos spindulio energija; C. Pakinta šviesos bangos periodas; D. Pakinta šviesos sklidimo greitis. Ats. : D

2. Kuris spindulys yra lūžęs spindulys? A. A; B. B; C. C; D. D. Ats. : D

3. Kodėl vandenyje daiktą matome aukščiau nei jis yra iš tikrųjų? A. Dėl šviesos atspindžio; B. Nes šviesa išsklaidoma; C. Dėl šviesos lūžio; D. Dėl šviesos difrakcijos. Ats. : C

4. Kodėl sėdėdami prie laužo už jo esančius daiktus matome virpančius? A. Dėl nevienodos daiktų apšvietos; B. Dėl šviesos išsklaidymo; C. Kintant oro temperatūrai kinta ir jo lūžio rodiklis; D. Nes pastoviai kinta į daiktus krintančių spindulių kampas. Ats. : C

5. Kodėl žvaigždės mirga? A. Žvaigždžių mirgėjimas regimas dėl šviesos lūžio vienodo tankio atmosferos sluoksniuose; B. Žvaigždžių mirgėjimas regimas dėl šviesos lūžio skirtingo tankio atmosferos sluoksniuose; C. Todėl, kad oro molekulės labai lengvai sklaido mėlyną šviesą; D. Dėl šviesos dispersijos. Ats. : B

6. Ką rodo absoliutinis lūžio rodiklis? A. Kiek kartų šviesos greitis sumažėja konkrečioje terpėje lyginant su šviesos greičiu kitoje terpėje; B. Kiek kartų šviesos greitis padidėja konkrečioje terpėje lyginant su šviesos greičiu kitoje terpėje; C. Kiek kartų šviesos greitis padidėja konkrečioje terpėje lyginant su šviesos greičiu tuštumoje; D. Kiek kartų šviesos greitis sumažėja konkrečioje terpėje lyginant su šviesos greičiu tuštumoje. Ats. : D

7. Kurioje medžiagoje šviesos greitis didžiausias? A. Vandenyje; Ats. : D B. Deimante; C. Rubine; D. Lede.

8. Kaip pasikeičia šviesos sklidimo greitis, jei jis pereina iš tankesnės skaidrios terpės į retesnę? A. Sumažėja; B. Padidėja; C. Sumažėja du kartus; D. Šviesos sklidimo greitis yra pastovus. Ats. : B

9. Kokiais atvejais kritimo kampas lygus lūžio kampui? Ats. : A

10. Iš vienos terpės į kitą pereinančio spindulio kritimo ir lūžimo kampo sinusų santykis lygus n. Kam lygus šis santykis, kai spindulio kritimo kampas padidės dvigubai? A. n/4; B. 2 n; C. 4 n; D. n. Ats. : D

Naudota literatūra Ø Fizika. Vadovėlis 10 klasei. Vladas Valentinavičius. Ø Fizikos uždavinynas 7 -10 klasei. S. Jakutis, L. Ragulienė, J. Sitonytė, V. Šlekienė. Ø Fizikos uždavinynas 9 -12 klasei. A. Rymkevičius, P. Rymkevičius. Ø www. google. lt Ø www. youtube. com