Явление полного внутреннего отражения света и его применение — в помощь студенту

Слайд 1Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студентуОписание слайда:

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Использование полного внутреннего отражения

Слайд 2Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студентуОписание слайда:

Полное внутреннее отражение Явление отражения света от оптически менее плотной среды, при котором преломление отсутствует, а интенсивность отраженного света практически равна интенсивности падающего, называют явлением полного внутреннего отражения.. Явление полного отражения можно наблюдать на 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.

Слайд 3Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студентуОписание слайда:

История полного внутреннего отражения Впервые явление полного внутреннего отражения света описал в начале XVII века немецкий астроном Иоганн Кеплер.

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  История развития органов местного самоуправления в россии - в помощь студенту

Оценим за полчаса!

В начале ХХ века русский физик Александр Эйхенвальд выяснил вопрос о природе полного внутреннего отражения света, а также, что эффекты, возникающие вследствие этого явления, позволяют делать предметы невидимыми.

В середине ХХ века китайский, британский и американский инженер-физик Чарльз Као сделал открытие, которое проложило дорогу оптическим волокнам, использующимся сегодня для телевидения и интернет-связи.

Ему удалось разработать метод производства сверхчистого оптического волокна, благодаря чему сигналы стало возможным передавать без искажений на расстояние до 100 км! За «новаторские достижения в области передачи света по волокнам для оптической связи» в 2009 году ему присуждена Нобелевская премия по физике.

Слайд 4Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студентуОписание слайда:

Значение явления

Слайд 5Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студентуОписание слайда:

СХЕМА БИНОКЛЯ

Слайд 6Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студентуСлайд 7Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студентуСлайд 8Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студентуОписание слайда:

Волоконно – оптические линии связи ( ВОЛС )

Слайд 9Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студентуОписание слайда:

Оптико – волоконный кабель

Слайд 10Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студентуОписание слайда:

Преимущества ВОЛС Волоконно-оптические линии обладают рядом преимуществ перед проводными (медными) и радиорелейными системами связи: Малое затухание сигнала позволяет передавать информацию на значительно большее расстояние без использования усилителей.

Высокая пропускная способность оптического волокна позволяет передавать информацию на высокой скорости, недостижимой для других систем связи. Высокая надёжность оптической среды: оптические волокна не окисляются, не намокают, не подвержены слабому электромагнитному воздействию.

Информационная безопасность — информация по оптическому волокну передаётся «из точки в точку». Подключиться к волокну и считать передаваемую информацию, не повредив его, невозможно. Высокая защищённость от межволоконных влияний . Излучение в одном волокне совершенно не влияет на сигнал в соседнем волокне.

Пожаро- и взрывобезопасность при измерении физических и химических параметров Малые габариты и масса Недостатки ВОЛС Относительная хрупкость оптического волокна. При сильном изгибании кабеля возможна поломка волокон или их замутнение из-за возникновения микротрещин.

Сложная технология изготовления как самого волокна, так и компонентов ВОЛС. Сложность преобразования сигнала Относительная дороговизна оптического оконечного оборудования Замутнение волокна с течением времени вследствие старения.

Слайд 11Описание слайда:

Оптико – волоконные светильники

Слайд 12Описание слайда:

Для исследования внутренних органов человека ( эндоскопы ) Эндоскоп (от греч. ένδον — внутри и греч. σκοπέω — осмотр) — группа оптических приборов различного назначения. Различают медицинские и технические эндоскопы.

Технические эндоскопы используются для осмотра труднодоступных полостей машин и оборудования при техническом обслуживании и оценке работоспособности (лопатки турбин, цилиндры двигателей внутреннего сгорания, оценка состояния трубопроводов и т. д.

), кроме того, технические эндоскопы используются в системах безопасности для досмотра скрытых полостей (в том числе для досмотра бензобаков на таможне) Медицинские эндоскопы используются в медицине для исследования и лечения полых внутренних органов человека (пищевод, желудок, бронхи, мочеиспускательный канал, мочевой пузырь, женские репродуктивные органы, почки, органы слуха), а также брюшной и других полостей тела

Слайд 13Описание слайда:

ФГС ЖЕЛУДКА И 12-ПЁРСТНОЙ КИШКИ

Слайд 14Слайд 15Слайд 16Слайд 17Описание слайда:

Полное внутреннее отражение в природе

Слайд 18Слайд 19Слайд 20Слайд 21Слайд 22Слайд 23Слайд 24Слайд 25Слайд 26Слайд 27Описание слайда:

Спасибо за внимание! ^___________^

Источник: https://myslide.ru/presentation/skachat-ispolzovanie-polnogo-vnutrennego-otrazheniya

Полное отражение

Полное отражение
Если свет падает из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то при определенном для каждой среды угле падения, преломленный луч исчезает. Наблюдается только отражение. Это явление называется полным внутренним отражением. Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студенту
Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студенту
Угол падения, которому соответствует угол преломления 90°, называют предельным углом полного внутреннего отражения (α0).
Из закона преломления следует, что при переходе света из какой-либо среды в вакуум (или воздух)

Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студенту

Предельный угол α0 для сред стекло — воздух  α0=420
Явление полного отражения света используется в призмах, в волоконной оптике (световодах), в водолазном деле, в ювелирной промышленности. Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студенту
Световод — стеклянное волокно цилиндрической формы, покрытое оболочкой из прозрачного материала с показателем преломления меньше чем у волокна. За счет многократного полного отражения свет может быть направлен по изогнутому пути. Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студенту
Поворотные и оборачивающие призмы применяют в перископах, биноклях, киноаппаратах, а также часто вместо зеркал. Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студенту
Если мы пытаемся из-под воды взглянуть на то, что находится в воздухе, то при определенном значении угла, под которым мы смотрим, можно увидеть отраженное от поверхности воды дно. Это важно учитывать для того, чтобы не потерять ориентировку.
В ювелирном деле огранка камней подбирается так, чтобы на каждой грани наблюдалось полное отражение. Этим и объясняется «игра камней».
Полным внутренним отражением объясняется и явление миража. Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студенту

Источник: https://www.eduspb.com/node/1803

Закон преломления света. Полное внутреннее отражение — урок. Физика, 8 класс

В (1621) году голландский математик Виллеброрд Снеллиус опытным путём открыл и сформулировал закон преломления света. Он отметил, что при изменении угла падения угол преломления изменяется так, что постоянным остаётся соотношение синусов этих углов.

Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студенту

Закон преломления света (закон Снеллиуса)

  1. Падающий и преломлённый лучи и перпендикуляр, проведённый к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
  2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред, равная относительному показателю преломления: 

Явление полного внутреннего отражения

Рассмотрим луч света, который переходит из среды с большим показателем преломления в вещество с меньшим абсолютным показателем преломления (например, из воды в воздух).

В этом случае угол преломления луча больше, чем угол падения. Если увеличивать угол падения, то при некотором предельном угле αпр угол преломления становится равным (90)°. При дальнейшем увеличении угла падения луч полностью отражается от границы раздела и не переходит в другую среду. Это явление называется явлением полного внутреннего отражения.

  • Запишем закон преломления света для αпр:
  • sinαпрsin90=n21.
  • Так как sinαпр=n21, то

Обрати внимание!

Явление полного внутреннего отражения наблюдается только при переходе светового луча из среды с большим абсолютным показателем преломления в среду с меньшим абсолютным показателем преломления вещества, а также при угле падения большем или равным углу αпр.

Явление полного внутреннего отражения используется в волоконной оптике — для передачи световых сигналов на большие расстояния. Использование обычного зеркального отражения не дает желаемого результата, так как даже зеркало самого высокого качества (посеребрённое) поглощает часть световой энергии. И при многократном отражении энергия света стремится к нулю.

  1. (1) — защитная оболочка
  2. (2) — оболочка (с меньшим показателем преломления)
  3. (3) — сердцевина (с большим показателем преломления)

Оптическое волокно состоит из внутренней сердцевины, окружающей ее оболочки и дополнительного защитного покрытия (защитной оболочки). Сердцевина — светопередающая часть волокна из стекла или пластика. Чем больше диаметр сердцевины, тем большее количество света может быть передано по волокну.

Оболочка обеспечивает переотражение света в сердцевину волокна таким образом, чтобы световые волны распространялись только по сердцевине волокна. При входе в световод падающий луч направляется под углом больше предельного, что обеспечивает отражение луча без потери энергии.

Волоконные световоды с успехом применяют в медицине. Например, световод вводят в желудок или в область сердца для освещения или наблюдения тех или иных участков внутренних органов.

Использование световодов позволяет исследовать внутренние органы без введения лампочки, то есть исключая возможность перегрева.

Источник: https://www.yaklass.ru/p/fizika/8-klass/svetovye-iavleniia-131515/prelomlenie-sveta-161123/re-4b28ed23-7b7a-475d-bb7c-c88aad9d539e

Преломление света

  • Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев
  • Темы кодификатора ЕГЭ: закон преломления света, полное внутреннее отражение.
  • На границе раздела двух прозрачных сред наряду с отражением света наблюдается его преломление — свет, переходя в другую среду, меняет направление своего распространения.

Преломление светового луча происходит при его наклонном падении на поверхность раздела (правда, не всегда — читайте дальше про полное внутреннее отражение).

Если же луч падает перпендикулярно поверхности, то преломления не будет — во второй среде луч сохранит своё направление и также пойдёт перпендикулярно поверхности.

Закон преломления (частный случай)

Мы начнём с частного случая, когда одна из сред является воздухом. Именно такая ситуация присутствует в подавляющем большинстве задач. Мы обсудим соответствующий частный случай закона преломления, а уж затем дадим самую общую его формулировку.

Предположим, что луч света, идущий в воздухе, наклонно падает на поверхность стекла, воды или какой-либо другой прозрачной среды. При переходе в среду луч преломляется, и его дальнейший ход показан на рис. 1.

