Secțiuni: Fizică

Legea reflexiei luminii

Una dintre cele mai importante proprietăți ale luminii este reflexia și refracția. Legile reflexiei și refracției luminii au fost studiate în clasa a VIII-a. Să ne amintim legile reflexiei luminii.

(Fragment „Reflexia luminii”, anexa 2)

Legile sunt formulate integral astfel:

  • Unghiul de incidență este egal cu unghiul de reflexie.
  • Raza incidentă, raza reflectată și cea perpendiculară reconstruită în punctul de incidență al razei se află în același plan.

Legile reflexiei și refracției au fost stabilite experimental. Cu toate acestea, ele pot fi derivate prin reprezentarea luminii ca o undă și folosind principiul lui Huygens, care este după cum urmează...

Principiul lui Huygens

  • Fiecare punct până la care perturbarea a ajuns în sine devine o sursă de unde sferice secundare.
  • Suprafața undelor este anvelopa undelor secundare.

(Modele de propagare a undelor)

Să presupunem că o undă sferică se propagă dintr-un anumit punct...

Acest principiu este valabil și în cazul undelor de orice formă.

Astfel, principiul lui Huygens permite găsirea suprafeței undei în orice moment folosind construcții geometrice simple. Folosind acest principiu, este posibil să se arate dependența unghiului de reflexie de unghiul de incidență a undelor pe model. (Model de reflexie a undelor dinamice, Anexa 4). Să aplicăm principiul lui Huygens la derivarea legii reflexiei undei.

(schema de derivare a legii reflexiei)

Utilizarea principiului lui Huygens în construcții matematice și calcule matematice ulterioare a confirmat corectitudinea formulării legii reflexiei luminii: unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidență. În plus, a confirmat faptul reversibilității razelor și faptul că incidenta, razele reflectate și perpendiculara trase pe suprafață în punctul de incidență al razei se află în același plan.

Legea refracției luminii

Următoarea proprietate importantă a luminii este refracția. Să ne amintim ce este.

(Modelul refracției luminii, Anexa 3)

Când lumina trece dintr-un mediu transparent în altul, direcția de propagare a acesteia se schimbă. Acest fenomen se numește refracție. Legea refracției luminii determină poziția relativă a fasciculului incident, refractat și perpendicular pe interfața dintre două medii. Să ne amintim de legile...

  • Raportul dintre sinusul unghiului de incidență al fasciculului și sinusul unghiului de refracție este o valoare constantă pentru aceste două medii.
  • Raza incidentă, raza refractă și cea perpendiculară reconstruită în punctul de incidență al razei se află în același plan.

Legile refracției pot fi derivate și matematic folosind principiul lui Huygens. Să ne amintim ce este.

Fiecare punct până la care perturbarea a ajuns în sine devine o sursă de unde sferice secundare.

Suprafața undelor este anvelopa undelor secundare.

Folosind acest principiu, este posibil să se arate dependența unghiului de refracție de unghiul de incidență a undelor pe model. Să aplicăm principiul lui Huygens la derivarea legilor refracției undei. (Model de refracție dinamică, Anexa 4). Să trecem la derivarea legii refracției.

(schema de derivare a legii refracției)

Principiul lui Huygens a făcut posibilă demonstrarea validității legilor refracției folosind construcții geometrice și calcule. Raportul dintre sinusul unghiului de incidență și sinusul unghiului de refracție este o valoare constantă pentru aceste două medii, care se numește indicele de refracție relativ al celui de-al doilea mediu față de primul. La trecerea de la un mediu la altul, viteza luminii se modifică, astfel încât indicele de refracție relativ este legat de viteza luminii în aceste medii. Mediile în care viteza luminii scade sunt numite mai dense optic. Să luăm în considerare aplicarea proprietății de reversibilitate a razelor la trecerea prin interfața dintre două medii.

(Semnificația fizică a indicelui de refracție. Indicele de refracție absolut.)

Semnificația fizică a indicelui de refracție este că arată de câte ori viteza luminii în primul mediu este mai mare decât viteza luminii în al doilea. Fiecare mediu are propriul indice de refracție față de vid, care se numește indice absolut.

Proprietățile optice ale vidului sunt aproximativ egale proprietăți fizice vid, astfel încât valoarea sa absolută poate fi luată ca unitate.

