ในกรณีที่ใช้การสะท้อนภายในทั้งหมด การประยุกต์ใช้การสะท้อนภายในทั้งหมด

ก่อนอื่นลองจินตนาการดูสักหน่อย ลองนึกภาพวันหนึ่งในฤดูร้อนก่อนคริสต์ศักราช มนุษย์ดึกดำบรรพ์ใช้หอกเพื่อล่าปลา เขาสังเกตเห็นตำแหน่งของมัน เล็งและโจมตีด้วยเหตุผลบางอย่างในสถานที่ซึ่งไม่สามารถมองเห็นปลาได้เลย พลาดเหรอ? ไม่สิ ชาวประมงมีเหยื่ออยู่ในมือแล้ว! ประเด็นก็คือบรรพบุรุษของเราเข้าใจหัวข้อที่เราจะศึกษาตอนนี้โดยสัญชาตญาณ ในชีวิตประจำวันเราจะเห็นว่าช้อนที่หย่อนลงในแก้วน้ำจะมีลักษณะบิดเบี้ยว เมื่อเรามองผ่านขวดแก้ว วัตถุต่างๆ จะมีลักษณะบิดเบี้ยว เราจะพิจารณาคำถามเหล่านี้ทั้งหมดในบทเรียนซึ่งมีหัวข้อคือ: "การหักเหของแสง กฎการหักเหของแสง การสะท้อนภายในที่สมบูรณ์"

ในบทเรียนก่อนหน้านี้ เราได้พูดคุยเกี่ยวกับชะตากรรมของลำแสงในสองกรณี: จะเกิดอะไรขึ้นหากลำแสงแพร่กระจายในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันโปร่งใส คำตอบที่ถูกต้องคือมันจะกระจายเป็นเส้นตรง จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อลำแสงตกบนส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสอง? ในบทเรียนที่แล้ว เราได้พูดถึงลำแสงสะท้อน วันนี้เราจะมาดูส่วนของลำแสงที่ถูกตัวกลางดูดกลืนไว้

ชะตากรรมของรังสีที่ทะลุผ่านจากตัวกลางโปร่งใสเชิงแสงตัวแรกไปยังตัวกลางโปร่งใสเชิงแสงตัวที่สองจะเป็นอย่างไร

ข้าว. 1. การหักเหของแสง

หากลำแสงตกบนรอยต่อระหว่างตัวกลางโปร่งใสสองตัว พลังงานแสงส่วนหนึ่งจะกลับสู่ตัวกลางตัวแรก สร้างลำแสงสะท้อน และอีกส่วนหนึ่งจะผ่านเข้าด้านในตัวกลางตัวที่สอง และตามกฎแล้วจะเปลี่ยนทิศทางของมัน

เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงทิศทางการแพร่กระจายของแสงเมื่อมันผ่านส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสอง การหักเหของแสง(รูปที่ 1)

ข้าว. 2. มุมตกกระทบ การหักเห และการสะท้อน

ในรูปที่ 2 เราเห็นลำแสงตกกระทบ มุมตกกระทบจะแสดงด้วย α รังสีที่จะกำหนดทิศทางของลำแสงหักเหจะเรียกว่ารังสีหักเห มุมระหว่างตั้งฉากกับส่วนต่อประสานที่สร้างขึ้นใหม่จากจุดตกกระทบและรังสีหักเหเรียกว่ามุมของการหักเห ในรูปคือมุม γ เพื่อให้ภาพสมบูรณ์ เราจะให้ภาพของลำแสงสะท้อนและมุมสะท้อน β ตามลำดับ ความสัมพันธ์ระหว่างมุมตกกระทบและมุมการหักเหของแสงคืออะไร? เป็นไปได้ไหมที่จะทำนายโดยรู้มุมตกกระทบและลำแสงที่ผ่านเข้าสู่ตัวกลางใดมุมของการหักเหจะเป็นอย่างไร? ปรากฎว่ามันเป็นไปได้!