Явление полного внутреннего отражения света и его применение - в помощь студенту
Рис. 1. Преломление луча на границе «воздух–среда»

В точке падения проведён перпендикуляр (или, как ещё говорят, нормаль) к поверхности среды. Луч , как и раньше, называется падающим лучом, а угол между падающим лучом и нормалью — углом падения. Луч — это преломлённый луч; угол между преломлённым лучом и нормалью к поверхности называется углом преломления.

Всякая прозрачная среда характеризуется величиной , которая называется показателем преломления этой среды. Показатели преломления различных сред можно найти в таблицах. Например, для стекла , а для воды . Вообще, у любой среды ; показатель преломления равен единице только в вакууме. У воздуха , поэтому для воздуха с достаточной точностью можно полагать в задачах (в оптике воздух не сильно отличается от вакуума).

  1. Закон преломления (переход «воздух–среда»).
  2. 1) Падающий луч, преломлённый луч и нормаль к поверхности, проведённая в точке падения, лежат в одной плоскости.
    2) Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно показателю преломления среды:
  3. . (1)

Поскольку из соотношения (1) следует, что , то есть — угол преломления меньше угла падения. Запоминаем: переходя из воздуха в среду, луч после преломления идёт ближе к нормали.

Показатель преломления непосредственно связан со скоростью распространения света в данной среде. Эта скорость всегда меньше скорости света в вакууме: . И вот оказывается,что

. (2)

Почему так получается, мы с вами поймём при изучении волновой оптики. А пока скомбинируем формулы . (1) и (2):

. (3)

Так как показатель преломления воздуха очень близок единице, мы можем считать, что скорость света в воздухе примерно равна скорости света в вакууме . Приняв это во внимание и глядя на формулу . (3), делаем вывод: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скорости света в воздухе к скорости света в среде.

Обратимость световых лучей

Теперь рассмотрим обратный ход луча: его преломление при переходе из среды в воздух. Здесь нам окажет помощь следующий полезный принцип.

Читайте также:  Плоскостные сигма-орбитали малых циклов - в помощь студенту

Принцип обратимости световых лучей. Траектория луча не зависит от того, в прямом или обратном направлении распространяется луч. Двигаясь в обратном направлении, луч пойдёт в точности по тому же пути, что и в прямом направлении.

Согласно принципу обратимости, при переходе из среды в воздух луч пойдёт по той же самой траектории, что и при соответствующем переходе из воздуха в среду (рис. 2) Единственное отличие рис. 2 от рис. 1 состоит в том, что направление луча поменялось на противоположное.

Рис. 2. Преломление луча на границе «среда–воздух»

Раз геометрическая картинка не изменилась, той же самой останется и формула (1): отношение синуса угла к синусу угла по-прежнему равно показателю преломления среды. Правда, теперь углы поменялись ролями: угол стал углом падения, а угол — углом преломления.

В любом случае, как бы ни шёл луч — из воздуха в среду или из среды в воздух — работает следующее простое правило. Берём два угла — угол падения и угол преломления; отношение синуса большего угла к синусу меньшего угла равно показателю преломления среды.

Теперь мы целиком подготовлены для того, чтобы обсудить закон преломления в самом общем случае.

Закон преломления (общий случай)

Пусть свет переходит из среды 1 с показателем преломления в среду 2 с показателем преломления . Среда с большим показателем преломления называется оптически более плотной; соответственно, среда с меньшим показателем преломления называется оптически менее плотной.

Переходя из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, световой луч после преломления идёт ближе к нормали (рис. 3). В этом случае угол падения больше угла преломления: .

Рис. 3.

Наоборот, переходя из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, луч отклоняется дальше от нормали (рис. 4). Здесь угол падения меньше угла преломления:

Рис. 4.

Оказывается, оба этих случая охватываются одной формулой — общим законом преломления, справедливым для любых двух прозрачных сред.

Закон преломления.
1) Падающий луч, преломлённый луч и нормаль к поверхности раздела сред, проведённая в точке падения, лежат в одной плоскости.

  • 2) Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению показателя преломления второй среды к показателю преломления первой среды:
  • . (4)

Нетрудно видеть, что сформулированный ранее закон преломления для перехода «воздух–среда» является частным случаем данного закона. В самом деле, полагая в формуле (4) , мы придём к формуле (1).

Вспомним теперь, что показатель преломления — это отношение скорости света в вакууме к скорости света в данной среде: . Подставляя это в (4), получим:

. (5)

Формула (5) естественным образом обобщает формулу (3). Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде.

Полное внутреннее отражение

При переходе световых лучей из оптически более плотной среды в оптически менее плотную наблюдается интересное явление — полное внутреннее отражение. Давайте разберёмся, что это такое.

Будем считать для определённости, что свет идёт из воды в воздух. Предположим, что в глубине водоёма находится точечный источник света , испускающий лучи во все стороны. Мы рассмотрим некоторые из этих лучей (рис. 5).

Рис. 5. Полное внутреннее отражение

Луч падает на поверхность воды под наименьшим углом. Этот луч частично преломляется (луч ) и частично отражается назад в воду (луч ). Таким образом, часть энергии падающего луча передаётся преломлённому лучу, а оставшаяся часть энергии -отражённому лучу.