Indicii de refracție relativi pentru oricare două medii pot fi determinați folosind un tabel.

(Masă indicatori absoluti refracţie)

Complet reflexie internă

Legea refracției ne permite să explicăm cele interesante și fenomen important reflexie internă totală. Să luăm în considerare fenomenul de tranziție a luminii de la un mediu optic mai dens la unul mai puțin dens.

(Model de tranziție a fasciculului de la un mediu mai dens la unul mai puțin dens, Anexa 5)

Experiența arată:

  1. Un fascicul care se deplasează perpendicular pe interfața dintre medii nu este refractat.
  2. La interfața dintre două medii transparente, razele reflectate și refractate există simultan.
  3. Pe măsură ce unghiul de incidență crește, unghiul de refracție crește.
  4. La un anumit unghi de incidență, fasciculul refractat alunecă de-a lungul suprafeței.
  5. Cu o creștere suplimentară a unghiului de incidență, fasciculul refractat nu există - apare fenomenul de reflexie internă totală.

Să determinăm valoarea unghiului de reflexie internă totală.

În natură, reflexia internă totală explică formarea curcubeului și culoarea argintie a picăturilor de rouă.

(Aplicarea reflexiei interne totale)

În dispozitivele tehnice, reflexia internă totală în prisme permite utilizarea prismelor în instrumentele optice: telescoape, binocluri, periscoape, ceea ce îmbunătățește iluminarea imaginilor.

Reflexia internă totală este utilizată pe scară largă în ghidajele de lumină - tuburi transparente înconjurate de o carcasă dintr-un material cu un indice de refracție mai mic. (animație flash „Saliut”, Anexa 6).

Ghidurile de lumină sunt folosite pentru transmiterea de semnale radio, imagini, în dispozitive medicale de diagnostic și terapeutic, în dispozitive de iluminat, pentru iluminat decorativ etc.

Folosit în această lucrare:

  1. k/fragment „Reflexia luminii”
  2. Modele dinamice („Lecții de fizică”, Cyril și Methodius)
  3. Model dinamic „principiul Huygens” (fizică vizuală)
  4. Animație flash „Salut”


În această lecție, vă veți familiariza cu fenomenul refracției luminii și veți afla cum trece lumina prin medii diferite.

Planul lecției:

  • 1. .
  • 2. Unghi limitativ de reflexie totală. Legea reflexiei totale.
  • 3. Unghi limitativ de reflexie totală pentru unele medii.
  • 4. Fibră optică. Ghid de lumină
  • 5. Prisme reflectorizante.
  • 6. Concluzii.


  • La trecerea de la optică Mai puțin mediu dens V optic Mai mult unghi de refracție strâns Mai puțin perpendicular .
  • La trecerea de la optică Mai mult mediu dens V optic Mai puțin unghi de refracție strâns Mai mult unghiul de incidență și fasciculul de refracție este deviat spre interfață între două medii .


La trecerea de la optică Mai mult mediu dens V optic Mai puțin densă, raza de lumină refractată este deviată spre interfața dintre doi miercuri de la direcția sa inițială .

42º - acesta este unghiul la care o rază de lumină din sticlă nu trece în al doilea mediu, ci este complet reflectată



Limita unghiului de reflexie


Păcat γ

Păcat α ̥

n

n

2

1

= ─

n = 1

Sin90º = 1

1

γ = 90º

─ unghi limită

α

reflexie totală

0

Păcat α ̥ = ─

n

─ Legea completului

reflexii

2


Unghiul limită de reflexie totală

  • Cel mai mic unghi de incidență α , la care are loc fenomenul de reflexie totală a luminii se numește unghi maxim de plin reflexii .
  • Pentru unghiul de reflexie totală, condiția este îndeplinită - sinusul unghiului de reflexie totală este invers proporțional cu indicele de refracție relativ al luminii.