เราได้รับกฎหมายที่อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างมุมตกกระทบและมุมการหักเหในเชิงปริมาณ ลองใช้หลักการของฮอยเกนส์ ซึ่งควบคุมการแพร่กระจายของคลื่นในตัวกลาง กฎหมายประกอบด้วยสองส่วน

รังสีตกกระทบ รังสีหักเห และเส้นตั้งฉากกลับคืนสู่จุดเกิดเหตุอยู่ในระนาบเดียวกัน.

อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบต่อไซน์ของมุมการหักเหเป็นค่าคงที่สำหรับตัวกลางสองตัวที่กำหนด และเท่ากับอัตราส่วนของความเร็วแสงในตัวกลางเหล่านี้

กฎนี้เรียกว่ากฎของสเนลล์ เพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ผู้คิดค้นกฎนี้ขึ้นเป็นครั้งแรก สาเหตุของการหักเหคือความเร็วแสงที่แตกต่างกันในสื่อต่างๆ คุณสามารถตรวจสอบความถูกต้องของกฎการหักเหของแสงได้โดยการทดลองส่องลำแสงที่มุมต่างๆ ไปยังจุดเชื่อมต่อระหว่างตัวกลางทั้งสอง และวัดมุมตกกระทบและการหักเหของแสง ถ้าเราเปลี่ยนมุมเหล่านี้ วัดไซน์ และหาอัตราส่วนของไซน์ของมุมเหล่านี้ เราจะมั่นใจว่ากฎการหักเหของแสงนั้นใช้ได้จริง

การพิสูจน์กฎการหักเหของแสงโดยใช้หลักการของไฮเกนส์เป็นการยืนยันลักษณะคลื่นของแสงอีกประการหนึ่ง

ดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์ n 21 แสดงจำนวนเท่าของความเร็วแสง V 1 ในตัวกลางตัวแรกที่แตกต่างจากความเร็วแสง V 2 ในตัวกลางตัวที่สอง

ดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์เป็นการแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงความจริงที่ว่าสาเหตุที่แสงเปลี่ยนทิศทางเมื่อส่งผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่งก็คือความเร็วแสงที่แตกต่างกันในตัวกลางทั้งสอง แนวคิดเรื่อง "ความหนาแน่นของแสงของตัวกลาง" มักใช้เพื่อระบุคุณลักษณะทางแสงของตัวกลาง (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. ความหนาแน่นทางแสงของตัวกลาง (α > γ)

หากรังสีเคลื่อนผ่านจากตัวกลางที่มีความเร็วแสงสูงกว่าไปยังตัวกลางที่มีความเร็วแสงต่ำกว่า ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 3 และกฎการหักเหของแสง รังสีนั้นจะถูกกดทับฉากตั้งฉาก นั่นคือ มุมการหักเหจะน้อยกว่ามุมตกกระทบ ในกรณีนี้ กล่าวกันว่าลำแสงได้ผ่านจากตัวกลางแสงที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นทางแสงมากขึ้น ตัวอย่าง: จากอากาศสู่น้ำ จากน้ำสู่แก้ว

สถานการณ์ตรงกันข้ามก็เป็นไปได้เช่นกัน: ความเร็วของแสงในตัวกลางแรกน้อยกว่าความเร็วแสงในตัวกลางที่สอง (รูปที่ 4)

ข้าว. 4. ความหนาแน่นของแสงของตัวกลาง (α< γ)

จากนั้นมุมการหักเหจะมากกว่ามุมตกกระทบ และการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวอาจกล่าวได้ว่าเกิดจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นทางแสงมากกว่าไปเป็นตัวกลางที่มีความหนาแน่นทางแสงน้อยกว่า (จากแก้วสู่น้ำ)

ความหนาแน่นของแสงของสื่อทั้งสองอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นสถานการณ์ที่แสดงในภาพถ่ายจึงเป็นไปได้ (รูปที่ 5):

ข้าว. 5. ความแตกต่างของความหนาแน่นทางแสงของสื่อ

สังเกตว่าศีรษะถูกแทนที่เมื่อเทียบกับร่างกายในของเหลวอย่างไร ในสภาพแวดล้อมที่มีความหนาแน่นของแสงสูงกว่า

