На этом уроке вы познакомитесь с явлением преломления света и узнаете, как свет распространяется в различных средах .
План урока:
При переходе из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, преломленный луч света отклоняется к границе раздела двух сред от первоначального своего направления .
42º - это угол, при котором луч света из стекла не проходит во вторую среду, а полностью отражается
Предельный угол отражения
Sin γ
Sin α ̥
n
n
2
1
= ─
n = 1
Sin90º = 1
1
γ = 90º
─ предельный угол
α
полного отражения
0
Sin α ̥ = ─
n
─ Закон полного
отражения
2
Предельный угол полного отражения
0
0
Sin α ̥ = ─
n
3. Предельный угол отражения и показатель преломления n для некоторых средах
Среда
Предельный угол отражения
Вода (при 20 ºС)
48º35′ ≈ 48º
Стекло
41º50′ ≈ 42º
Кварц
Рубин
Алмаз
24º40′ ≈ 24º
4. Волоконная оптика
Волоконный кабель
применяется для передачи
Световод
За счет многократного полного отражения свет может быть направлен по любому изогнутому пути.
Отражательные
призмы
Вывод:
Полное отражение наблюдается,
Закон полного отражения –
синус угла полного отражения обратно пропорционален относительному показателю преломления света.
n
Sin α ̥ = ─
Разделы: Физика
Закон отражения света
Одними из важнейших свойств света являются отражение и преломление. Законы отражения и преломления света изучались в 8-м классе. Вспомним законы отражения света.
(Фрагмент “Отражение света”, приложение2)
Полностью законы формулируются так:
Законы отражения и преломления устанавливались опытным путем. Однако, их можно вывести представляя свет как волну и используя при этом принцип Гюйгенса, который заключается в следующем…
Принцип Гюйгенса
(Модели распространения волн)
Допустим, из некоторой точки распространяется сферическая волна…
Этот принцип справедлив и в случае волн любой формы.
Таким образом, принцип Гюйгенса позволяет с помощью простых геометрических построений находить волновую поверхность в любой момент времени. Используя этот принцип можно показать зависимость угла отражения от угла падения волн на модели. (Динамическая модель отражения волн, приложение 4) . Применим принцип Гюйгенса к выводу закона отражения волн.
(схема вывода закона отражения)
Использование принципа Гюйгенса при математических построениях и дальнейших математических расчетах подтвердило правильность формулировки закона отражения света: угол отражения равен углу падения. Кроме того, оно подтвердило факт обратимости лучей и то, что падающий, отраженный лучи и перпендикуляр, проведенный к поверхности в точку падения луча лежат в одной плоскости.
Закон преломления света
Следующим важным свойством света является преломление. Вспомним, в чем оно заключается.
(Модель преломления света, приложение 3)
При переходе света из одной прозрачной среды в другую изменяется направление его распространения. Это явление и носит название преломления. Закон преломления света определяет взаимное расположение падающего луча, преломленного и перпендикуляра к поверхности раздела двух сред. Вспомним законы…
Законы преломления также можно вывести математически, используя принцип Гюйгенса. Вспомним, в чем он заключается.
Каждая точка, до которой дошло возмущение, сама становится источником вторичных сферических волн.
Волновая поверхность – огибающая вторичных волн.
Используя этот принцип можно показать зависимость угла преломления от угла падения волн на модели. Применим принцип Гюйгенса к выводу законов преломления волн. (Динамическая модель преломления, приложение 4) . Перейдём к выводу закона преломления.
(схема вывода закона преломления)
Принцип Гюйгенса позволил с помощью геометрических построений и вычислений доказать справедливость законов преломления. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, которая называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой. При переходе из одной среды в другую изменяется скорость света, поэтому относительный показатель преломления связан со скоростями света в этих средах. Среды, при переходе в которые скорость света уменьшается, называются оптически более плотными. Рассмотрим применение свойства обратимости лучей при переходе через границу раздела двух сред.