Угол падения луча больше. Этот луч также разделяется на два луча — преломлённый и отражённый. Но энергия исходного луча распределяется между ними по-другому: преломлённый луч будет тусклее, чем луч (то есть получит меньшую долю энергии), а отражённый луч — соответственно ярче, чем луч (он получит большую долю энергии).

По мере увеличения угла падения прослеживается та же закономерность: всё большая доля энергии падающего луча достаётся отражённому лучу, и всё меньшая — преломлённому лучу. Преломлённый луч становится всё тусклее и тусклее, и в какой-то момент исчезает совсем!

Это исчезновение происходит при достижении угла падения , которому отвечает угол преломления . В данной ситуации преломлённый луч должен был бы пойти параллельно поверхности воды, да идти уже нечему — вся энергия падающего луча целиком досталась отражённому лучу .

При дальнейшем увеличении угла падения преломлённый луч и подавно будет отсутствовать.

Описанное явление и есть полное внутреннее отражение. Вода не выпускает наружу лучи с углами падения, равными или превышающими некоторое значение — все такие лучи целиком отражаются назад в воду. Угол называется предельным углом полного отражения.

  1. Величину легко найти из закона преломления. Имеем:
  2. .
  3. Но , поэтому
  4. ,
  5. откуда
  6. .
  7. Так, для воды предельный угол полного отражения равен:
  8. .

Явление полного внутреннего отражения вы легко можете наблюдать дома. Налейте воду в стакан, поднимите его и смотрите на поверхность воды чуть снизу сквозь стенку стакана. Вы увидите серебристый блеск поверхности — вследствие полного внутреннего отражения она ведёт себя подобно зеркалу.

Важнейшим техническим применением полного внутреннего отражения является волоконная оптика.

Световые лучи, запущенные внутрь оптоволоконного кабеля (световода) почти параллельно его оси, падают на поверхность под большими углами и целиком, без потери энергии отражаются назад внутрь кабеля.

Многократно отражаясь, лучи идут всё дальше и дальше, перенося энергию на значительное расстояние. Волоконно-оптическая связь применяется, например, в сетях кабельного телевидения и высокоскоростного доступа в Интернет.

Источник: https://ege-study.ru/ru/ege/materialy/fizika/prelomlenie-sveta/

Закон преломления света и полное внутреннее отражение — Всё для чайников

Подробности Категория: Оптика

Закон преломления света

Наблюдение преломления света.На границе двух сред свет меняет направление своего распространения. Часть световой энергии возвращается в первую среду, т. е. происходит отражение света. Если вторая среда прозрачна, то свет частично может пройти через границу сред, также меняя при этом, как правило, направление распространения. Это явление называется преломлением света.

Вследствие преломления наблюдается кажущееся изменение формы предметов, их расположения и размеров. В этом нас могут убедить простые наблюдения. Положим на дно пустого непрозрачного стакана монету или другой небольшой предмет.

Подвинем стакан так, чтобы центр монеты, край стакана и глаз находились на одной прямой. Не меняя положения головы, будем наливать в стакан воду. По мере повышения уровня воды дно стакана с монетой как бы приподнимается.

Монета, которая ранее была видна лишь частично, теперь будет видна полностью. Установим наклонно карандаш в сосуде с водой.

Если посмотреть на сосуд сбоку, то можно заметить, что часть карандаша, находящаяся в воде, кажется сдвинутой в сторону (рис. 96).Эти явления объясняются изменением направления лучей на границе двух сред — преломлением света.

Закон преломления света определяет взаимное расположение падающего луча АВ (рис. 97), преломленного DB и перпендикуляра СЕ к поверхности раздела сред, восставленного в точке падения. Угол а называется углом падения, а угол β— углом преломления.

Вывод закона преломления света. Закон преломления света был установлен опытным путем в XVII веке. Мы его выведем с помощью принципа Гюйгенса.

Преломление света при переходе из одной среды в другую вызвано различием в скоростях распространения света в той и другой среде. Обозначим скорость волны в первой среде через v1, а во второй — через v2.

Пусть на плоскую границу раздела двух сред (например, из воздуха в воду) падает плоская световая волна (рис. 99). Волновая поверхность АС перпендикулярна лучам А1А и В1В. Поверхности MN сначала достигнет луч А1А. Луч В1В достигнет поверхности спустя время

Поэтому в момент, когда вторичная волна в точке В только начнет возбуждаться, волна от точки А уже имеет вид полусферы радиусом

Волновую поверхность преломленной волны можно получить, проведя поверхность, касательную ко всем вторичным волнам во второй среде, центры которых лежат на границе раздела сред. В данном случае это плоскость BD. Она является огибающей вторичных волн.

Угол падения α луча равен углу САВ в треугольнике АВС (стороны одного из этих углов перпендикулярны сторонам другого). Следовательно,

Угол преломления β равен углу ABD треугольника ABD. Поэтому

Разделив почленно (5.2) на (5.3), получим

где n — постоянная величина, не зависящая от угла падения.Из построения (рис. 99) видно, что падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости. Данное утверждение совместно с уравнением (5.