อย่างไรก็ตาม ดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์ไม่ใช่คุณลักษณะที่สะดวกในการใช้งานเสมอไป เนื่องจากขึ้นอยู่กับความเร็วของแสงในตัวกลางที่หนึ่งและตัวที่สอง แต่อาจมีการผสมผสานและการรวมกันของตัวกลางทั้งสองดังกล่าวได้มากมาย (น้ำ - อากาศ แก้ว-เพชร กลีเซอรีน-แอลกอฮอล์ แก้ว-น้ำ และอื่นๆ) ตารางจะยุ่งยากมากการทำงานจะไม่สะดวกและจากนั้นพวกเขาก็แนะนำสื่อสัมบูรณ์ตัวหนึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับความเร็วแสงในสื่ออื่นที่เปรียบเทียบ สุญญากาศถูกเลือกให้เป็นค่าสัมบูรณ์ และความเร็วแสงถูกนำมาเปรียบเทียบกับความเร็วแสงในสุญญากาศ

ดัชนีการหักเหสัมบูรณ์ของตัวกลาง n- นี่คือปริมาณที่แสดงลักษณะความหนาแน่นของแสงของตัวกลางและเท่ากับอัตราส่วนของความเร็วแสง กับในสุญญากาศจนมีความเร็วแสงในสภาพแวดล้อมที่กำหนด

ดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์สะดวกกว่าในการทำงาน เนื่องจากเรารู้ความเร็วแสงในสุญญากาศเสมอ ซึ่งมีค่าเท่ากับ 3·10 8 m/s และเป็นค่าคงที่ทางกายภาพสากล

ดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ภายนอก เช่น อุณหภูมิ ความหนาแน่น และความยาวคลื่นของแสงด้วย ดังนั้น ตารางมักจะระบุดัชนีการหักเหของแสงเฉลี่ยสำหรับช่วงความยาวคลื่นที่กำหนด หากเราเปรียบเทียบดัชนีการหักเหของอากาศ น้ำ และแก้ว (รูปที่ 6) เราจะเห็นว่าอากาศมีดัชนีการหักเหของแสงใกล้เคียงกับเอกภาพ ดังนั้นเราจะถือว่ามันเป็นเอกภาพเมื่อแก้ไขปัญหา

ข้าว. 6. ตารางดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์สำหรับสื่อต่างๆ

การได้รับความสัมพันธ์ระหว่างดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์และสัมพัทธ์ของตัวกลางไม่ใช่เรื่องยาก

ดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์ กล่าวคือ สำหรับรังสีที่ส่งผ่านจากตัวกลาง 1 ถึงตัวกลาง 2 จะเท่ากับอัตราส่วนของดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ในตัวกลางที่สองต่อดัชนีการหักเหของแสงสัมบูรณ์ในตัวกลางที่ 1

ตัวอย่างเช่น: = ≈ 1,16

หากดัชนีการหักเหสัมบูรณ์ของสื่อทั้งสองมีค่าใกล้เคียงกัน นั่นหมายความว่าดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์เมื่อส่งผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลางจะเท่ากับความสามัคคี กล่าวคือ รังสีแสงจะไม่หักเหจริงๆ ตัวอย่างเช่น เมื่อผ่านจากน้ำมันโป๊ยกั๊กไปยังอัญมณีเบริล แสงจะไม่โค้งงอ กล่าวคือ แสงจะมีพฤติกรรมเหมือนกับเมื่อผ่านน้ำมันโป๊ยกั๊ก เนื่องจากดัชนีการหักเหของแสงอยู่ที่ 1.56 และ 1.57 ตามลำดับ ดังนั้นอัญมณีจึงสามารถ ราวกับซ่อนอยู่ในของเหลวก็มองไม่เห็น