(Физический смысл показателя преломления. Абсолютный показатель преломления.)
Физический смысл показателя преломления заключается в том, что он показывает во сколько раз скорость света в первой среде больше скорости света во второй. Каждая среда имеет свой показатель преломления относительно вакуума, который называется абсолютным показателем.
Оптические свойства вакуума приблизительно равны физическим свойствам вакуума, поэтому его абсолютный показатель можно принять за единицу.
Относительные показатели преломления для любых двух сред можно определить, используя таблицу.
(Таблица абсолютных показателей преломления)
Полное внутреннее отражение
Закон преломления позволяет объяснить интересное и важное явление полного внутреннего отражения. Рассмотрим явление перехода света из оптически более плотной среды в менее плотную.
(Модель перехода луча из более плотной среды в менее плотную, приложение 5)
Опыт показывает:
Определим значение угла полного внутреннего отражения.
В природе полным внутренним отражением объясняется образование радуги, серебристая окраска капелек росы.
(Применение полного внутреннего отражения)
В технических устройствах полное внутреннее отражение в призмах позволяет использовать призмы в оптических приборах: телескопах, биноклях, перископах, что улучшает освещенность изображений.
Большое применение полное внутреннее отражение получило в световодах – прозрачных трубках, окруженных оболочкой из материала с меньшим показателем преломления. (Флэш-анимация “Салют”, приложение 6) .
Световоды используются для передачи радиосигнала, изображения, в медицинских диагностических и лечебных приборах, в осветительных приборах, для декоративного освещения и т.д.
В работе использованы:
Семинар по теме: «Световые волны» Полное отражение
Подготовили:
Ученицы 11 «А» класса
Романченко Валерия,
Щипанова Елена,
Филиппова Алёна.
Краткая история
Еще древнеримский ученый Плиний в своей “Естественной истории”,написанной около 2 тыс. лет назад, рассказывал о ловцах жемчуга, набиравших в рот оливковое масло перед погружением и выпускавших его под водой. Растекавшаяся по поверхности моря масляная пленка, показатель преломления которой больше, чем у воды, резко уменьшала яркость бликов и улучшала условия видимости.
Несложное явление полного внутреннего отражения, впервые описанное Иоганном Кеплером в начале XVII века и, казалось бы, прекрасно изученное, сегодня стало объектом пристального внимания.
А впервые эти эффекты исследовал русский физик Александр Александрович Эйхенвальд ровно более ста лет назад.
Полное отражение
– это явление отражения света от оптически менее плотной среды, при котором отсутствует преломление света, а интенсивность отраженного света почти равна интенсивности падающего.
ТЕОРИЯ
Поскольку свет переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то угол преломления в этом случае больше, чем угол падения а.
При увеличении угла падения лучей от источника на поверхность раздела двух сред наступит такой момент, когда преломлённый луч пойдёт вдоль границы раздела сред, то есть = 90°. Угол падения, соответствующий этому значению, называется предельным углом полного внутреннего отражения - а0.
Предельный угол полного отражения – угол падения, при котором свет не преломляется, а отражается и скользит вдоль раздела двух сред. Угол преломления = 90 °
Полное отражение используют в так называемой волоконной оптике для передачи света и изображения по пучкам прозрачных гибких волокон – световодов. Световод представляет собой стеклянное волокно цилиндрической формы, покрытое оболочкой из прозрачного материала с меньшим, чем у волокна, показателем преломления. За счет многократного полного отражения свет может быть направлен по любому (прямому или изогнутому) пути.
Волокна набираются в жгуты. При этом по каждому из волокон передается какой-нибудь элемент изображения. Жгуты из волокон используются, например, в медицине для исследования внутренних органов
По мере улучшения технологии изготовления длинных пучков волокон – световодов все шире начинает применяться связь (в том числе и телевизионная) с помощью световых лучей.
