Hvor der anvendes total intern refleksion. Anvendelse af total intern refleksion

Lad os først forestille os lidt. Forestil dig en varm sommerdag f.Kr., en primitiv mand bruger et spyd til at jage fisk. Han bemærker dens position, tager sigte og slår af en eller anden grund et sted, hvor fisken slet ikke var synlig. Savnet? Nej, fiskeren har bytte i hænderne! Sagen er, at vores forfader intuitivt forstod det emne, som vi vil studere nu. I hverdagen ser vi, at en ske, der er sænket ned i et glas vand, virker skæv, når vi ser gennem en glaskrukke, ser genstande skæve ud. Vi vil overveje alle disse spørgsmål i lektionen, hvis emne er: "Lysets brydning. Loven om lysbrydning. Fuldstændig intern refleksion."

I tidligere lektioner talte vi om en stråles skæbne i to tilfælde: hvad sker der, hvis en lysstråle forplanter sig i et gennemsigtigt homogent medium? Det rigtige svar er, at det vil sprede sig i en lige linje. Hvad sker der, når en lysstråle falder på grænsefladen mellem to medier? I den sidste lektion talte vi om den reflekterede stråle, i dag vil vi se på den del af lysstrålen, der absorberes af mediet.

Hvad bliver skæbnen for den stråle, der trængte ind fra det første optisk transparente medium ind i det andet optisk transparente medium?

Ris. 1. Brydning af lys

Hvis en stråle falder på grænsefladen mellem to transparente medier, vender en del af lysenergien tilbage til det første medium, hvilket skaber en reflekteret stråle, og den anden del passerer indad i det andet medium og ændrer som regel sin retning.

Ændringen i lysets udbredelsesretning, når det passerer gennem grænsefladen mellem to medier kaldes lysets brydning(Fig. 1).

Ris. 2. Indfaldsvinkler, brydning og refleksion

I figur 2 ser vi en indfaldende stråle, indfaldsvinklen vil blive betegnet med α. Den stråle, der vil indstille retningen af den brudte lysstråle, vil blive kaldt en brudt stråle. Vinklen mellem vinkelret på grænsefladen, rekonstrueret fra indfaldspunktet, og den brydte stråle kaldes brydningsvinklen; på figuren er det vinklen γ. For at fuldende billedet vil vi også give et billede af den reflekterede stråle og følgelig reflektionsvinklen β. Hvad er forholdet mellem indfaldsvinklen og brydningsvinklen Er det muligt at forudsige, ved at kende indfaldsvinklen og hvilket medium strålen passerede ind i, hvad brydningsvinklen bliver? Det viser sig, at det er muligt!

Vi får en lov, der kvantitativt beskriver forholdet mellem indfaldsvinklen og brydningsvinklen. Lad os bruge Huygens' princip, som regulerer udbredelsen af bølger i et medie. Loven består af to dele.

Den indfaldende stråle, den brudte stråle og den perpendikulære, der er gendannet til indfaldspunktet, ligger i samme plan.

Forholdet mellem sinus for indfaldsvinklen og sinus for brydningsvinklen er en konstant værdi for to givne medier og er lig med forholdet mellem lyshastighederne i disse medier.

Denne lov kaldes Snells lov, til ære for den hollandske videnskabsmand, der først formulerede den. Årsagen til brydning er forskellen i lysets hastighed i forskellige medier. Du kan verificere gyldigheden af brydningsloven ved eksperimentelt at rette en lysstråle i forskellige vinkler til grænsefladen mellem to medier og måle indfalds- og brydningsvinklerne. Hvis vi ændrer disse vinkler, måler sinuserne og finder forholdet mellem disse vinklers sinus, vil vi være overbevist om, at brydningsloven faktisk er gyldig.

Bevis for brydningsloven ved hjælp af Huygens' princip er endnu en bekræftelse af lysets bølgenatur.

Det relative brydningsindeks n 21 viser, hvor mange gange lyshastigheden V1 i det første medium afviger fra lyshastigheden V2 i det andet medium.

Det relative brydningsindeks er en klar demonstration af, at årsagen til, at lys ændrer retning, når det passerer fra et medium til et andet, er lysets forskellige hastighed i de to medier. Begrebet "mediets optiske tæthed" bruges ofte til at karakterisere et mediums optiske egenskaber (fig. 3).

Ris. 3. Mediets optiske tæthed (α > γ)

Hvis en stråle går fra et medium med højere lyshastighed til et medium med lavere lyshastighed, så vil den, som det ses af figur 3 og lysets brydningslov, blive presset mod vinkelret, dvs. , er brydningsvinklen mindre end indfaldsvinklen. I dette tilfælde siges strålen at være gået fra et mindre tæt optisk medium til et mere optisk tæt medium. Eksempel: fra luft til vand; fra vand til glas.

Den modsatte situation er også mulig: lysets hastighed i det første medium er mindre end lysets hastighed i det andet medium (fig. 4).

Ris. 4. Mediets optiske tæthed (α< γ)

Så vil brydningsvinklen være større end indfaldsvinklen, og en sådan overgang vil siges at være lavet fra et optisk mere tæt til et mindre optisk tæt medium (fra glas til vand).

Den optiske tæthed af to medier kan afvige ret betydeligt, så situationen vist på fotografiet bliver mulig (fig. 5):

Ris. 5. Forskelle i mediernes optiske tæthed

Læg mærke til, hvordan hovedet er forskudt i forhold til kroppen i væsken, i et miljø med højere optisk tæthed.

