原创 | 力的合成-光的折射规律探究

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本文为物理社团部分活动的简单小结,玩转趣味实验,形成核心素养。

1.力的合成

(1)实验目的:验证互成角度的两个共点力合成的平行四边形定则。

(2)实验原理:一个力F的作用效果与两个共点力F1和F2作用效果相同,所以F为F1和F2的合力。(等效思想)

做出F的图示,再根据平行四边形定则做出F1和F2的合力F’的图示,比较F’和F是否大小相等,方向相同。

(3)过程略,为减小实验误差,需要注意:

我们看一下俯视放大的效果图,从起点E拉绳结到位置O,一个力与互成角度的两个力作用(横向排列):

①用两只弹簧测力计沿不同方向拉细绳套,满足力的大小不超过弹簧秤量程及橡皮筋弹性限度的情况下,应使拉力尽可能大。

②画力的图示时,选择适当的标度,几何作图尽量大些,充分利用白纸的长度宽度。

③改变两个力F1、F2的大小和夹角,重复实验几次。

说明:同一实验中的两只弹簧测力计拉伸应与板面平行,实验前准备除调零外,将两只弹簧秤钩好对拉,若他们在拉的过程读数不同,更换直到相同为止。

2.光的折射规律探究

同学们通过梯形玻璃砖望向窗外,看到了“彩虹”现象。

(1)实际上这就是光的色散,说明太阳光是复色光,由赤橙黄绿蓝靛紫的各种单色光组成。

我们可以简单分析截面图,射向三棱镜的平行光(太阳光)经过三角形(两腰)发生两次折射,偏向底面(即三棱镜底部)。

(2)光从空气斜射入玻璃,折射角变小,再从玻璃进入空气,第二次的折射角变大(分析:光路可逆)。

光线通过平行玻璃砖发生侧移,最终的出射(折射)光线与最初的入射光线平行,几何证明略。

这是我们在实验室演示看到的情况,现象比较明显,后面是关灯后的效果。

改变光射向平行玻璃砖以及半圆形玻璃砖的角度,可以总结折射规律(类比反射定律)。

(3)光通过半圆形玻璃砖的实验中,看到有折射光线消失的情况,怎么回事?

光从玻璃斜射入空气,折射角大于入射角且随着入射角的增大而增大,实验证实这种改变会发生一种特殊情况。

因为折射角总比入射角大,折射角总有达到90度的时候,此时折射光线消失,这就是全发射。

问题思考:光发生全反射需要满足什么条件?

光在不同介质表面通常会同时发生反射和折射,对于不同的介质情况各不相同,但是光的折射是有规律的,以后我们会学到折射定律。

下面是高一12班王苠豪同学关于折射定律的数学推导过程:

(特别说明:本文纯属个人观点,部分图片源于网络外,其余手机实验室抓拍,仅供参考,谢谢观赏。精彩继续,敬请期待!)

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