ПРАКТИКА
рассказывает о явлениях в природе, связанных с полным отражением света.
Полное внутреннее отражение можно наблюдать, если смотреть из-под воды на поверхность: при определенных углах на границе раздела наблюдается не внешняя часть, а видно зеркальное отражение объектов, которые находятся в воде.
2.Полным внутренним явлением объясняется явление миража. Мираж - оптическое явление в атмосфере: отражение света границей между резко разными по теплоте слоями воздуха. Для наблюдателя такое отражение заключается в том, что вместе с отдалённым объектом видно его мнимое изображение, смещенное относительно предмета.
3.Радуга. Чаще всего наблюдается первичная радуга, при которой свет претерпевает одно внутреннее отражение.. В первичной радуге красный цвет находится снаружи дуги, её угловой радиус составляет 40–42°.
4.Сложное оптическое явление в атмосфере, состоящее из нескольких форм миражей, при котором, отдалённые предметы видны многократно и с разнообразными искажениями. Фатаморгана возникает, когда в нижних слоях атмосферы образуется несколько чередующихся слоев воздуха различной плотности, способных давать зеркальные отражения. В результате отражения, а также преломления лучей реально существующие предметы дают на горизонте или над ним по нескольку искажённых изображений, частично налагающихся друг на друга и быстро меняющихся во времени, что и создаёт причудливую картину.
Чем объяснить “игру камней”? В ювелирном деле огранка камней подбирается так, что на каждой грани наблюдается полное отражение света.
перископ
бинокль
киноаппарат
Новые достижения
Вначале полное отражение представляло лишь любопытное явление. Сейчас оно постепенно приводит к революции.
За “новаторские достижения в области передачи света по волокнам для оптической связи” Нобелевская премии по физике 2009 года присуждена Чарльзу Као. Открытие Као, которое он сделал в 1966 году, проложило дорогу оптическим волокнам, которые используются сегодня в области телевидения и интернет - связи. Ему удалось разработать метод производства сверхчистого оптического волокна, благодаря чему световые сигналы стало возможным передавать без искажений на расстояние до 100 км, по сравнению всего лишь с десятками метров, что было пределом на тот момент.
Список литературы:
Презентация “Полное отражение света”.
Гордон Г.В. Геометрическая оптика. http://www.rusedu.ru/detail_6171.html
Борисов К. Оптиволоконные системы освещения. http://www.trikita.by/service6.html
Буховцев Б.Б., Мякишев Г.Я. Учебник по физике 11 класс. М.:Просвещение.2010
Вараксина Е. И. Полное внутреннее отражение света в жидкости. http://fiz.1september.ru/articles/2009/17/14 .
Касьянов В.А. Учебник по физике 11 класс. М.:Дрофа.2002
Латышевская Т. Ю., Новоселов К. С. Нанотехнологии для Волоконной Оптики. http://www.kabel-news.ru/
http://traditio.ru/wiki/ Внутреннее отражение
http://hghltd.yandex.net/. Полное отражение света
http://ru.wikipedia.org/wiki/Световод
http://images.google.ru . Миражи
http://school426-spb.by.ru . Фата-Моргана
http://www.genon.ru/GetAnswer. Фотографии
http://www.universal-fibre-optics.com/russian/applications.html .Оптико-волоконные системы освещения
http://www.ifmo.ru/faculty/5. Уникальный роботизированный комплекс
http://www.forc-photonics.ru/ru/production/volokonno-opticheskie_datchik/1/68/.Оптические приборы
http://optika8.narod.ru/Opiti.htm . Геометрическая оптика
http://canegor.urc.ac.ru/bezpriborov/63832896.html. Опыты, демонстрирующие полное внутреннее отражение света
http://www.nvtc.ee/e-oppe/Sidorova/objects . Применение полного внутреннего отражения света.
http://iuyt.ru/index.php?newsid=38. Светодизайн
http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/144040/ Фата-моргана