Практическое занятие №2.
Правило знаков в оптике. Основные законы распространения света
2.4. Задачи на эффект полного внутреннего отражения
2.4.1. Эффект полного внутреннего отражения как частный случай закона преломления
По соотношениям закона преломления несложно установить: Угол полного внутреннего отражения — это угол, при падении под которым луч пойдет вдоль границы раздела двух сред, теоретически даже не проникая ни в одну из них.
Получается, что угол выхода = 90, синус =1. По соотношениям для закона преломления несложно установить:
Угол полного внутреннего отражения:
Легко догадаться, что полное внутреннее отражение может происходить только для перехода из среды более плотной в менее плотную. Иначе получится синус больше 1 (а это невозможно). Например, задача:
Задача 1.
Определить угол полного внутреннего отражения на границе раздела сред стекло-воздух.
Решение:
воздух; ; — угол полного внутреннего отражения.
Ответ: Полное внутреннее отражение будет наступать при углах, больших чем .
При превышении угла полного внутреннего отражения , как видно из рисунка, производится отражение луча от границы раздела по закону отражения.
Задача 2.
Показатель преломления первой среды n 1 =2. Синус угла ПВО =0.71. Определить показатель преломления второй среды.
$F 1.42 % 5
Решение:
По сотношениям для угла ПВО:
n 2 =sin ε ПВО ·n 1
Таким образом, n 2 =0.71·2=1.42
Ответ: Показатель преломления второй среды n 2 =1.42
2.4.2. Применение явления ПВО
Явление полного внутреннего отражения используется в оптике: в волоконной оптике, в призмах для подсветки штрихов и перекрестий и т.д.
a) Световод
Для передачи света или изображения по волокну используется световод:
Свет запускается в жилу световода под углом, большим угла ПВО, и таким образом, многократно отражаясь от стен, свет доходит до конца световода.
б) Призмы
Отражение от граней в призмах.
ПРИЗМА ОПТИЧЕСКАЯ — призма из прозрачного вещества (стекол, кварца, флюорита, LiF, NaCl, KBr, Csl и др.) Различают спектральные (дисперсионные) призмы, которые используют для изучения явлений, связанных с дисперсией света, и применяют в спектральных приборах; отражательные призмы, применяющиеся в оптических системах для изменения направления лучей; поляризационные призмы.
Если расчет показывает, что угол падения луча на отражающую грань больше угла полного внутреннего отражения, это означает, что на данную грань отражающее покрытие наносить не нужно. Например:
Не следует на отражающую грань наносить отражающее покрытие.
Законы отражения и преломления имеют очень важное значение в геометрической оптике, т.к. последовательное их применение к поверхностям оптической системы позволяет производить расчет хода луча, т.е. определять координаты луча.
Полное внутреннее отражение может наблюдаться при переходе
Описание:
В мензурку налита вода. Лазерный луч падающий перпендикулярно поверхности выглядит как прямая линия. Но если мы будем светить на внутреннюю поверхность мензурки лазерным лучом, то заметим, что луч отражается от внутренней поверхности и не выходит наружу.
Тот же эффект наблюдается и при использовании световода или стекловолокна. Мы взяли световод – тонкая как волос стеклянная нить в пластиковой оболочке – и пропустили по нему лазерный луч.
Как бы ни была искривлена леска световода (в нашем случае завернута кольцами), луч лазера не вырывается наружу, а многократно отражается внутри, пока не выходит с противоположного конца.
Объяснение:
Такое явление в физике называется полным внутренним отражением света.
Полное внутреннее отражение наблюдается при переходе света из среды оптически более плотной в оптически менее плотную среду (например, из воды в воздух) и под определенным углом падения лучей.
Явление полного отражения можно наблюдать на таком примере. Если налить в стакан воду и поднять её выше уровня глаз, то поверхность воды при рассмотрении её снизу кажется посеребрённой вследствие полного отражения света. Поверхность воды снизу непрозрачна, потому что полностью отражает свет назад.