Det relative brydningsindeks er dog ikke altid en bekvem egenskab at arbejde med, fordi det afhænger af lysets hastighed i det første og andet medie, men der kan være mange sådanne kombinationer og kombinationer af to medier (vand - luft, glas - diamant, glycerin - alkohol, glas - vand og så videre). Tabellerne ville være meget besværlige, det ville være ubelejligt at arbejde, og så introducerede de ét absolut medium, i sammenligning med hvilket lysets hastighed i andre medier sammenlignes. Vakuum blev valgt som absolut, og lysets hastighed blev sammenlignet med lysets hastighed i vakuum.

Absolut brydningsindeks for mediet n- dette er en størrelse, der karakteriserer mediets optiske tæthed og er lig med forholdet mellem lysets hastighed MED i et vakuum til lysets hastighed i et givet miljø.

Det absolutte brydningsindeks er mere bekvemt for arbejde, fordi vi altid kender lysets hastighed i et vakuum; det er lig med 3·10 8 m/s og er en universel fysisk konstant.

Det absolutte brydningsindeks afhænger af eksterne parametre: temperatur, tæthed og også af lysets bølgelængde, derfor angiver tabeller normalt det gennemsnitlige brydningsindeks for et givet bølgelængdeområde. Hvis vi sammenligner brydningsindekserne for luft, vand og glas (fig. 6), ser vi, at luft har et brydningsindeks tæt på enhed, så vi vil tage det som enhed, når vi løser problemer.

Ris. 6. Tabel over absolutte brydningsindekser for forskellige medier

Det er ikke svært at opnå en sammenhæng mellem det absolutte og det relative brydningsindeks for medier.

Det relative brydningsindeks, det vil sige for en stråle, der går fra medium et til medium to, er lig med forholdet mellem det absolutte brydningsindeks i det andet medium og det absolutte brydningsindeks i det første medium.

For eksempel: = ≈ 1,16

Hvis de absolutte brydningsindekser for to medier er næsten ens, betyder det, at det relative brydningsindeks ved overgang fra et medium til et andet vil være lig med enhed, det vil sige, at lysstrålen faktisk ikke brydes. For eksempel, når man går fra anisolie til en beryl ædelsten, vil lyset praktisk talt ikke bøje, det vil sige, det vil opføre sig på samme måde, som når det passerer gennem anisolie, da deres brydningsindeks er henholdsvis 1,56 og 1,57, så ædelstenen kan være som om den var gemt i en væske, vil den simpelthen ikke være synlig.

Hvis vi hælder vand i et gennemsigtigt glas og ser gennem glassets væg ind i lyset, vil vi se en sølvskinnende glans på overfladen på grund af fænomenet total indre refleksion, som vil blive diskuteret nu. Når en lysstråle går fra et tættere optisk medium til et mindre tæt optisk medium, kan der observeres en interessant effekt. For bestemtheden vil vi antage, at lys kommer fra vand til luft. Lad os antage, at der i reservoirets dybde er en punktkilde til lys S, der udsender stråler i alle retninger. For eksempel lyser en dykker med en lommelygte.

SO 1-strålen falder på vandoverfladen i den mindste vinkel, denne stråle brydes delvist - O 1 A 1-strålen og reflekteres delvist tilbage i vandet - O 1 B 1-strålen. En del af energien fra den indfaldende stråle overføres således til den brudte stråle, og den resterende energi overføres til den reflekterede stråle.

Ris. 7. Total intern refleksion

SO 2-strålen, hvis indfaldsvinkel er større, er også opdelt i to stråler: brudt og reflekteret, men den oprindelige stråles energi er fordelt mellem dem forskelligt: den brudte stråle O 2 A 2 vil være svagere end O 1 En 1-stråle, det vil sige, den vil modtage en mindre andel af energi, og den reflekterede stråle O 2 B 2 vil følgelig være lysere end strålen O 1 B 1, det vil sige, den vil modtage en større andel af energi. Efterhånden som indfaldsvinklen øges, observeres det samme mønster - en stadig større del af energien fra den indfaldende stråle går til den reflekterede stråle og en mindre og mindre andel til den brudte stråle. Den brydte stråle bliver svagere og svagere og forsvinder på et tidspunkt helt; denne forsvinden sker, når den når indfaldsvinklen, som svarer til brydningsvinklen på 90 0. I denne situation skulle den brydte stråle OA være gået parallelt med vandoverfladen, men der var intet tilbage - al energien fra den indfaldende stråle SO gik udelukkende til den reflekterede stråle OB. Naturligvis, med en yderligere stigning i indfaldsvinklen, vil den brydte stråle være fraværende. Det beskrevne fænomen er total intern refleksion, det vil sige, at et tættere optisk medium ved de betragtede vinkler ikke udsender stråler fra sig selv, de reflekteres alle inde i det. Vinklen, hvorved dette fænomen opstår, kaldes begrænsende vinkel for total intern refleksion.

Værdien af den begrænsende vinkel kan let findes ud fra brydningsloven:

= => = arcsin, for vand ≈ 49 0

Den mest interessante og populære anvendelse af fænomenet total intern refleksion er de såkaldte bølgeledere eller fiberoptik. Det er præcis den metode til at sende signaler på, som bruges af moderne teleselskaber på internettet.

Vi opnåede loven om lysets brydning, introducerede et nyt koncept - relative og absolutte brydningsindekser og forstod også fænomenet total intern refleksion og dens anvendelser, såsom fiberoptik. Du kan konsolidere din viden ved at analysere de relevante test og simulatorer i lektionsafsnittet.