ถ้าเราเทน้ำลงในแก้วใสและมองผ่านผนังกระจกเข้าไปในแสง เราจะเห็นเงาสีเงินบนพื้นผิวเนื่องจากปรากฏการณ์การสะท้อนภายในทั้งหมด ซึ่งเราจะหารือกันในตอนนี้ เมื่อลำแสงส่องผ่านจากตัวกลางเชิงแสงที่มีความหนาแน่นมากขึ้นไปยังตัวกลางเชิงแสงที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า ก็สามารถสังเกตเห็นเอฟเฟกต์ที่น่าสนใจได้ เพื่อความชัดเจน เราจะถือว่าแสงมาจากน้ำสู่อากาศ สมมติว่าในส่วนลึกของอ่างเก็บน้ำมีแหล่งกำเนิดแสง S ซึ่งเปล่งรังสีออกไปทุกทิศทาง เช่น นักดำน้ำส่องไฟฉาย

ลำแสง SO 1 ตกลงบนผิวน้ำในมุมที่เล็กที่สุด ลำแสงนี้จะหักเหบางส่วน - ลำแสง O 1 A 1 และสะท้อนกลับลงไปในน้ำบางส่วน - ลำแสง O 1 B 1 ดังนั้นพลังงานส่วนหนึ่งของลำแสงตกกระทบจึงถูกถ่ายโอนไปยังลำแสงหักเห และพลังงานที่เหลือจะถูกถ่ายโอนไปยังลำแสงสะท้อน

ข้าว. 7. การสะท้อนภายในทั้งหมด

ลำแสง SO 2 ซึ่งมีมุมตกกระทบมากกว่าก็แบ่งออกเป็นสองลำแสง: หักเหและสะท้อน แต่พลังงานของลำแสงดั้งเดิมมีการกระจายระหว่างกันต่างกัน: ลำแสงหักเห O 2 A 2 จะหรี่ลงกว่า O 1 ลำแสง 1 นั่นคือจะได้รับส่วนแบ่งพลังงานน้อยลงและลำแสงสะท้อน O 2 B 2 ตามลำดับจะสว่างกว่าลำแสง O 1 B 1 นั่นคือจะได้รับพลังงานมากขึ้น เมื่อมุมตกกระทบเพิ่มขึ้น ก็จะสังเกตเห็นรูปแบบเดียวกัน - ส่วนแบ่งพลังงานของลำแสงตกกระทบที่มากขึ้นเรื่อยๆ จะถูกส่งไปยังลำแสงสะท้อน และส่วนแบ่งของลำแสงหักเหจะน้อยลงเรื่อยๆ ลำแสงหักเหจะหรี่ลงและหรี่ลง และเมื่อถึงจุดหนึ่งก็หายไปโดยสิ้นเชิง การหายไปนี้เกิดขึ้นเมื่อมันไปถึงมุมตกกระทบ ซึ่งสอดคล้องกับมุมการหักเหของแสง 90 0 ในสถานการณ์เช่นนี้ ลำแสงหักเห OA ควรขนานกับผิวน้ำ แต่ไม่มีอะไรเหลือให้ไป - พลังงานทั้งหมดของลำแสงตกกระทบ SO ไปที่ลำแสงสะท้อน OB ทั้งหมด ตามธรรมชาติแล้ว เมื่อมุมตกกระทบเพิ่มขึ้นอีก ลำแสงหักเหจะหายไป ปรากฏการณ์ที่อธิบายไว้คือการสะท้อนกลับภายในทั้งหมด นั่นคือตัวกลางแสงที่มีความหนาแน่นมากขึ้นในมุมที่พิจารณาจะไม่ปล่อยรังสีออกจากตัวมันเอง แต่ทั้งหมดจะสะท้อนกลับเข้าไปข้างใน มุมที่เกิดปรากฏการณ์นี้เรียกว่า มุมจำกัดของการสะท้อนภายในทั้งหมด

ค่าของมุมจำกัดหาได้ง่ายจากกฎการหักเห:

= => = อาร์คซินสำหรับน้ำ data 49 0

การประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์การสะท้อนภายในทั้งหมดที่น่าสนใจและได้รับความนิยมมากที่สุดคือสิ่งที่เรียกว่าท่อนำคลื่นหรือใยแก้วนำแสง นี่เป็นวิธีการส่งสัญญาณที่บริษัทโทรคมนาคมสมัยใหม่ใช้บนอินเทอร์เน็ต