0

0

Păcat α ̥ = ─

n


3. Limita unghiului de reflexie și indicele de refracție n pentru unele medii

miercuri

Limita unghiului de reflexie

Apă (la 20 ºС)

48º35′ ≈ 48º

Sticlă

41º50′ ≈ 42º

Cuarţ

Rubin

Diamant

24º40′ ≈ 24º


4. Fibră optică

  • Se bazează pe transmiterea luminii și a imaginilor prin mănunchiuri de fibre flexibile transparente - ghiduri de lumină.
  • Ghid de lumină - Aceasta este o fibră cilindrică subțire din sticlă de cuarț cu adaos de germaniu sau bor.
  • Grosimea fibrelor este de la 100 de microni la 1 microni și mai puțin.
  • Fibrele sunt colectate în mănunchiuri cu până la un milion de fibre.

cablu de fibră

folosit pentru transmisie

  • informații din interiorul computerului și pentru conectarea diferitelor computere între ele;
  • imagini de televiziune.

Ghid de lumină

Prin reflexie totală multiplă, lumina poate fi direcționată de-a lungul oricărei căi curbe.



reflectorizant

prisme






Concluzie:

Se observă reflexie totală

  • când lumina trece din optică Mai mult mediu dens V optic Mai puțin dens;
  • când unghiul de incidenţă atinge unghiul limitativ de reflexie totală.

Legea reflexiei totale -

Sinusul unghiului de reflexie totală este invers proporțional cu indicele de refracție relativ al luminii.

n

Păcat α ̥ = ─

Slide 1

Seminar pe tema: „Unde de lumină” Reflexie totală
Întocmit de: Elevii clasei a 11-a „A” Romanchenko Valeria, Shchipanova Elena, Filippova Alena.

Slide 2

Scurt istoric
Chiar și vechiul om de știință roman Pliniu, în „Istoria naturală”, scrisă cu aproximativ 2 mii de ani în urmă, a vorbit despre scafandrii de perle care au luat ulei de măsline în gură înainte de a se scufunda și l-au eliberat sub apă. O peliculă de ulei răspândită pe suprafața mării, al cărei indice de refracție era mai mare decât cel al apei, a redus drastic luminozitatea strălucirii și a îmbunătățit condițiile de vizibilitate.

Simplul fenomen al reflecției interne totale, descris pentru prima dată de Johannes Kepler la începutul secolului al XVII-lea și aparent bine studiat, a devenit acum obiectul unei atenții deosebite.

Și aceste efecte au fost studiate pentru prima dată de fizicianul rus Alexander Alexandrovich Eikhenwald cu exact mai bine de o sută de ani în urmă.
Slide 3

Reflecție totală

- acesta este fenomenul de reflectare a luminii dintr-un mediu optic mai puțin dens, în care nu există refracția luminii, iar intensitatea luminii reflectate este aproape egală cu intensitatea luminii incidente.
Deoarece lumina trece de la un mediu optic mai dens la un mediu optic mai puțin dens, unghiul de refracție în acest caz este mai mare decât unghiul de incidență a.

Pe măsură ce unghiul de incidență al razelor de la sursă pe interfața dintre două medii crește, va veni un moment în care raza refractată va merge de-a lungul interfeței dintre medii, adică = 90°. Unghiul de incidență corespunzător acestei valori se numește unghiul limită de reflexie internă totală - a0.

Slide 5

Unghiul limitativ de reflexie totală este unghiul de incidență la care lumina nu este refractă, ci este reflectată și alunecă de-a lungul interfeței dintre două medii. Unghiul de refracție = 90°

Slide 6

Reflexia totală este folosită în așa-numita fibră optică pentru a transmite lumina și imaginile prin fascicule de fibre flexibile transparente - ghiduri de lumină. Ghidul de lumină este o fibră de sticlă cilindrică acoperită cu o manta din material transparent cu un indice de refracție mai mic decât fibra. Datorită reflexiei totale multiple, lumina poate fi direcționată pe orice cale (dreaptă sau curbă).

Slide 7

Fibrele sunt adunate în mănunchiuri. În acest caz, fiecare dintre fibre transmite un anumit element al imaginii. Mănunchiurile de fibre sunt folosite, de exemplu, în medicină pentru a studia organele interne Pe măsură ce tehnologia de fabricare a fasciculelor lungi de fibre - ghiduri de lumină - se îmbunătățește, comunicarea (inclusiv televiziunea) folosind razele de lumină începe să fie din ce în ce mai utilizată.

Slide 8

Slide 9
PRACTICA
vorbește despre fenomene din natură asociate cu reflectarea completă a luminii. Reflexia internă totală poate fi observată dacă priviți de sub apă la suprafață: la anumite unghiuri la interfață nu există partea exterioară

, dar puteți vedea reflectarea în oglindă a obiectelor care se află în apă.