Lad os få et bevis for loven om lysbrydning ved hjælp af Huygens' princip. Det er vigtigt at forstå, at årsagen til brydning er forskellen i lysets hastighed i to forskellige medier. Lad os betegne lysets hastighed i det første medium som V 1 og i det andet medium som V 2 (fig. 8).

Ris. 8. Bevis for loven om lysets brydning

Lad en plan lysbølge falde på en flad grænseflade mellem to medier, for eksempel fra luft til vand. Bølgeoverfladen AS er vinkelret på strålerne, og grænsefladen mellem mediet MN nås først af strålen, og strålen når den samme overflade efter et tidsinterval ∆t, som vil være lig med banen SW divideret med hastigheden af lys i det første medium.

Derfor har bølgen fra punkt A allerede i det tidspunkt, hvor sekundærbølgen ved punkt B lige begynder at blive exciteret, form af en halvkugle med radius AD, som er lig med lysets hastighed i det andet medium ved ∆ t: AD = ·∆t, altså Huygens' princip i visuel handling . Bølgeoverfladen af en brudt bølge kan opnås ved at tegne en overflade, der tangerer alle sekundære bølger i det andet medium, hvis centre ligger ved grænsefladen mellem mediet, i dette tilfælde er dette planet BD, det er indhyllingen af de sekundære bølger. Indfaldsvinklen α for strålen er lig med vinklen CAB i trekanten ABC, siderne af en af disse vinkler er vinkelrette på siderne af den anden. Følgelig vil SV være lig med lysets hastighed i det første medium med ∆t

CB = ∆t = AB sin α

Til gengæld vil brydningsvinklen være lig med vinkel ABD i trekant ABD, derfor:

АD = ∆t = АВ sin γ

Ved at dividere udtrykkene led for led får vi:

n er en konstant værdi, der ikke afhænger af indfaldsvinklen.

Vi har fået loven om lysbrydning, sinus for indfaldsvinklen til sinus for brydningsvinklen er en konstant værdi for disse to medier og er lig med forholdet mellem lyshastighederne i de to givne medier.

Et kubisk kar med uigennemsigtige vægge er placeret således, at observatørens øje ikke ser dets bund, men helt ser væggen af karret CD. Hvor meget vand skal der hældes i karret, for at observatøren kan se en genstand F placeret i en afstand b = 10 cm fra vinkel D? Karkant α = 40 cm (fig. 9).

Hvad er meget vigtigt, når man løser dette problem? Gæt på, at da øjet ikke ser bunden af karret, men ser det yderste punkt på sidevæggen, og karret er en terning, vil strålens indfaldsvinkel på overfladen af vandet, når vi hælder det være lig med 450.

Ris. 9. Unified State Examination opgave

Strålen falder i punktet F, det betyder, at vi tydeligt ser objektet, og den sorte stiplede linje viser strålens forløb, hvis der ikke var vand, altså til punktet D. Fra trekanten NFK er vinklens tangens β, tangens af brydningsvinklen, er forholdet mellem den modsatte side og den tilstødende eller, baseret på figuren, h minus b divideret med h.

tg β = = , h er højden af den væske, vi hældte;

Det mest intense fænomen med total intern refleksion bruges i fiberoptiske systemer.

Ris. 10. Fiberoptik

Hvis en lysstråle er rettet mod enden af et massivt glasrør, vil strålen efter multipel total intern refleksion komme ud fra den modsatte side af røret. Det viser sig, at glasrøret er en leder af en lysbølge eller en bølgeleder. Dette vil ske, uanset om røret er lige eller buet (Figur 10). De første lysledere, dette er det andet navn for bølgeledere, blev brugt til at belyse svært tilgængelige steder (under medicinsk forskning, når lys tilføres til den ene ende af lyslederen, og den anden ende oplyser det ønskede sted). Hovedapplikationen er medicin, fejldetektion af motorer, men sådanne bølgeledere er mest udbredt ir. Bærefrekvensen, når der transmitteres et signal med en lysbølge er en million gange højere end frekvensen af et radiosignal, hvilket betyder, at mængden af information, som vi kan transmittere ved hjælp af en lysbølge, er millioner af gange større end mængden af transmitteret information af radiobølger. Dette er en fantastisk mulighed for at formidle et væld af information på en enkel og billig måde. Typisk transmitteres information gennem et fiberkabel ved hjælp af laserstråling. Fiberoptik er uundværlig for hurtig og høj kvalitet transmission af et computersignal, der indeholder en stor mængde transmitteret information. Og grundlaget for alt dette er et så simpelt og almindeligt fænomen som lysets brydning.

Bibliografi

Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fysik (grundlæggende niveau) - M.: Mnemosyne, 2012.
Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fysik 10 klasse. - M.: Mnemosyne, 2014.
Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fysik - 9, Moskva, Uddannelse, 1990.

Edu.glavsprav.ru ().
Nvtc.ee ().
Raal100.narod.ru ().
Optika.ucoz.ru ().

Lektier

Definer lysets brydning.
Nævn årsagen til lysets brydning.
Nævn de mest populære anvendelser af total intern refleksion.

Klasse: 11

Præsentation til lektionen

Tilbage frem

Opmærksomhed! Forhåndsvisninger af dias er kun til informationsformål og repræsenterer muligvis ikke alle funktionerne i præsentationen. Hvis du er interesseret i dette arbejde, bedes du downloade den fulde version.

