Pelajaran Teach
Hukum Snell: ukur pembiasan dengan jangka sudut sebenar
Murid menggunakan makmal jauh Hukum Snell (II) untuk membaca sudut tuju dan sudut biasan, mengira indeks biasan, membandingkan medium dan memerhatikan pantulan dalam penuh.
Kali pertama menggunakan LabsLand? Cipta akaun guru anda
Hasil pembelajaran
Mengukur sudut tuju dan sudut biasan dari garis normal menggunakan makmal jauh hukum Snell.
Mengira indeks biasan dengan n = sin(i) / sin(r) apabila cahaya bergerak dari udara ke suatu medium.
Membandingkan air, minyak dan akrilik menggunakan sudut tuju yang sama serta bukti eksperimen.
Menerangkan sebab bacaan dari permukaan, bukannya garis normal, mengubah hasil.
Menghuraikan pantulan dalam penuh secara kualitatif dan mengehadkan sudut genting menggunakan langkah 10 darjah dalam makmal.
Menulis kesimpulan yang menggunakan data, pengiraan dan ketidakpastian, bukan tangkapan skrin semata-mata.
Pratonton aktiviti pelajar
Kandungan aktiviti
Pratonton sahaja. Dalam sesi kelas, pelajar boleh mengisi jawapan dan menyerahkan hasil kerja mereka kepada guru.
Bentuk persoalan optik
8 min
Apabila cahaya bergerak dari udara ke medium lutsinar yang lain, arahnya biasanya berubah. Hukum Snell menghubungkan sudut tuju i, sudut biasan r dan indeks biasan n. Kesilapan pengukuran yang paling lazim ialah menggunakan permukaan sebagai garis rujukan. Dalam hukum Snell, sudut diukur dari garis normal, iaitu garis yang berserenjang dengan permukaan pada titik sinar memasuki medium.
Rujukan sudut
Gunakan sudut yang diukur dari garis normal. Sudut pelengkap yang diukur dari permukaan mengubah nilai sinus dan menghasilkan indeks biasan yang salah.
Model bagi cahaya dari udara ke medium lutsinar
n = sin(i) / sin(r)
Dalam hukum Snell, i dan r mesti diukur dari garis rujukan yang mana?
Ramalkan perkara yang berlaku apabila satu sinar bergerak dari udara ke air dan, secara berasingan, apabila satu sinar bergerak dari udara ke akrilik pada sudut tuju yang sama. Gunakan petunjuk ini: akrilik mempunyai indeks biasan yang lebih tinggi daripada air. Sinar yang manakah sepatutnya membengkok lebih banyak ke arah garis normal, dan mengapa? Tulis 3 hingga 4 ayat.
Gunakan makmal jauh secara terancang
10 min
Makmal Hukum Snell (II) menggunakan video sebenar laser, sel lutsinar atau blok akrilik dan jangka sudut bercetak. Versi tanpa pengesahan tidak memberikan sudut biasan sebagai nombor. Anda perlu membaca sudut biasan daripada video, merekodkannya dan membuat pengiraan di luar makmal.
Aliran kerja makmal
Makmal membekalkan bukti visual sebenar. Tugas anda ialah membaca sudut secara konsisten dan mengira indeks biasan.
Persediaan air
Air dalam orientasi biasa. Sinar tuju dan sinar biasan dibaca pada jangka sudut bercetak.
Buka Hukum Snell (II)
Buka makmal Hukum Snell (II).
Pada tab Konfigurasi, pilih Air, orientasi Biasa dan satu ulangan.
Pergi ke tab Pemerhatian dan gunakan anak panah ← → untuk menetapkan sudut tuju kepada 20 darjah. Rekod
i, yang dipaparkan pada skrin, kemudian bacarpada jangka sudut bercetak menggunakan kedua-dua paparan video — Paparan atas dan Paparan kamera perspektif. Makmal tidak memaparkanrsebagai nombor; jika garis sukar dibaca, rekodrdengan ketidakpastian kira-kira 1 hingga 2 darjah.Ulang pada 40, 60 dan 80 darjah.