Slide 10

2. Fenomenul mirajului se explică printr-un fenomen intern complet. Un miraj este un fenomen optic în atmosferă: reflectarea luminii de către o graniță între straturi de aer care diferă brusc în ceea ce privește căldura. Pentru un observator, o astfel de reflecție înseamnă că împreună cu un obiect îndepărtat, imaginea sa virtuală este vizibilă, deplasată în raport cu obiectul.

Slide 11

3.Curcubeul. Cel mai adesea, se observă un curcubeu primar, în care lumina suferă o reflexie internă Într-un curcubeu primar, culoarea roșie este în exteriorul arcului, raza sa unghiulară este de 40-42 °.

4. Fenomen optic complex din atmosferă, format din mai multe forme de miraje, în care obiectele îndepărtate sunt vizibile în mod repetat și cu diverse distorsiuni. Fatamorgana apare atunci când în straturile inferioare ale atmosferei se formează mai multe straturi alternante de aer de densități diferite, capabile să dea reflexii speculare. Ca urmare a reflexiei, precum și a refracției razelor, obiectele din viața reală produc mai multe imagini distorsionate la orizont sau deasupra acestuia, suprapunându-se parțial și schimbându-se rapid în timp, ceea ce creează o imagine bizară.

Slide 13

Cum să explic „jocul pietrelor”? În bijuterii, tăierea pietrelor este selectată astfel încât să existe o reflexie completă a luminii pe fiecare față.

Slide 14

periscop
binoclu
camera de filmat

Slide 15

Slide 16

Realizări noi
La început, reflecția completă a fost doar un fenomen curios. Acum duce treptat la revoluție. Pentru „realizări de pionierat în domeniul transmisiei luminii prin fibre pentru comunicații optice” Premiul Nobel

în Fizică 2009 acordat lui Charles Kao. Descoperirea lui Kao, pe care a făcut-o în 1966, a deschis calea fibrelor optice, care sunt folosite astăzi în televiziune și comunicațiile prin internet. El a reușit să dezvolte o metodă de producere a fibrei optice ultrapure, făcând posibilă transmiterea semnalelor luminoase fără distorsiuni pe distanțe de până la 100 km, față de doar zeci de metri, care era limita la acea vreme.

Slide 17
Prezentare „Reflexia totală a luminii”. Gordon G.V. Optica geometrică. http://www.rusedu.ru/detail_6171.html Borisov K. Sisteme de iluminat cu fibra optica. http://www.trikita.by/service6.html Bukhovtsev B.B., Myakishev G.Ya. Manual de fizica clasa a XI-a. M.: Educație 2010 Varaksina E. I. Reflexia internă totală a luminii într-un lichid. http://fiz.1september.ru/articles/2009/17/14. Kasyanov V.A. Manual de fizica clasa a XI-a. M.:Drofa.2002 Latyshevskaya T. Yu., Novoselov K. S. Nanotechnologies for Fiber Optics. http://www.kabel-news.ru/ http://traditio.ru/wiki/ Reflecție internă http://hghltd.yandex.net/. Reflexia totală a luminii http://ru.wikipedia.org/wiki/Ghid de lumină http://images.google.ru. Mirages http://school426-spb.by.ru. Fata Morgana http://www.genon.ru/GetAnswer. Fotografii http://www.universal-fibre-optics.com/russian/applications.html Sisteme de iluminat cu fibră optică http://www.ifmo.ru/faculty/5. Complex robotic unic http://www.forc-photonics.ru/ru/production/volokonno-opticheskie_datchik/1/68/.Instrumente optice http://optika8.narod.ru/Opiti.htm. Optică geometrică http://canegor.urc.ac.ru/bezpriborov/63832896.html. Experimente care demonstrează reflexia internă totală a luminii http://www.nvtc.ee/e-oppe/Sidorova/objects. Aplicarea reflexiei interne totale a luminii. http://iuyt.ru/index.php?newsid=38. Proiectare iluminat http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/144040/ Fata Morgana