Lektionens mål:

Uddannelsesmæssigt:

Eleverne skal gentage og generalisere den viden, der er opnået, mens de studerer emnet "Refleksion og brydning af lys": fænomenet retlinet udbredelse af lys i et homogent medium, loven om refleksion, loven om brydning, loven om total refleksion.
Overvej anvendelsen af love inden for videnskab, teknologi, optiske instrumenter, medicin, transport, byggeri, hverdagsliv, verden omkring os,
Kunne anvende den opnåede viden ved løsning af kvalitative, beregningsmæssige og eksperimentelle problemer;

Uddannelsesmæssigt:

udvide elevernes horisont, udvikle logisk tænkning og intelligens;
kunne foretage sammenligninger og komme med input;
udvikle monologtale, kunne tale foran et publikum.
lære at få information fra yderligere litteratur og internettet og analysere den.

Uddannelsesmæssigt:

skabe interesse for emnet fysik;
undervise i uafhængighed, ansvar, tillid;
skabe en situation med succes og venlig støtte under lektionen.

Udstyr og visuelle hjælpemidler:

Geometrisk optisk enhed, spejle, prismer, reflektorer, kikkerter, fiberoptik, eksperimentelle enheder.
Computer, videoprojektor, lærred, præsentation "Praktisk anvendelse af lovene for refleksion og brydning af lys"

Lektionsplan.

I. Emne og formål med lektionen (2 minutter)

II. Gentagelse (frontal undersøgelse) – 4 minutter

III. Anvendelse af ligehed af lysudbredelse. Problem (ved bestyrelsen). - 5 minutter

IV. Anvendelse af loven om lysreflektion. - 4 minutter

V. Anvendelse af loven om lysets brydning:

1) Erfaring - 4 minutter

2) Opgave - 5 minutter

VI Anvendelse af total intern refleksion af lys:

a) Optiske instrumenter – 4 minutter.

c) Fiberoptik – 4 minutter.

VII Mirages - 4 minutter

VIII.Selvstændigt arbejde – 7 min.

IX Opsummering af lektionen. Hjemmearbejde – 2 min.

I alt: 45 min

Under timerne

I. Lektionens emne, mål, mål, indhold . (Dias 1-2)

Epigrafi. (Slide 3)

En vidunderlig gave af evig natur,
En uvurderlig og hellig gave,
Den har en uendelig kilde
Nyder skønhed:
Himlen, solen, stjernernes udstråling,
Havet i strålende blåt -
Hele billedet af universet
Vi ved kun i lyset.
I.A. Bunin

II. Gentagelse

Lærer:

a) Geometrisk optik. (Slides 4-7)

Lys forplanter sig i en lige linje i et homogent medium. Eller i et homogent medium er lysstråler lige linjer

Linjen, langs hvilken lysenergi bevæger sig, kaldes en stråle. Ligheden af lysudbredelse ved en hastighed på 300.000 km/s bruges i geometrisk optik.

Eksempel: Det bruges ved kontrol af retheden af et høvlet bræt ved hjælp af en bjælke.

Evnen til at se ikke-lysende genstande skyldes, at enhver krop delvist reflekterer og delvist absorberer lyset, der falder på den. (Måne). Et medium, hvor lysudbredelseshastigheden er langsommere, er et optisk tættere medium. Lysbrydning er ændringen i retning af en lysstråle, når den krydser en grænse mellem medier. Lysets brydning forklares ved forskellen i lysets udbredelseshastighed, når det passerer fra et medium til et andet

b) Demonstration af fænomenet refleksion og brydning på "Optisk disk"-enheden

c) Spørgsmål til gentagelse. (Dias 8)

III. Anvendelse af ligehed af lysudbredelse. Problem (ved bestyrelsen).

a) Dannelse af skygge og penumbra. (Slide 9).

Ligheden af lysudbredelse forklarer dannelsen af skygge og penumbra. Hvis størrelsen af kilden er lille, eller hvis kilden er placeret i en afstand i sammenligning med hvilken størrelsen af kilden kan negligeres, opnås kun en skygge. Når lyskilden er stor, eller hvis kilden er tæt på motivet, skabes der uskarpe skygger (umbra og penumbra).

b) Belysning af Månen. (Slide 10).

Månen, på vej rundt om Jorden, oplyses af Solen; den selv gløder ikke.

1. nymåne, 3. første kvartal, 5. fuldmåne, 7. sidste kvartal.

c) Anvendelse af ligehed af lysudbredelse i byggeri, ved konstruktion af veje og broer. (Slides 11-14)

d) Opgave nr. 1352 (D) (elev ved tavlen). Længden af skyggen fra tv-tårnet Ostankino, oplyst af solen, viste sig på et tidspunkt at være lig med 600 m; længden af skyggen fra en person med en højde på 1,75 m på samme tidspunkt var lig med 2 m. Hvad er højden af tårnet? (Slide 15-16)

Konklusion: Ved hjælp af dette princip kan du bestemme højden af et utilgængeligt objekt: husets højde; højden af klinten; højden af et højt træ.

e) Spørgsmål til gentagelse. (Slide 17)

IV. Anvendelse af loven om lysreflektion. (Slides 18-21).

a) Spejle (elevs besked).