Kembali ke tab Konfigurasi, pilih Akrilik atau Minyak sebagai medium kedua, kemudian ulang sudut tuju yang sama.
Jika masa mengizinkan, ukur medium ketiga atau buat ulangan kedua.
Skrin pemerhatian
Pada tab Pemerhatian, gunakan kedua-dua pandangan video. Imej ini berada pada 0 darjah hanya untuk menunjukkan kawalan; baris ukuran anda bermula pada 20 darjah. Sudut tuju dipaparkan sebagai teks dan diubah dengan anak panah ← →. Sudut biasan tidak dipaparkan sebagai nombor: anda perlu membacanya pada jangka sudut bercetak.
Pilihan kaedah yang manakah menjadikan perbandingan itu adil?
Rekod dan proses bukti
22 min
Lengkapkan satu baris jadual bagi setiap sudut tuju dan medium. Rekod r sebagai bacaan yang mempunyai ketidakpastian, bukan sebagai nilai buku teks yang sempurna. Jika jangka sudut sukar dibaca, gunakan kedua-dua paparan dan nyatakan ketidakpastian yang munasabah, seperti kira-kira 1 hingga 2 darjah. Bagi baris orientasi biasa, semak bahawa r < i dan n > 1. Jika tidak, periksa sama ada anda menggunakan skala jangka sudut yang salah atau mengukur dari permukaan.
Persediaan minyak
Dalam makmal ini, minyak dijangka mempunyai indeks biasan yang lebih tinggi daripada air. Gunakan sudut tuju yang sama semasa membandingkannya.
Ukuran hukum Snell
Isi sekurang-kurangnya 8 baris: empat sudut tuju untuk air dan empat untuk medium kedua. Gunakan kalkulator dalam mod darjah untuk mengira n = sin(i)/sin(r). Dalam lajur catatan, rekod ketidakpastian dan nyatakan sama ada baris itu berasal daripada sesi makmal anda, ulangan rakan sekelas atau baris rujukan guru.
| Medium | Orientasi | i dari garis normal darjah | r dari garis normal darjah | n = sin(i)/sin(r) | Ketidakpastian / sumber |
|---|---|---|---|---|---|
Purata indeks biasan mengikut medium
Tambahkan satu baris rumusan bagi setiap medium yang diukur sebelum menjawab soalan perbandingan. Puratakan hanya baris dengan orientasi biasa.
| Medium | Nilai n yang digunakan | Purata n | Ketidakpastian utama |
|---|---|---|---|
Teliti jadual anda. Apakah bukti yang menunjukkan bahawa anda mengukur dari garis normal dan menggunakan set sudut terancang yang sama bagi kedua-dua medium? Nyatakan sekurang-kurangnya dua baris daripada setiap medium berserta sudut tujunya.
Kira dan bandingkan indeks biasan
12 min
Bagi setiap baris orientasi biasa, kira n = sin(i) / sin(r). Gunakan kalkulator dalam mod darjah. Kemudian, puratakan nilai n bagi setiap medium. Jangan jangka setiap baris akan sama; bacaan jangka sudut dan kejelasan video menimbulkan ketidakpastian.
Tunjukkan satu pengiraan lengkap daripada jadual anda: tulis i, r, sin(i), sin(r) dan n. Kemudian, laporkan purata n bagi air dan medium kedua anda.
Medium manakah yang membengkokkan sinar lebih banyak ke arah garis normal? Gunakan purata nilai n anda dan sepasang baris dengan sudut tuju yang sepadan sebagai bukti. Terangkan sama ada hasil itu sepadan dengan ramalan anda.
Artifak bukti
Lampirkan tangkapan skrin, lakaran tangan atau jadual kecil yang anda bina untuk menunjukkan satu sinar yang diukur dan jadual pengiraan anda. Artifak mesti mengandungi garis normal, satu sudut bertanda dan baris pengiraan yang berkaitan; tangkapan skrin sahaja tidak mencukupi.