Где это используется:
Эффектом полного отражения света вы пользуетесь прямо сейчас, читая данные строки на нашем интернет ресурсе. Потому как этот эффект используется в телефонных линиях и Интернет-линиях. Сегодня они делаются из оптоволоконного кабеля.
Такой кабель состоит из стеклянных нитей толщиной с волосок, по нему с помощью лазерных лучей можно передавать одновременно до шести миллионов телефонных разговоров. Оболочка кабеля отражает лучи, и свет не может выйти наружу, его постоянно отбрасывает внутрь. По стекловолокну лучи можно передавать на расстояние до 100 км, и на другом конце они будут достаточно яркими.
физика. При каком условии наблюдается явление полного отражения?
Полное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. Коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит от длины волны.
Полное отражение, это прохождение света из среды оптически более плотной в среду менее плотную . При этом может наблюдаться явление, при котором луч, падающий на границу раздела двух сред, полностью отражается, не проникая во вторую среду. Это явление называется полным отражением.
Угол падения, при котором преломленный луч идет по границе раздела двух сред (угол преломления равен 90 °), называется предельным углом полного отражения:
Sin a/sin 90 = N1/N2
Остальные ответы
Явление полного отражения происходит на границе раздела двух прозрачных сред при переходе луча света из более плотной оптической среды в менее плотную, при условии что угол падения больше предельного угла полного отражения.
Полное внутреннее отражение может наблюдаться при переходе
Цифровой ресурс может использоваться для обучения в рамках программы основной и средней школы (базового уровня).
Модель представляет собой анимированную демонстрацию явления полного отражения. Рассматривается система вода–вакуум. Прорисовывается ход лучей, идущих под разными углами от источника света, расположенного в воде.
Краткая теория
Закон преломления света : падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред:
Постоянную величину называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления . При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную (например, из воды в воздух) можно наблюдать явление полного отражения , то есть исчезновение преломленного луча. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол αпр, который называется предельным углом полного отражения света (см. рис. 1).
Для угла падения ; значение . Если второй средой является вакуум (), то формулу удобно переписать в виде:
где – абсолютный показатель преломления первой среды.
Работа с моделью
Кнопка Старт/Стоп позволяет начать или поставить на паузу эксперимент, кнопка Сброс – начать новый эксперимент.
Рекомендации по применению модели
Данная модель может быть применена в качестве иллюстрации на уроках изучения нового материала в 11 классе по теме «Явление полного отражения света». На примере этой модели можно рассмотреть с учащимися условие полного отражения света.
Пример планирования урока с использованием модели
Тема «Явление полного отражения света»
Цель урока: рассмотреть явление полного отражения света, определить, при каком условии это явление возможно.
| № п/п |
Этапы урока | Время, мин |
Приемы и методы |
| 1 | Организационный момент | 2 | |
| 2 | Проверка домашнего задания по теме «Закон преломления света» | 10 | Индивидуальный опрос |
| 3 | Объяснение нового материала по теме «Явление полного внутреннего отражения» | 20 | Объяснение нового материала с использованием модели «Полное внутреннее отражение» |
| 4 | Решение задач по теме «Полное внутреннее отражение» | 10 | Решение задач на доске |
| 5 | Объяснение домашнего задания | 3 |
Примеры вопросов и заданий
- Показатели преломления воды, стекла и алмаза относительно воздуха равны 1,33, 1,5, 2,42 соответственно. В каком из этих веществ предельный угол полного отражения имеет минимальное значение?
- Оптические волоконные световоды иногда выполняют в виде жгута из тонких длинных нитей из прозрачного материала. Предполагая показатель преломления равным , определите, под каким максимальным углом к оси световода может падать световой луч на торец, чтобы он мог пройти световод без ослабления.
- Какое выражение определяет предельный угол полного отражения для луча света, идущего из среды с абсолютным показателем преломления 1 в среду с абсолютным показателем преломления 2?