Lys, der møder ethvert objekt på sin vej, reflekteres fra dets overflade. Hvis det ikke er glat, så sker der refleksion i mange retninger og lyset spredes. Når overfladen er glat, så går alle strålerne fra den parallelt med hinanden og der opnås en spejlende refleksion. Sådan reflekteres lys normalt fra den frie overflade af hvilevæsker og fra spejle. Spejle kan have forskellige former. De er flade, sfæriske, cyoyndriske, parabolske osv. Lys, der kommer fra en genstand, spredes i form af stråler, som, der falder på spejlet, reflekteres. Hvis de efter dette igen samles på et tidspunkt, siger de, at handlingen af billedet af objektet opstod på det tidspunkt. Hvis strålerne forbliver adskilt, men på et tidspunkt konvergerer deres forlængelser, så ser det ud til, at strålerne udgår fra det, og det er der, objektet er placeret. Dette er det såkaldte virtuelle billede, som skabes i observationens fantasi. Ved hjælp af konkave spejle kan du projicere et billede på en overflade eller samle svagt lys, der kommer fra et fjernt objekt på et tidspunkt, som det sker, når du observerer stjerner ved hjælp af et reflekterende teleskop. I begge tilfælde er billedet ægte, andre spejle bruges til at se objektet i naturlig størrelse (almindelige flade spejle), forstørret (sådanne spejle medbringes i en håndtaske) eller formindsket (bakspejle i biler). De resulterende billeder er imaginære (virtuelle). Og ved hjælp af buede, ikke-sfæriske spejle kan du gøre billedet forvrænget.

V. Anvendelse af loven om lysets brydning. (Slides 22-23).

a) Strålernes vej i en glasplade .

b) Strålernes vej i et trekantet prisme . Konstruer og forklar. (Elev ved tavlen)

c) Erfaring: Anvendelse af brydningsloven. (Elevens besked.) (Slides 24)

Uerfarne badegæster er ofte udsat for stor fare, blot fordi de glemmer en mærkelig konsekvens af loven om lysets brydning. De ved ikke, at brydning synes at løfte alle genstande nedsænket i vand over deres sande position. Bunden af en dam, flod eller reservoir ser for øjet ud til at være hævet med næsten en tredjedel af dens dybde. Det er især vigtigt at vide dette for børn og små mennesker generelt, for hvem en fejl i dybdebestemmelsen kan være fatal. Årsagen er lysets brydning.

Erfaring: Læg en mønt i bunden af koppen foran eleverne sådan her. så det ikke er synligt for eleven. Bed ham om, uden at dreje hovedet, at hælde vand i en kop, så vil mønten "flyde op". Hvis du fjerner vand fra koppen med en sprøjte, vil bunden med mønten "gå ned" igen. Forklar oplevelsen. Udfør eksperimentet for alle derhjemme.

G) Opgave. Den sande dybde af reservoirområdet er 2 meter. Hvad er den tilsyneladende dybde for en person, der ser på bunden i en vinkel på 60° i forhold til vandoverfladen. Vandets brydningsindeks er 1,33. (Slides 25-26).

e) Spørgsmål til gennemgang . (Slide 27-28).

VI. Total intern refleksion. Optiske instrumenter

a) Total intern refleksion. Optiske instrumenter . (Elev besked)

(Slides 29-35)

Total intern refleksion opstår, når lys rammer grænsen mellem et optisk tættere medium og et mindre tæt medium. Total intern refleksion bruges i mange optiske enheder. Grænsevinklen for glas er 35°-40° afhængig af brydningsindekset for en given glastype. Derfor vil lys i 45° prismer opleve total intern refleksion.

Spørgsmål. Hvorfor er roterende og roterende prismer bedre at bruge end spejle?

a) De reflekterer næsten 100 lys, da de bedste spejle reflekterer mindre end 100. Billedet er lysere.

c) Deres egenskaber forbliver uændrede, da metalspejle falmer over tid på grund af oxidation af metallet.

Ansøgning. Roterende prismer bruges i periskoper. Vendbare prismer bruges i kikkerter. Ved transport bruges en hjørnereflektor - en reflektor; den er fastgjort på bagsiden - rød, foran - hvid, på cykelhjulens eger - orange. En retroreflektor eller optisk enhed, der reflekterer lyset tilbage til kilden, der oplyser det, uanset lysets indfaldsvinkel på overfladen. Alle køretøjer og farlige vejstrækninger er udstyret med dem. Fremstillet af glas eller plastik.

b) Spørgsmål til gentagelse. (Slide 36).

c) Fiberoptik . (Elev besked). (Slides 37-42).

Fiberoptik er baseret på total intern refleksion af lys. Fibrene er enten glas eller plastik. Deres diameter er meget lille - et par mikrometer. Et bundt af disse tynde fibre kaldes en lysleder; lys bevæger sig langs den næsten uden tab, selvom lyslederen får en kompleks form. Dette bruges i dekorative lamper, til belysning af stråler i springvand.

Lysledere bruges til at transmittere signaler i telefon og andre former for kommunikation. Signalet er en moduleret lysstråle og transmitteres med mindre tab end ved transmission af et elektrisk signal gennem kobbertråde.

Lysledere bruges i medicin til at transmittere klare billeder. Ved at indsætte et "endoskop" gennem spiserøret er lægen i stand til at undersøge mavesækkens vægge. Nogle fibre sender lys for at oplyse maven, mens andre bærer reflekteret lys. Jo flere fibre og jo tyndere de er, jo bedre er billedet. Et endoskop er nyttigt, når man undersøger maven og andre svært tilgængelige områder, når man forbereder en patient til operation, eller når man leder efter skader og skader uden operation.

I lyslederen reflekteres lyset fuldstændigt fra den indvendige overflade af glasfiberen eller den gennemsigtige plastikfiber. Der er linser i hver ende af lyslederen. For enden vendt mod objektet. linsen forvandler strålerne, der udgår fra den, til en parallel stråle. For enden, der vender mod observatøren, er der et teleskop, som giver dig mulighed for at se billedet.