4), согласно которому отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред, представляет собой закон преломления света.

Убедиться в справедливости закона преломления можно экспериментально, измеряя углы падения и преломления и вычисляя отношение их синусов при различных углах падения. Это отношение остается неизменным.Показатель преломления.

Постоянная величина, входящая в закон преломления света, называется относительным показателем преломления или показателем преломления второй среды относительно первой.

Из принципа Гюйгенса не только следует закон преломления, но с помощью этого принципа раскрывается физический смысл показателя преломления. Он равен отношению скоростей света в средах, на границе между которыми происходит преломление:

Если угол преломления β меньше угла падения а, то согласно (5.4) скорость света во второй среде меньше, чем в первой.Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления этой среды. Он равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления при переходе светового луча из вакуума в данную среду.

Пользуясь формулой (5.5), можно выразить относительный показатель преломления через абсолютные показатели преломления n1 и n2 первой и второй сред.

Действительно, так как n1=c/v1 и n2=c/v2 , где с — скорость света в вакууме, то

Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее плотной средой.Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, т. е. от температуры вещества, его плотности, наличия в нем упругих напряжений.

Показатель преломления зависит также и от характеристик самого света. Для красного света он меньше, чем для зеленого, а для зеленого — меньше, чем для фиолетового.Поэтому в таблицах значений показателей преломления для разных веществ обычно указывается, для какого света приведено данное значение n и в каком состоянии находится среда.

Если таких указаний нет, то это означает, что зависимостью от указанных факторов можно пренебречь.

В большинстве случаев приходится рассматривать переход света через границу воздух — твердое тело или воздух — жидкость, а не через границу вакуум — среда.

Однако абсолютный показатель преломления n2 твердого или жидкого вещества отличается от показателя преломления того же вещества относительно воздуха незначительно.

Так, абсолютный показатель преломления воздуха при нормальных условиях для желтого света равен приблизительно n1≈1,000292. Следовательно,

Значения показателей преломления для некоторых веществ относительно воздуха приведены в таблице 2 (данные относятся к желтому свету).Ход лучей в треугольной призме.

Закон преломления света позволяет рассчитать ход лучей в различных оптических устройствах, например в треугольной призме, изготовленной из стекла или других прозрачных материалов.

На рисунке 100 изображено сечение стеклянной призмы плоскостью, перпендикулярной ее боковым ребрам. Луч в призме отклоняется к основанию, преломляясь на гранях ОА и ОВ.

Угол φ между этими гранями называют преломляющим углом призмы. Угол 0 отклонения луча зависит от преломляющего угла призмы ф, показателя преломления n материала призмы и угла падения а.

Он может быть вычислен с помощью закона преломления (5.4).

Полное отражение

 При прохождении света из оптически менее плотной среды в более плотную, например из воздуха в стекло или воду, v1 и v2 согласно закону преломления (5.4) показатель преломления    1. Поэтому а>β (рис. 101, а):

преломленный луч приближается к перпендикуляру к границе раздела сред. Если направить луч света в обратном направлении — из оптически более плотной среды в оптически менее плотную вдоль бывшего преломленного луча (рис. 101, б), то закон преломления запишется так:

Преломленный луч по выходе из оптически более плотной среды пойдет по линии бывшего падающего луча, поэтому аао.

При падении света на границу двух сред световой луч, как об этом уже упоминалось, частично преломляется, а частично отражается от нее. При а>a0 преломление света невозможно.

Значит, луч должен полностью отразиться. Это явление и называется полным отражением света.

Для наблюдения полного отражения можно использовать стеклянный полуцилиндр с матовой задней поверхностью. Полуцилиндр закрепляют на диске так, чтобы середина плоской поверхности полуцилиндра совпадала с центром диска (рис. 103).

Узкий пучок света от осветителя направляют снизу на боковую поверхность полуцилиндра перпендикулярно его поверхности. На этой поверхности луч не преломляется. На плоской поверхности луч частично преломляется и частично отражается.

Отражение происходит в соответствии с законом отражения, а преломление — в соответствии с законом преломления (5.4).

Если увеличивать угол падения, то можно заметить, что яркость (и следовательно, энергия) отраженного пучка растет, в то время как яркость (энергия) преломленного пучка падает. Особенно быстро убывает энергия преломленного пучка, когда угол преломления приближается к 90°.

Наконец, когда угол падения становится таким, что преломленный пучок идет вдоль границы раздела (см. рис. 102), доля отраженной энергии составляет почти 100%. Повернем осветитель, сделав угол падения а большим ао. Мы увидим, что преломленный пучок исчез и весь свет отражается от границы раздела, т. е.

происходит полное отражение света.

На рисунке 104 изображен пучок лучей от источника, помещенного в воде недалеко от ее поверхности. Большая интенсивность света показана большей толщиной линии, изображающей соответствующий луч.