Perhatikan pantulan dalam penuh
8 min
Dalam orientasi biasa, cahaya bergerak dari udara ke medium. Dalam orientasi terbalik, sinar boleh bergerak dari medium menuju udara. Untuk pemerhatian ringkas ini, gunakan medium kedua yang sama seperti sebelumnya; jika kumpulan anda belum memilihnya, gunakan Akrilik. Anda tidak perlu mengulangi ketiga-tiga medium kecuali guru menetapkan aktiviti lanjutan. Berhampiran sudut genting, sinar biasan yang keluar mungkin menjadi lemah atau melungsur sepanjang permukaan; melebihi sudut itu, tiada sinar biasan keluar yang jelas dan cahaya dipantulkan di dalam medium. Bagi air, minyak dan akrilik, perubahan ini berlaku antara tetapan 40 dan 50 darjah, jadi perhatikan julat itu dengan teliti. Oleh sebab sudut berubah dalam langkah 10 darjah, anda boleh mengehadkan sudut genting tetapi tidak mengukurnya dengan tepat.
Orientasi terbalik
Kembali ke tab Konfigurasi, kekalkan medium pilihan anda, tetapkan orientasi kepada Terbalik, kemudian kembali ke tab Pemerhatian. Cari julat sudut apabila sinar biasan yang keluar menjadi lemah, melungsur sepanjang permukaan atau hilang.
Dalam orientasi terbalik, cahaya bergerak dari medium menuju udara. Tingkatkan sudut tuju dalam langkah 10 darjah, dari kira-kira 30 darjah hingga 80 darjah, sambil memerhatikan sinar biasan yang keluar. Antara dua tetapan 10 darjah yang manakah sinar itu menjadi lemah, melungsur sepanjang permukaan atau hilang sehingga cahaya dipantulkan di dalam medium? Laporkan jawapan sebagai satu julat, atau nyatakan perkara yang anda perhatikan jika perubahan itu tidak jelas.
Tulis kesimpulan saintifik
10 min
Kesimpulan anda perlu berguna kepada seseorang yang tidak melihat skrin anda. Nyatakan asal bukti, pengiraan, ketidakpastian dan batas dakwaan. Jangan kata makmal “membuktikan” indeks buku teks dengan tepat; nyatakan perkara yang disokong oleh bacaan anda.
Senaraikan dua sumber ketidakpastian dalam makmal ini dan terangkan cara setiap satu boleh mengubah nilai n yang dikira.
Tulis kesimpulan dalam format dakwaan-bukti-penaakulan. Sertakan: (1) sama ada sinar membengkok ke arah atau menjauhi garis normal apabila memasuki medium berindeks lebih tinggi; (2) purata nilai n anda; (3) medium yang membengkokkan cahaya dengan lebih banyak; (4) perkara yang anda perhatikan dalam orientasi terbalik, jika kelas anda menjalankan fasa itu; dan (5) satu batas bukti.
Aktiviti lanjutan pilihan: tiga medium dan sudut genting
15 min
Jika masa mengizinkan, ukur air, minyak dan akrilik menggunakan sudut tuju yang sama. Kemudian gunakan purata n untuk menganggarkan sudut genting setiap medium dengan theta_c = arcsin(1/n). Bandingkan anggaran itu dengan julat orientasi terbalik yang diperhatikan. Perhatian: indeks minyak dan akrilik hampir sama, iaitu kira-kira 1.47 dan 1.49, maka sudut biasannya berbeza kurang daripada 1 darjah, di bawah keupayaan jangka sudut untuk membezakannya. Gunakan ketiga-tiga medium untuk menunjukkan bahawa minyak dan akrilik membengkokkan cahaya dengan nyata lebih banyak daripada air, bukan untuk menyusun minyak dan akrilik mengikut indeks.