เราได้รับกฎการหักเหของแสง และนำเสนอแนวคิดใหม่ - ดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์และสัมบูรณ์ และยังเข้าใจปรากฏการณ์ของการสะท้อนภายในทั้งหมดและการประยุกต์ของมัน เช่น ใยแก้วนำแสง คุณสามารถรวบรวมความรู้ของคุณได้โดยการวิเคราะห์การทดสอบและเครื่องจำลองที่เกี่ยวข้องในส่วนบทเรียน

ขอให้เราพิสูจน์กฎการหักเหของแสงโดยใช้หลักการของฮอยเกนส์ สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่าสาเหตุของการหักเหคือความแตกต่างของความเร็วแสงในสื่อสองชนิดที่แตกต่างกัน ให้เราแสดงความเร็วแสงในตัวกลางแรกเป็น V 1 และในตัวกลางที่สองเป็น V 2 (รูปที่ 8)

ข้าว. 8. การพิสูจน์กฎการหักเหของแสง

ปล่อยให้คลื่นแสงระนาบตกลงบนส่วนเชื่อมต่อแบบเรียบระหว่างสื่อทั้งสอง เช่น จากอากาศสู่น้ำ พื้นผิวคลื่น AS ตั้งฉากกับรังสี และ ส่วนต่อประสานระหว่างสื่อ MN เข้าถึงได้ครั้งแรกด้วยรังสี และรังสีไปถึงพื้นผิวเดียวกันหลังจากช่วงเวลา ∆t ซึ่งจะเท่ากับเส้นทาง SV หารด้วยความเร็ว ของแสงในตัวกลางแรก

ดังนั้น ณ เวลาที่คลื่นทุติยภูมิที่จุด B เริ่มตื่นเต้น คลื่นจากจุด A มีรูปแบบของซีกโลกที่มีรัศมี AD อยู่แล้ว ซึ่งเท่ากับความเร็วแสงในตัวกลางที่สองที่ ∆ t: AD = ·∆t นั่นคือหลักการของฮอยเกนส์ในการแสดงภาพ พื้นผิวคลื่นของคลื่นหักเหสามารถหาได้โดยการวาดเส้นสัมผัสพื้นผิวกับคลื่นทุติยภูมิในตัวกลางที่สอง ซึ่งมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่รอยต่อระหว่างตัวกลาง ในกรณีนี้คือระนาบ BD ซึ่งเป็นเปลือกของ คลื่นทุติยภูมิ มุมตกกระทบ α ของลำแสงเท่ากับมุม CAB ในรูปสามเหลี่ยม ABC ด้านข้างของมุมใดมุมหนึ่งเหล่านี้จะตั้งฉากกับด้านข้างของอีกมุมหนึ่ง ดังนั้น SV จะเท่ากับความเร็วแสงในตัวกลางที่ 1 ด้วย ∆t

CB = ∆t = AB บาป α

ในทางกลับกัน มุมการหักเหจะเท่ากับมุม ABD ในรูปสามเหลี่ยม ABD ดังนั้น:

AD = ∆t = АВ บาป γ

เมื่อแบ่งนิพจน์ทีละเทอมเราจะได้:

n เป็นค่าคงที่ที่ไม่ขึ้นอยู่กับมุมตกกระทบ

เราได้รับกฎการหักเหของแสง ไซน์ของมุมตกกระทบต่อไซน์ของมุมการหักเหของแสงเป็นค่าคงที่ของสื่อทั้งสองนี้ และเท่ากับอัตราส่วนของความเร็วแสงในสื่อทั้งสองที่กำหนด