α). Când lumina trece de la un mediu optic mai dens la un mediu mai puțin dens, lumina este atât refractată, cât și reflectată Pe măsură ce unghiul de incidență α crește, unghiul de refracție crește și β (β>α). la un mediu mai puțin dens, ușor" class="link_thumb"> 5 !} Când lumina trece de la un mediu optic mai dens la unul mai puțin dens, lumina este atât refractată, cât și reflectată. Pe măsură ce unghiul de incidență α crește, crește și unghiul de refracție β (β>α). Când lumina trece de la un mediu optic mai dens la unul mai puțin dens, lumina este atât refractată, cât și reflectată. Pe măsură ce unghiul de incidență α crește, crește și unghiul de refracție β (β>α). La un anumit unghi de incidență α o unghiul de refracție devine cel mai mare (β max =90 o). La un anumit unghi de incidență α o unghiul de refracție devine cel mai mare (β max =90 o). Dacă unghiul de incidență α>α о, refracția luminii în al doilea mediu se oprește, lumina este reflectată complet din interfață, ca dintr-o oglindă - are loc fenomenul de reflectare totală a luminii. Dacă unghiul de incidență α>α о, refracția luminii în al doilea mediu se oprește, lumina este reflectată complet din interfață, ca dintr-o oglindă - are loc fenomenul de reflectare totală a luminii. α). Când lumina trece de la un mediu optic mai dens la un mediu mai puțin dens, lumina ca n"> α). Când lumina trece de la un mediu optic mai dens la un mediu mai puțin dens, lumina este atât refractată, cât și reflectată. Ca unghi de incidență α crește, unghiul de refracție β crește (β >α la un anumit unghi de incidență α o unghiul de refracție devine cel mai mare (β max =90 o La un anumit unghi de incidență α o). (β max =90 o Dacă unghiul de incidență α>α o, refracția luminii în al doilea mediu se oprește, lumina este reflectată complet din interfață, ca dintr-o oglindă - fenomenul de reflectare totală a luminii). Dacă unghiul de incidență α>α o, refracția luminii în al doilea mediu se oprește, lumina este reflectată complet de la interfață, ca dintr-o oglindă - apare fenomenul de reflexie totală a luminii."> α). Când lumina trece de la un mediu optic mai dens la un mediu mai puțin dens, lumina este atât refractată, cât și reflectată Pe măsură ce unghiul de incidență α crește, unghiul de refracție crește și β (β>α). la un mediu mai puțin dens, ușor"> title="Când lumina trece de la un mediu mai dens din punct de vedere optic la un mediu mai puțin dens, lumina este atât refractată, cât și reflectată. Pe măsură ce unghiul de incidență α crește, crește și unghiul de refracție β (β>α). Când lumina trece de la un mediu optic mai dens la un mediu mai puțin dens, lumina ca"> !}




Fibră optică - un sistem de transmitere a imaginilor optice, un sistem de transmitere a imaginilor optice folosind fibre de sticlă (ghiduri de lumină); folosind fibre de sticlă (ghiduri de lumină). Experimentând reflexia internă totală, semnalul luminos se propagă în interiorul unui ghid de lumină flexibil. Experimentând reflexia internă totală, semnalul luminos se propagă în interiorul unui ghidaj de lumină flexibil. Se folosește un mănunchi de mii de ghiduri de lumină (diametrul fiecărei fibre este de la 0,002 la 0,01 mm) Se folosește un fascicul de mii de ghiduri de lumină (diametrul fiecărei fibre este de la 0,002 până la 0,01 mm) Utilizarea dispozitivelor cu fibră optică în medicină - endoscoape (sonde introduse în diverse organele interne) Utilizarea dispozitivelor cu fibră optică în medicină - endoscoape (sonde introduse în diverse organe interne) În prezent, fibra optică înlocuiește conductorii metalici în sistemele de transmisie a informațiilor (folosind un semnal luminos, puteți transmite de 10 6 ori mai multe informații decât folosind un semnal radio). ) În prezent, fibra optică înlocuiește conductorii metalici în sistemele de transmisie a informațiilor (folosind un semnal luminos, puteți transmite de 10 6 ori mai multe informații decât folosind un semnal radio) Utilizarea reflexiei totale în binocluri prismatici, periscoape, Camere SLR, reflectoare (reflectoare) Utilizarea reflexiei totale în binocluri prismatice, periscoape, camere SLR, reflectoare (reflectoare)