  • Угол падения ао, соответствующий углу преломления 90°, называют предельным углом полного  отражения
  • При sin β= 1 формула (5.8) при нимает вид

Из этого равенства и может быть найдено значение предельного угла полного отражения ао. Для воды (n = 1,33) он оказывается равным 48°35', для стекла (n =1,5) он принимает значение 41°51', а для алмаза  (n— 2,42) этот угол составляет 24°40'. Во всех случаях второй средой является воздух.

Явление полного отражения легко наблюдать на простом опыте. Нальем в стакан воду и поднимем его несколько выше уровня глаз. Поверхность воды при рассматривании ее снизу сквозь стенку кажется блестящей, словно посеребренной вследствие полного отражения света.

Читайте также:  Трудовые споры - в помощь студенту

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 (рис. 105). Волокна набираются в жгуты.

При этом по каждому из волокон передается какой-нибудь элемент изображения (рис. 106). 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.

Трехсантиметровые волны: закон отражения (металл)           

Полное внутреннее отражение            

Искривление луча в неоднородной среде            

Модель световода             

Куб и призма на пути трехсантиметровой волны              

Трехсантиметровые волны: закон отражения (диэлектрик)              

Трехсантиметровые волны: интерференция при отражении (просветление)             

Трехсантиметровые волны: диэлектрическая линза             

Трехсантиметровые волны: диэлектрическая призма             

Решётка — зеркало для трёхсантиметровых волн              

Дециметровые волны: «хорошее» и «плохое» зеркала             

Источник: https://forkettle.ru/vidioteka/estestvoznanie/fizika-dlya-chajnikov/41-optika/1371-polnoe-vnutrennee-otrazhenie

Применение полного отражения света. подготовили

1 Применение полного отражения света. подготовили: Добрынюк Александра Полуновский Сергей Ученики 11-2 класса МАОУ СОШ 33 Учитель физики: Махно Е.С.

2 Что такое отраженнии? Вну́трении отражен́нии явлении отраженния электромагнитных или звуковых волн от границы раздела двух сред при условии, что волна падает из среды, где скорость её распространения меньше (в случае световых лучей это соответствует по́льшему показателю преломления). Неполное внутрении отраженнии внутрении отраженнии, при условии, что угол падения меньше критического угла. В этом случае луч раздваивается на преломлённый и отражённый. Полное внутрении отраженнии внутрении отраженнии, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значении коэффициента отраженния превосходит его самые польшие значения для полированных поверхностей. Коэффициент отраженния при полном внутреннем отраженнии не зависит от длины волны.

3 Полным внутреннем отраженниим объясняется блеск капель росы на солнечном свете, светящиеся фонтаны, блеск («игра») бриллиантов, хрусталя, блеск пузырьков воздуха в воде, образовании радуги, миражей.

4 Полное внутрении отраженнии в природе, технике и медицине. Фата-моргана, эффекты мираж, например иллюзия мокрой дороги при летней жаре. Здесь отраженния возникают из-за полного отраженния между слоями воздуха с разной температурой.

5 Полное внутрении отраженнии можно наблюдать, если смотреть из-под воды на поверхность: при определенных углах на границе раздела наблюдается не внешняя часть (то, что в воздухе), а видно зеркальное отраженнии объектов, которые находятся в воде.

6 Яркий блеск многих природных кристаллов, а в особенности огранённых драгоценных и полудрагоценных камней объясняется полным внутренним отраженниим, в результате которого каждый вошедший в кристалл луч образует польшое количество достаточно ярких вышедших лучей, окрашенных в результате дисперсии.

7 Эффект полного внутреннего отраженния используется в оптических волокнах. Осевая часть волокна (сердцевина) формируется из стекла с полее высоким показателем преломления, чем окружающая ополочка. Такие световоды используются для построения волоконно-оптических кабелей.

8 Перед вами техническая новинка. Традиционный оптический канал существующих перископов заменён видеокамерами высокого разрешения и оптоволоконной связью. Информация с камер наружного наблюдения передается в режиме реального времени на широкоформатный дисплей в центральном посту.

9 Бино́кль оптический припор, состоящий из двух параллельно расположенных соединённых вместе зрительных труб, для наблюдения удалённых предметов двумя глазами: за счёт этого наблюдатель видит стереоскопическое изображении (в отличие от зрительной трубы).

10 Интерферометр измерительный припор, действие которого основано на явлении интерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучок электромагнитного излучения (света, радиоволн и т. п.

) с помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два или польшее количество когерентных пучков.

Каждый из пучков проходит различные оптические пути и направляется на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить разность фаз интерферирующих пучков в данной точке картины.

11 Медицинские эндоскопы используются в медицине для исследования и лечения полых внутренних органов человека (пищевод, желудок и двенадцатиперстная кишка, бронхи, мочеиспускательный канал, мочевой пузырь, женские половые органы, почки, органы слуха), а также брюшной и других полостей тела.

