Полное отражение света 9 класс
Предмет: Физика
Преподаватель: Вангелий Виктория
Тема 1.13. Решение задач по теме: «Преломление света. Полное отражение».
Специфические компетенции
1. Выявление и описание физических явлений и их проявлений путем непосредственного наблюдения и анализа источников информации, проявляя интерес и внимание.
2. Исследование простых физических явлений путем наблюдения и экспериментов, проявляя настойчивость и точность.
3. Анализ и представление данных и информации о физических явлениях, законах, теориях и их техническом применении, проявляя критическое мышление.
4. Применение знаний и навыков в области физики при решении задач и проблемных ситуаций из повседневной жизни, проявляя усилие и творческое отношение.
Единицы компетенций
1.5. Применение законов отражения, преломления и полного отражения для решения задач и проблемных ситуаций.
Рекомендации: Проанализируйте теоретическое содержание урока по данной теме из учебника Физика для 9 класса и выполните следующие интерактивные задания.
Преломление света. Полное отражение
Преломление света – это изменение направления распространения света при его переходе из одной среды в другую.
Закон преломления света : лучи падающий, преломлённый и перпендикуляр, проведённый к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости. При этом отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред: sin α sin β = �� 21 = �� 2 �� 1 , где �� 21 – относительный показатель преломления двух сред .
При падении света из оптически более плотной среды в менее плотную и при угле падения, превышающем критический угол α к р , наблюдается полное отражение , при котором падающий луч полностью отражается, а преломлённого луча нет:
α к р = arcsin �� 2 �� 1 .
Полное отражение света
В этом видеоуроке мы с вами вспомним, в чём состоят явления отражения и преломления света. Познакомимся с явлением полного внутреннего отражения света. Выясним, при каких условиях возникает явление полного отражения. А также узнаем, где и как применяется данное явление.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.
Получите невероятные возможности
1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.
2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.
3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ
Конспект урока «Полное отражение света»
На прошлом уроке мы с вами показали, что если пучок света переходит из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную, то угол преломления меньше угла падения. А если наоборот свет переходит из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную, то угол преломления больше угла падения. При этом может наблюдаться один очень интересный эффект, о котором ещё писал древнеримский писатель Плиний Старший в своей «Естественной истории», составленной примерно в 77 г. н. э. В одной из книг он рассказывает о ловцах жемчуга, которые перед погружением в воду набирали в рот оливковое масло, а непосредственно уже под водой выпускали его. Растекавшаяся по поверхности моря масляная плёнка, показатель преломления которой больше, чем у воды, резко уменьшала яркость бликов и улучшала условия видимости.
Почему так происходит? Попробуем ответить на этот вопрос с помощью простого опыта. Укрепим в центре оптического диска стеклянный полуцилиндр с матовой задней поверхностью.
Направим узкий пучок света от осветителя так, чтобы он проходил через выпуклую поверхность (на ней свет не преломляется) и попадал в центр плоской грани прозрачного полуцилиндра. Мы видим, что луч света достигнув внутренней поверхности плоской грани, частично отражается от неё и частично преломляется. При этом отражение и преломление происходят в полном соответствии с законами отражения и преломления.
Будем раз за разом увеличивать угол падения светового луча. Мы видим, что по мере увеличения угла падения, угол преломления также увеличивается, оставаясь все время больше угла падения. При этом обратите внимание на то, что яркость (и, следовательно, энергия) отражённого пучка усиливается, в то время как яркость преломлённого пучка падает. Проще говоря, всё большая доля энергии падающего луча достаётся отражённому лучу и всё меньшая — преломлённому. Преломлённый луч становится всё тусклее и в какой-то момент исчезает совсем. Это исчезновение происходит при достижении угла падения, которому отвечает угол преломления в 90 о . В данной ситуации преломлённый луч должен был бы пойти параллельно плоской грани, то есть границе раздела двух сред. Но идти уже нечему — вся энергия падающего луча целиком досталась лучу отражённому.
Попробуем выяснить, куда направится преломлённый луч света, если угол падения увеличить ещё больше? Как видим, преломлённый пучок света исчез и весь свет отражается от границы раздела, то есть мы наблюдаем явление полного внутреннего отражение света.
Отражение света, падающего из оптически более плотной среды на границу с оптически менее плотной средой под углом падения, большим некоторого критического угла, называется полным внутренним отражением.
Угол, при котором возникает полное отражение, называется предельным углом полного отражения.
Он определяется из закона преломления при условии, что угол преломления светового луча равен 90°:
Примерами полного внутреннего отражения в природе являются эффекты миража, например иллюзия мокрой дороги при летней жаре или зеркальная гладь воды в пустыне. Они возникают из-за полного отражения между слоями воздуха с разной температурой.
Яркий блеск многих природных кристаллов, а в особенности — огранённых драгоценных и полудрагоценных камней также объясняется полным внутренним отражением.
Полное внутреннее отражение можно наблюдать и если смотреть из-под воды на поверхность: при определённых углах на границе раздела наблюдается не внешняя часть (то, что в воздухе), а видно зеркальное отражение объектов, которые находятся в воде.
Полное отражение можно наблюдать и в равнобедренной прямоугольной стеклянной призме, которая широко используется в перископах, биноклях и так далее. Рассмотрим ход лучей в такой призме.