ภาชนะทรงลูกบาศก์ที่มีผนังทึบแสงอยู่ในตำแหน่งที่ตาของผู้สังเกตจะไม่เห็นก้นของมัน แต่มองเห็นผนังของแผ่นซีดีของภาชนะได้ทั้งหมด ต้องเทน้ำลงในภาชนะเท่าใดจึงจะมองเห็นวัตถุ F ซึ่งอยู่ห่างจากมุม D ได้ 10 ซม. ขอบเรือ α = 40 ซม. (รูปที่ 9)

อะไรคือสิ่งที่สำคัญมากเมื่อแก้ไขปัญหานี้? ให้เดาว่าเนื่องจากตาไม่เห็นก้นภาชนะแต่มองเห็นจุดสุดของผนังด้านข้างและภาชนะนั้นเป็นทรงลูกบาศก์มุมตกกระทบของลำแสงบนผิวน้ำเมื่อเราเทลงไปจะเป็น เท่ากับ 45 0

ข้าว. 9. งานสอบ Unified State

ลำแสงตกที่จุด F ซึ่งหมายความว่าเราเห็นวัตถุได้ชัดเจน และเส้นประสีดำแสดงทิศทางของลำแสงหากไม่มีน้ำ นั่นคือถึงจุด D จากสามเหลี่ยม NFK ค่าแทนเจนต์ของมุม β ซึ่งเป็นค่าแทนเจนต์ของมุมการหักเหของแสง คืออัตราส่วนของด้านตรงข้ามกับด้านประชิด หรือ h ลบ b หารด้วย h ตามรูป

tg β = = , h คือความสูงของของเหลวที่เราเท;

ปรากฏการณ์ที่รุนแรงที่สุดของการสะท้อนภายในทั้งหมดนั้นใช้ในระบบใยแก้วนำแสง

ข้าว. 10. ไฟเบอร์ออปติก

หากลำแสงพุ่งไปที่ปลายหลอดแก้วแข็ง หลังจากการสะท้อนภายในทั้งหมดหลายครั้ง ลำแสงจะออกมาจากด้านตรงข้ามของหลอด ปรากฎว่าหลอดแก้วเป็นตัวนำคลื่นแสงหรือท่อนำคลื่น สิ่งนี้จะเกิดขึ้นไม่ว่าท่อจะตรงหรือโค้ง (รูปที่ 10) ไฟนำทางตัวแรก ซึ่งเป็นชื่อที่สองของท่อนำคลื่น ใช้เพื่อส่องสว่างบริเวณที่เข้าถึงยาก (ในระหว่างการวิจัยทางการแพทย์ เมื่อมีการจ่ายแสงไปที่ปลายด้านหนึ่งของท่อนำแสง และปลายอีกด้านจะส่องสว่างไปยังจุดที่ต้องการ) การใช้งานหลักคือ การแพทย์ การตรวจจับข้อบกพร่องของมอเตอร์ แต่ท่อนำคลื่นดังกล่าวมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบส่งข้อมูล ความถี่พาหะเมื่อส่งสัญญาณด้วยคลื่นแสงจะสูงกว่าความถี่ของสัญญาณวิทยุเป็นล้านเท่า ซึ่งหมายความว่าปริมาณข้อมูลที่เราสามารถส่งโดยใช้คลื่นแสงนั้นมากกว่าปริมาณข้อมูลที่ส่งหลายล้านเท่า โดยคลื่นวิทยุ นี่เป็นโอกาสอันดีที่จะถ่ายทอดข้อมูลมากมายด้วยวิธีที่ง่ายและราคาไม่แพง โดยทั่วไปแล้ว ข้อมูลจะถูกส่งผ่านสายเคเบิลไฟเบอร์โดยใช้การแผ่รังสีเลเซอร์ ไฟเบอร์ออปติกเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับการส่งสัญญาณคอมพิวเตอร์ที่รวดเร็วและมีคุณภาพสูงซึ่งมีข้อมูลที่ส่งจำนวนมาก และพื้นฐานของทั้งหมดนี้คือปรากฏการณ์ที่เรียบง่ายและธรรมดาเหมือนกับการหักเหของแสง