VII. Mirages. (Elev fortæller, lærer afslutter) (Slides 43-46).

Napoleons franske hær stødte på et fatamorgana i Egypten i det 18. århundrede. Soldaterne så en "sø med træer" forude. Mirage er et fransk ord, der betyder "at reflektere som i et spejl". Solens stråler passerer gennem luftspejlet og giver anledning til "mirakler". Hvis jorden er godt opvarmet, så er det nederste luftlag meget varmere end lagene placeret ovenover.

Mirage er et optisk fænomen i en klar, rolig atmosfære med varierende temperaturer af dets individuelle lag, der består i, at usynlige genstande placeret uden for horisonten reflekteres i en brudt form i luften.

Derfor rejser solens stråler, der trænger ind i luftlaget, aldrig lige, men er buede. Dette fænomen kaldes refraktion.

Mirage har mange ansigter. Det kan være enkelt, komplekst, øvre, nedre, side.

Når de nederste luftlag er godt opvarmet, observeres en ringere luftspejling - et imaginært omvendt billede af objekter. Dette sker oftest i stepper og ørkener. Denne type fatamorgana kan ses i Centralasien, Kasakhstan og Volga-regionen.

Hvis jordlagene af luft er meget koldere end de øverste, så opstår der en øvre luftspejling - billedet kommer fra jorden og hænger i luften. Objekter fremstår tættere og højere, end de i virkeligheden er. Denne type fatamorgana observeres tidligt om morgenen, når solens stråler endnu ikke har haft tid til at varme Jorden.

På havets overflade på varme dage ser søfolk skibe suspenderet i luften og endda genstande langt ud over horisonten.

VIII. Selvstændigt arbejde. Prøve - 5 minutter. (Slides 47-53).

1. Vinklen mellem den indfaldende stråle og spejlplanet er 30°. Hvad er reflektionsvinklen?

2. Hvorfor er rødt et faresignal for transport?

a) forbundet med blodets farve;

b) fanger bedre øjet;

c) har det laveste brydningsindeks;

d) har den mindste spredning i luften

3. Hvorfor bruger bygningsarbejdere orange hjelme?

a) orange farve er tydeligt synlig på afstand;

b) ændrer sig lidt under dårligt vejr;

c) har den mindste lysspredning;

d) i henhold til arbejdssikkerhedskrav.

4. Hvordan kan vi forklare lysets spil i ædelstene?

a) deres kanter er omhyggeligt poleret;

b) højt brydningsindeks;

c) stenen har form af et regulært polyeder;

d) korrekt placering af ædelstenen i forhold til lysstrålerne.

5. Hvordan vil vinklen mellem de stråler, der falder ind på et fladt spejl, og reflekterede stråler ændre sig, hvis indfaldsvinklen øges med 15°?

a) vil stige med 30°;

b) vil falde med 30°;

c) vil stige med 15°;

d) vil stige med 15°;

6. Hvad er lysets hastighed i diamant, hvis brydningsindekset er 2,4?

a) ca. 2.000.000 km/s;

b) ca. 125.000 km/s;

c) lysets hastighed afhænger ikke af mediet, dvs. 300.000 km/s;

d) 720000 km/s.

IX. Opsummering af lektionen. Lektier. (Slides 54-56).

Analyse og evaluering af elevernes aktiviteter i klasseværelset. Eleverne diskuterer lektionens effektivitet med læreren og evaluerer deres præstationer.

1. Hvor mange rigtige svar fik du?

3. Lærte du noget nyt?

4. Bedste højttaler.

2) Lav eksperimentet med en mønt derhjemme.

Litteratur

Gorodetsky D.N. Prøvearbejde i fysik "Higher School" 1987
Demkovich V.P. Samling af problemer i fysik "Oplysning" 2004
Giancole D. Fysik. Forlaget "Mir" 1990
Perelman A.I. Underholdende fysik-forlag "Science" 1965
Lansberg G.D. Lærebog i elementær fysik Nauka Publishing House 1972
Internetressourcer

(Fiberoptik) Praktisk anvendelse af fænomenet total refleksion!

Anvendelse af total refleksion af lys 1. Når en regnbue dannes 2. For at lede lys langs en buet bane a) Fiberoptiske kommunikationslinjer (FOCL) b) Fiberoptiske lamper c) Til undersøgelse af indre menneskelige organer (endoskoper)

Skema for regnbuedannelse 1) sfærisk dråbe, 2) intern refleksion, 3) primær regnbue, 4) brydning, 5) sekundær regnbue, 6) indkommende lysstråle, 7) strålebane under dannelsen af en primær regnbue, 8) strålebane under dannelsen af en sekundær regnbue, 9) observatør, 10-12) område med regnbuedannelse.

For at lede lys langs en buet bane bruges optiske fibre, som er tynde (fra flere mikrometer til millimeter) vilkårligt buede tråde lavet af et optisk gennemsigtigt materiale (glas, kvarts). Lys, der falder ind på enden af lyslederen, kan bevæge sig langs den over lange afstande på grund af total intern refleksion fra sidefladerne. Optiske fibre bruges til at lave kabler til fiberoptisk kommunikation Fiberoptisk kommunikation bruges til telefonkommunikation og højhastighedsinternet.