Источник: http://www.myshared.ru/slide/1347340/

Урок «Преломление света. Полное отражение»

  • Методическая разработка урока по физике на тему «Преломление света. Полное отражение»,
  • Преподаватель ГАПОУ ПО «Пензенский многопрофильный колледж» отделения строительства Князева Наталья Борисовна
  • Цели:
  • Изучить явление преломления светового луча на границе раздела двух прозрачных сред; сформулировать закон преломления света; объяснить физический смысл показателя преломления на основании принципа Гюйгенса; познакомить обучающихся с явлением полного отражения света и его практическим применением.
  • Продолжать формирование общих компетенций студентов (осуществлять поиск и использование информации, ставить цели), стремления к достижению результата, к познанию окружающего нас мира, правильного научного мировоззрения.
  • Развивать навыки логического мышления, умение анализировать и делать выводы, устойчивый интерес к предмету.

Оборудование:

  • Персональный компьютер, проектор, экран, мультимедийные диски «Открытая физика 2.5» и “Teach Pro: Физика”, оптическая шайба, источник постоянного тока, стеклянная пластина.
  • Презентация «Преломление света. Полное отражение»
  1. Здесь будет файл: /data/edu/files/e1460879012.ppt (Геометрическая оптика)
  2. Ход урока:
  3. Организационный момент.
  4. Проверка домашнего задания (решение домашней задачи у доски и фронтальное тестирование).
  5. Здесь будет файл: (тест «Отражение света»)
  6. Изучение нового материала по теме «Преломление света. Полное отражение»
  7. План:
  8. Закрепление изученного на уроке материала:
  1. Фронтальный эксперимент – монета на дне сосуда.
  2. Опыты Птолемея.
  3. Закон преломления.
  4. Показатель преломления.
  5. Явление преломления света в природе.
  6. Полное внутреннее отражение.

Решение задач.

Кажущаяся глубина водоема 3 м. Какова его истинная глубина? Показатель преломления воды 1, 33.

Луч света переходит из стекла в воду. Угол падения луча на границу раздела этих двух сред 400. Определите угол преломления луча.

  • Почему оклейку обоев в комнате ведут от окна?
  • Найдите скорость распространения света в воде, если ее показатель преломления 1,33?
  • Определите предельный угол полного отражения для перехода изо льда в воздух. (самостоятельно – 1 вариант)

Предельный угол полного отражения для алмаза 240. Чему равна скорость распространения света в алмазе? (самостоятельно – 2 вариант)

Запись домашнего задания: Касьянов В.А. Физика 11кл. § 56 «Преломление волн», выписать из учебника необходимые определения, формулировки в тетрадь, стр. 227 задачи № 1 и 3.

  1. Подведение итогов урока.
  2. Содержание урока:
  3. Сегодня на уроке мы ответим на вопрос – что происходит со световым лучом внутри оконного стекла?

Давайте вначале рассмотрим, что происходит на границе между воздухом и водой. Ведь и стекло и вода прозрачны. Разве вам не казалось, что ложка, опущенная в стакан с водой, будто бы переломилась? «Ломаются» и шест, воткнутый в дно реки или озера, и даже наши руки, опущенные в ванну с водой.

Проделаем простейший опыт Возьмем пластиковый стакан с непрозрачными стенками. Положим на дно стакана монетку. Поставьте стакан на стол и сядьте так, чтобы видеть часть дна, но не видеть монету. Теперь осторожно наливайте в стакан воду. В какой-то момент монетка начнет «всплывать». Заполнив стакан водой вы сможете увидеть ее целиком.

Этот опыт демонстрирует явление преломления света на границе вода – воздух. Он был описан еще Евклидом в ІІІ в. до н. э. «Если какой – либо предмет поместить на дно сосуда и удалить сосуд от глаз наблюдателя настолько, что предмет не будет виден, то он вновь станет виден на этом расстоянии, если сосуд залить водой».

 Открытию закона преломления предшествовали длительные исследования. Их начало следует отнести ко II в. н. э., когда Птолемей пытался экспериментально установить зависимость между углами, которые составляют падающий и преломленный лучи с перпендикуляром к границе раздела сред.

Птолемей применял диск, разделенный по окружности на 360 частей. В центре диска крепились концы двух линеек, которые можно было поворачивать вокруг точки крепления. Диск наполовину погружали в воду, а линейки устанавливали таким образом, чтобы при взгляде вдоль верхней казалось, что обе линейки составляют прямую линию.

Птолемей устанавливал верхнюю линейку в разных положениях и экспериментально отыскивал соответствующее положение нижней линейки. Из измерений Птолемея следовало, отношение Sin α / Sin γ лежит в интервале значений от 1,25 до 1,34, т.е. не совсем постоянно.

Таким образом, Птолемею не удалось найти правильный закон преломления света.

Прошло более четырех веков, прежде чем закон преломления был, наконец, установлен. В 1626 г. Скончался голландский математик Снеллиус. В его бумагах была найдена работа, в которой был фактически сформулирован закон преломления.

Однако по неизвестным причинам Снеллиус не опубликовал свою работу. Первая публикация, содержащая формулировку закона преломления принадлежит не Снеллиусу, а известному французскому ученому Рене Декарту. Он вывел закон преломления теоретически — на основе предположения о различии скорости света в различных средах.