Итак, пусть параллельный пучок света падает перпендикулярно боковой грани призмы катетов. Лучи, не испытывая преломления, попадают на основание призмы под углом 45 о . Но для стекла предельный угол равен 42 о . Поэтому на этой грани свет испытывает полное внутреннее отражение и выходит из призмы перпендикулярно нижней грани. Такая призма называется поворотной, так как она поворачивает пучок света на 90 о .
Теперь установим призму на одну из её вершин так, как это показано на экране, и направим на неё параллельный пучок света.
Внутри призмы свет испытывает уже двукратное полное отражение и пучок света после прохождения призмы поворачивается на 180 о . Поэтому это тоже поворотная призма.
Перевернём ещё раз призму и повторим операцию. Не трудно заметить, что при выходе из призмы лучи параллельны падающим.
Но теперь верхний падающий луч выходит из призмы ниже, а нижний — выше. В этом случае призма называется оборо́тной.
Несложное явление полного внутреннего отражения, впервые описанное Иоганном Кеплером в начале XVII века и, казалось бы, прекрасно изученное, сегодня стало объектом пристального внимания. Вначале полное отражение представляло лишь любопытное явление. Но со временем оно привело к революции в области передачи данных. В 1966 году открытие китайского учёного Чарльза Као, проложило дорогу оптическим волокнам, которые используются сегодня в области телевидения и интернет-связи.
Као 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.
За «новаторские достижения в области передачи света по волокнам для оптической связи» в 2009 году учёный был удостоен Нобелевской премии по физике.
Оптическое волокно представляет собой стеклянное волокно — световод —цилиндрической формы, покрытое оболочкой из прозрачного материала с меньшим, чем у волокна, показателем преломления.
Если в торец световода направить пучок света, то после многократного полного внутреннего отражения пучок выйдет с противоположной стороны практически без потерь энергии. Это произойдёт независимо от того, прямая это трубка или изогнутая. Волокна собираются в жгуты. При этом по каждому из волокон передаётся какой-нибудь элемент изображения.
Несущая частота при передаче сигнала световой волной в миллион раз превышает частоту радиосигнала, это значит, что количество информации, которое мы можем передать при помощи световой волны, в миллионы раз больше количества информации, передающейся радиоволнами. Волоконная оптика незаменима для быстрой и качественной передачи компьютерного сигнала, содержащего большой объём передаваемой информации. А в основе всего этого лежит такое простое и обычное явление, как преломление света.
Для закрепления материала решим с вами задачу. Определите предельный угол полного отражения на границе вещества со стеклом, показатель преломления которого равен 1,5, если известно, что на границе этого вещества с воздухом предельный угол полного отражения равен 35°.
Полное отражение света
Организационный момент.
Повторение
Новый материал.
Подведение итогов.
3 слайд «…Нам необыкновенно повезло, что мы живем в век, когда еще можно делать открытия»
Р. Фейнман
Законы геометрической оптики известны человеку давно. Однако по сей день они поражают нас своей законченностью. Обсудим эти законы…
4 слайд Свет трактуется как электромагнитная волна, законы распространения света- это общие законы, присущие любым видам волн.
Шар раскаленный золотой
Пришлет в пространство луч огромный
И длинный конус тени темной
В пространство бросит шар другой
(закон прямолинейного распространения света). Образование тени и полутени, солнечное и лунное затмение.
5 слайд Луч к земле распространился, попал на зеркало и отразился
(закон отражения),
получение изображений в зеркале.
При прохождении границы воздух- масло, воздух и стекло луч распространяется легко.
При этом его скорость изменяется, а сам он непременно преломляется (закон преломления).
6 слайд В качестве повторения предлагаю решить задачу.
Луч света падает из воды на границу раздела «вода- воздух» (из среды более оптически плотной в менее) под углами: 300, 450, 500. Найти углы преломления.
Дано:
n1= 1,33
n2= 1,00029 1
= 300
= 450
= 500
-?
Предложения: посчитать с большей точностью; учесть показатель преломления воздуха.
1) sin= 1,33х0,7070= 0,9400; = 420
2) sin= 1,33х0,5000= 0,6650; = 710
3) sin= 1,33х0,7660= 1,0188; sin 1!
7 слайд Итак, возникла проблемная ситуация! Наши предшествующие знания приводят к парадоксальным результатам. Для разрешения проблемы обратимся к опыту.
Рассмотрим ход лучей , направленных из воды в воздух
8 слайд полное отражение
Итак, закон преломления света позволяет объяснить интересное и практически важное явление —
9 слайд Всегда ли наблюдается явление полного отражения?
Это явление наблюдается только когда угол падения равен предельному углу полного отражения — 0. Это угол падения света на границу двух сред, при котором свет преломляется в оптически менее плотную среду под углом 900, т.е. фактически отражается!
a
0
90
0
10 слайд Предельные углы полного внутреннего отражения на границе с воздухом
11 слайд Использовоние и применение.
Оборотные призмы
Световоды
(оптические приборы)
(волоконная оптика)
13 слайд Полное отражение света показывает какие богатые возможности для объяснения явлений распространения света заключается в законах преломления и отражения света. Сейчас это явление постепенно приводит к революции в способах передачи информации.
Гюйгенс Христиан
(1629 – 1695г) основоположник волновой оптики.
14 слайд Презентация Кузнецовой Ирины Валериевны
Учитель физики
МОУ СОШ №2
г. Омутнинск
Желаю успехов!
Приятного просмотра!