Optisk fiberkabel

Fordele ved fiberoptiske linjer Fiberoptiske linjer har en række fordele i forhold til kablede (kobber) og radiorelækommunikationssystemer: Lav signaldæmpning giver dig mulighed for at transmittere information over en meget større afstand uden brug af forstærkere. Den høje båndbredde af optisk fiber giver dig mulighed for at transmittere information ved høje hastigheder, der ikke kan opnås af andre kommunikationssystemer. Høj pålidelighed af det optiske miljø: Optiske fibre oxiderer ikke, bliver ikke våde og er ikke udsat for svag elektromagnetisk påvirkning. Informationssikkerhed - information transmitteres via optisk fiber "fra punkt til punkt." Det er umuligt at oprette forbindelse til fiberen og læse den transmitterede information uden at beskadige den. Høj beskyttelse mod interfiberpåvirkninger. Strålingen i den ene fiber har absolut ingen effekt på signalet i den tilstødende fiber. Brand- og eksplosionssikkerhed ved måling af fysiske og kemiske parametre Små dimensioner og vægt Ulemper ved fiberoptiske linjer Den optiske fibers relative skrøbelighed. Hvis kablet er kraftigt bøjet, kan fibrene knække eller blive uklare på grund af forekomsten af mikrorevner. Kompleks teknologi til fremstilling af både selve fiberen og komponenterne i den fiberoptiske forbindelse. Vanskeligheder ved signalkonvertering Relativt dyrt optisk terminaludstyr Fiber bliver over tid uklar på grund af aldring.

Optisk fiber belysning

Endoskop (fra græsk ένδον - indvendig og græsk σκοπέω - inspektion) er en gruppe optiske apparater til forskellige formål. Der er medicinske og tekniske endoskoper. Tekniske endoskoper bruges til at inspicere svært tilgængelige hulrum i maskiner og udstyr under vedligeholdelse og ydelsesvurdering (turbinevinger, forbrændingsmotorcylindre, vurdering af rørledningers tilstand osv.), derudover anvendes tekniske endoskoper i sikkerhedssystemer at inspicere skjulte hulrum (herunder til inspektion af gastanke i tolden. Medicinske endoskoper bruges i medicin til undersøgelse og behandling af hule indre menneskelige organer (spiserør, mave, bronkier, urinrør, blære, kvindelige reproduktive organer, nyrer, høreorganer ), samt mave- og andre kropshuler.

Tak for din opmærksomhed!)

Aktivitet

Digitalt periskop

Her er en teknisk nyhed.

Den traditionelle optiske kanal af eksisterende periskoper er erstattet af højopløsningsvideokameraer og fiberoptisk kommunikation. Information fra eksterne overvågningskameraer transmitteres i realtid til et bredformatdisplay i det centrale kontrolrum.

Testene finder sted ombord på Los Angeles-klassens ubåd SSN 767 Hampton. Den nye model ændrer fuldstændig den årtier gamle praksis med at arbejde med et periskop. Vagtbetjenten betjener nu de bommonterede kameraer og justerer displayet ved hjælp af et joystick og et tastatur.

Ud over visningen i den centrale stolpe kan billedet fra periskopet vises på et vilkårligt stort antal skærme i ethvert rum i båden. Kameraerne gør det muligt samtidigt at observere forskellige sektorer af horisonten, hvilket markant øger hastigheden af urets reaktion på ændringer i den taktiske situation på overfladen.

Hvordan forklarer man "stenspillet"? I smykker er udskæringen af sten valgt, så der er en fuldstændig refleksion af lys på hvert ansigt.

Et komplet internt fænomen forklarer fænomenet luftspejling

Et fatamorgana er et optisk fænomen i atmosfæren: lysreflektion ved en grænse mellem luftlag, der er skarpt forskellige i varme. For en observatør betyder en sådan refleksion, at sammen med et fjernt objekt (eller en del af himlen) er dets virtuelle billede synligt, forskudt i forhold til objektet.

Mirage er opdelt i nederste, synlige under objektet, øverste, over objektet og sider. Den overordnede luftspejling observeres over den kolde jordoverflade, den ringere luftspejling observeres over en overophedet flad overflade, ofte en ørken eller en asfaltvej. Det virtuelle billede af himlen skaber en illusion af vand på overfladen. Så vejen, der strækker sig i det fjerne på en varm sommerdag, virker våd. En sidemirage observeres nogle gange nær meget opvarmede vægge eller klipper.

Ved en bestemt lysindfaldsvinkel $(\alpha )_(pad)=(\alpha )_(pred)$, som kaldes grænse vinkel, brydningsvinklen er lig med $\frac(\pi )(2),\ $i dette tilfælde glider den brudte stråle langs grænsefladen mellem medierne, derfor er der ingen brudt stråle. Så ud fra brydningsloven kan vi skrive at:

Billede 1.

I tilfælde af total refleksion er ligningen:

har ingen løsning i området af reelle værdier af brydningsvinklen ($(\alpha )_(pr)$). I dette tilfælde er $cos((\alpha )_(pr))$ en rent imaginær størrelse. Hvis vi vender os til Fresnel-formlerne, er det praktisk at præsentere dem i form:

hvor indfaldsvinklen er betegnet $\alpha $ (for kortheds skyld), er $n$ brydningsindekset for mediet, hvor lyset udbreder sig.

Note 1

Det skal bemærkes, at den inhomogene bølge ikke forsvinder i det andet medium. Så hvis $\alpha =(\alpha )_0=(arcsin \left(n\right),\ then\ )$ $E_(pr\bot )=2E_(pr\bot ).$ Overtrædelser af bevaringsloven af energi i et givet tilfælde nr. Da Fresnels formler er gyldige for et monokromatisk felt, det vil sige for en steady-state proces. I dette tilfælde kræver loven om bevarelse af energi, at den gennemsnitlige ændring i energi over perioden i det andet medium er lig med nul. Bølgen og den tilsvarende brøkdel af energi trænger gennem grænsefladen ind i det andet medium til en lille dybde af størrelsesordenen af bølgelængden og bevæger sig i den parallelt med grænsefladen med en fasehastighed, der er mindre end fasehastigheden af bølgen i andet medium. Den vender tilbage til det første medie på et punkt, der er forskudt i forhold til indgangspunktet.