Выведем закон преломления света из принципа Гюйгенса. Пусть на поверхность А1А4, разделяющую две среды, например воздух и воду, падает плоская волна, характеризующаяся углом падения α. Обозначим через υ1 скорость света в первой среде (в воздухе), а через υ2 – во второй (в воде). Как правильно полагал Гюйгенс, υ1 > υ2.

На рис 3 стрелками показаны четыре световых луча, А1В1 – положение волнового фронта в момент, когда луч 1 достигает границы раздела сред. В тот же момент точка А1 превращается, по Гюйгенсу, в источник вторичной сферической волны.

Заметим, что эта волна распространяется как в первой среде, так и во второй, порождая соответственно отраженный и преломленный световые пучки; ограничимся рассмотрением только преломления.

Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред.

Максимальная скорость распространения взаимодействия – это скорость света в вакууме. В любой среде свет распространяется с меньшей скоростью. Физической величиной, характеризующей уменьшение скорости распространения света в среде по сравнению со скоростью света в вакууме, является абсолютный показатель преломления среды.

  Чем больше абсолютный показатель преломления среды, тем меньше скорость распространения света в ней. При сравнении абсолютных показателей преломления двух сред используют понятие оптической плотности среды. Оптически более плотная среда – среда с большим показателем преломления, а оптически менее плотная среда – среда с меньшим показателем преломления.  

Если п1 – абсолютный показатель преломления первой среды, а п2 — абсолютный показатель преломления второй среды, то можно записать закон преломления в следующем виде

  Если луч света падает из оптически менее плотной среды, то угол преломления оказывается меньше угла падения.  

Закон преломления света подчиняется принципу наименьшего времени. Представим себе следующую ситуацию: вы находитесь на береге и видите, как с лодки в воду падает человек. Он начинает кричать. Вы приходите ему на помощь. В каком случае вы быстрее доберетесь до тонущего человека: двигаясь по прямой АВ или по ломаной АОВ?

Интересно, что такое явление наблюдается в отсутствие какой – либо облачности на горизонте.

Если в это время подняться на вершину холма или на крышу многоэтажного здания, то можно наблюдать еще более странную картину: теперь Солнце заходит за линию горизонта, но при этом солнечный диск оказывается как бы перерезанным горизонтальной «слепой полосой», положение которой по отношению к линии горизонта сохраняется неизменным.

ассмотрим явление преломления света в природе, а именно рефракцию света в атмосфере. Атмосфера представляет собой оптически неоднородную среду, ее плотность изменяется с высотой. По этой причине показатель преломления изменяется от точки к точки. Рефракция света в атмосфере может приводить к обманам зрения. Например, можно наблюдать предметы находящиеся за горизонтом.

Если бы у нашей планеты не было воздушной оболочки, то мгновенно с заходом Солнца за горизонт наступала бы на Землю тьма, и не было бы вечера, а после ночи внезапно наступал бы день и не было бы утра.

На показатель преломления атмосферы иногда влияют случайные факторы: конвекционные потоки земли, ветра, степень влажности, температуры воздуха и т.д. Так, иногда Солнце кажется заходящим не за линию горизонта, а за некоторую невидимую линию, находящуюся над горизонтом.

Такая картина наблюдается, если воздух около самой Земли оказывается холодным, а выше располагается слой относительно теплого воздуха. (С высотой показатель преломления уменьшается скачком.)

Итак, сегодня и на предыдущем уроке мы познакомились с явлениями отражения и преломления света.

Если пучок света переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную (п2 > п1), то при любом угле падения существует как отраженный, так и преломленный пучки света.

Пустим луч света в обратном направлении из оптически более плотной среды в менее плотную. Угол падения в этом случае меньше угла преломления. С ростом угла падения возрастает и угол преломления, а так же интенсивность преломленного луча.

При некотором значении α0 угол преломления достигает максимального значения 90 0.

 Угол α0 называют предельным углом. Для стекла он равен 420. Если угол падения больше α0, преломление света во вторую среду прекращается, свет полностью отражается от границе раздела, как от зеркала – возникает явление полного внутреннего отражения.

Полное внутреннее отражение – явление отражения света от оптически менее плотной среды, при которой преломление отсутствует, а интенсивность отраженного света практически равна интенсивности падающего.

Это явление используется в световолоконной оптике. Волоконная оптика – это система передачи оптических изображений с помощью световодов. Их используют в медицине (эндоскопы — зонды), в системах передачи информации, в призматических биноклях, перископах, зеркальных фотоаппаратах и световращателях (катафотах).

Примечание: на уроке учитель делает на доске только опорный конспект для студентов. При подготовке домашнего задания студенты дополняют его необходимым конспектом из учебника.

Здесь будет файл: /data/edu/files/g1460879088.doc (Дополнительный материал к уроку)

Источник: https://xn--j1ahfl.xn--p1ai/library/urok_prelomlenie_sveta_polnoe_otrazhenie_094011.html

Ссылка на основную публикацию