Bølgens indtrængen i det andet medium kan observeres eksperimentelt. Intensiteten af lysbølgen i det andet medium er kun mærkbar ved afstande, der er kortere end bølgelængden. Nær grænsefladen, hvorpå lysbølgen falder og gennemgår total refleksion, kan gløden af et tyndt lag ses på siden af det andet medium, hvis der er et fluorescerende stof i det andet medium.

Total refleksion får luftspejlinger til at opstå, når jordens overflade er varm. Den fuldstændige refleksion af lys, der kommer fra skyer, fører således til det indtryk, at der er vandpytter på overfladen af opvarmet asfalt.

Under almindelig refleksion er relationerne $\frac(E_(otr\bot ))(E_(pad\bot ))$ og $\frac(E_(otr//))(E_(pad//))$ altid reelle . Ved fuld refleksion er de komplekse. Det betyder, at i dette tilfælde gennemgår bølgens fase et spring, mens den er forskellig fra nul eller $\pi $. Hvis bølgen er polariseret vinkelret på indfaldsplanet, så kan vi skrive:

hvor $(\delta )_(\bot )$ er det ønskede fasespring. Lad os sætte lighedstegn mellem de reelle og imaginære dele, vi har:

Fra udtryk (5) får vi:

For en bølge, der er polariseret i indfaldsplanet, kan man følgelig opnå:

Fasespringene $(\delta )_(//)$ og $(\delta )_(\bot )$ er ikke ens. Den reflekterede bølge vil være elliptisk polariseret.

Anvendelse af total refleksion

Lad os antage, at to identiske medier er adskilt af en tynd luftspalte. En lysbølge falder på den i en vinkel, der er større end den begrænsende. Det kan ske, at det trænger ind i luftspalten som en uensartet bølge. Hvis tykkelsen af mellemrummet er lille, vil denne bølge nå den anden grænse af stoffet og vil ikke blive meget svækket. Efter at have passeret fra luftgabet ind i stoffet, vil bølgen blive tilbage til en homogen. Et sådant eksperiment blev udført af Newton. Videnskabsmanden pressede et andet prisme, som var slebet sfærisk, til hypotenusfladen af det rektangulære prisme. I dette tilfælde passerede lyset ind i det andet prisme ikke kun, hvor de rører ved, men også i en lille ring omkring kontakten, på et sted, hvor tykkelsen af mellemrummet er sammenlignelig med bølgelængden. Hvis observationerne blev udført i hvidt lys, havde kanten af ringen en rødlig farve. Dette er, som det skal være, da penetrationsdybden er proportional med bølgelængden (for røde stråler er den større end for blå). Ved at ændre tykkelsen af mellemrummet kan du ændre intensiteten af det transmitterede lys. Dette fænomen dannede grundlaget for den lette telefon, som blev patenteret af Zeiss. I denne enhed er et af medierne en gennemsigtig membran, som vibrerer under påvirkning af lyd, der falder på den. Lys, der passerer gennem en luftspalte, ændrer intensitet i takt med ændringer i lydintensitet. Når den rammer en fotocelle, genererer den vekselstrøm, som ændres i overensstemmelse med ændringer i lydintensiteten. Den resulterende strøm forstærkes og bruges yderligere.

Fænomenerne med bølgegennemtrængning gennem tynde huller er ikke specifikke for optik. Dette er muligt for en bølge af enhver art, hvis fasehastigheden i mellemrummet er højere end fasehastigheden i miljøet. Dette fænomen er af stor betydning i kerne- og atomfysik.

Fænomenet total intern refleksion bruges til at ændre retningen af lysets udbredelse. Prismer bruges til dette formål.

Eksempel 1

Dyrke motion: Giv et eksempel på fænomenet total refleksion, som forekommer hyppigt.

Løsning:

Vi kan give følgende eksempel. Hvis motorvejen er meget varm, så er lufttemperaturen maksimal nær asfaltoverfladen og falder med stigende afstand fra vejen. Det betyder, at luftens brydningsindeks er minimalt ved overfladen og stiger med stigende afstand. Som et resultat af dette reflekteres stråler, der har en lille vinkel i forhold til motorvejens overflade, fuldstændigt. Hvis du koncentrerer din opmærksomhed, mens du kører i en bil, på et passende stykke af motorvejens overflade, kan du se en bil køre ret langt foran på hovedet.

Eksempel 2

Dyrke motion: Hvad er Brewster-vinklen for en lysstråle, der falder på overfladen af en krystal, hvis den begrænsende vinkel for total refleksion for en given stråle ved luft-krystal-grænsefladen er 400?

Løsning:

\[(tg(\alpha )_b)=\frac(n)(n_v)=n\venstre(2.2\højre).\]

Fra udtryk (2.1) har vi:

Lad os erstatte højre side af udtryk (2.3) med formel (2.2) og udtrykke den ønskede vinkel:

\[(\alpha )_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left((\alpha )_(pred)\right)\ ))\right).\]

Lad os udføre beregningerne:

\[(\alpha )_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left(40()^\circ \right)\ ))\right)\ca. 57()^\circ .\]

Svar:$(\alpha )_b=57()^\circ .$