บรรณานุกรม

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. ฟิสิกส์ (ระดับพื้นฐาน) - อ.: Mnemosyne, 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. ฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 - อ.: นีโมซิน, 2014.
3. คิโคอิน ไอ.เค. คิโคอิน เอ.เค. ฟิสิกส์ - 9, มอสโก, การศึกษา, 2533

1. Edu.glavsprav.ru ()
2. Nvtc.ee ()
3. Raal100.narod.ru ()
4. Optika.ucoz.ru ()

การบ้าน

1. กำหนดการหักเหของแสง
2. บอกสาเหตุของการหักเหของแสง
3. ตั้งชื่อการใช้งานการสะท้อนภายในโดยรวมที่ได้รับความนิยมสูงสุด

ระดับ: 11

การนำเสนอสำหรับบทเรียน

กลับไปข้างหน้า

ความสนใจ! การแสดงตัวอย่างสไลด์มีวัตถุประสงค์เพื่อให้ข้อมูลเท่านั้น และอาจไม่ได้แสดงถึงคุณลักษณะทั้งหมดของงานนำเสนอ หากสนใจงานนี้กรุณาดาวน์โหลดฉบับเต็ม

วัตถุประสงค์ของบทเรียน:

เกี่ยวกับการศึกษา:

• นักเรียนจะต้องทำซ้ำและสรุปความรู้ที่ได้รับขณะศึกษาหัวข้อ "การสะท้อนและการหักเหของแสง": ปรากฏการณ์การแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรงในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน, กฎแห่งการสะท้อน, กฎแห่งการหักเห, กฎแห่งการสะท้อนกลับทั้งหมด
• พิจารณาการประยุกต์ใช้กฎหมายในด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี เครื่องมือทางสายตา การแพทย์ การขนส่ง การก่อสร้าง ชีวิตประจำวัน โลกรอบตัวเรา
• สามารถประยุกต์ใช้ความรู้ที่ได้รับเมื่อแก้ไขปัญหาเชิงคุณภาพ การคำนวณ และการทดลอง

เกี่ยวกับการศึกษา:

1. ขยายขอบเขตอันไกลโพ้นของนักเรียน พัฒนาความคิดเชิงตรรกะและสติปัญญา
2. สามารถเปรียบเทียบและป้อนข้อมูลได้
3. พัฒนาคำพูดคนเดียวสามารถพูดต่อหน้าผู้ฟังได้
4. สอนวิธีรับข้อมูลจากวรรณกรรมเพิ่มเติมและอินเทอร์เน็ต และวิเคราะห์ข้อมูล

เกี่ยวกับการศึกษา:

• ปลูกฝังความสนใจในเรื่องฟิสิกส์
• สอนความเป็นอิสระ ความรับผิดชอบ ความมั่นใจ
• สร้างสถานการณ์แห่งความสำเร็จและการสนับสนุนที่เป็นมิตรในระหว่างบทเรียน

อุปกรณ์และโสตทัศนูปกรณ์:

• อุปกรณ์ทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต กระจก ปริซึม ตัวสะท้อนแสง กล้องส่องทางไกล ใยแก้วนำแสง เครื่องมือทดลอง
• คอมพิวเตอร์ เครื่องฉายวีดิทัศน์ หน้าจอ การนำเสนอ “การประยุกต์ใช้กฎการสะท้อนและการหักเหของแสงในทางปฏิบัติ”

แผนการเรียน.

I. หัวข้อและวัตถุประสงค์ของบทเรียน (2 นาที)

ครั้งที่สอง การทำซ้ำ (สำรวจหน้าผาก) – 4 นาที

สาม. การประยุกต์ใช้ความตรงของการแพร่กระจายของแสง ปัญหา (ที่กระดาน) - 5 นาที

IV. การประยุกต์กฎการสะท้อนแสง - 4 นาที

V. การใช้กฎการหักเหของแสง:

1) ประสบการณ์ - 4 นาที

2) งาน - 5 นาที

VI การใช้การสะท้อนแสงภายในทั้งหมด:

ก) อุปกรณ์เกี่ยวกับสายตา – 4 นาที

ค) ไฟเบอร์ออปติก – 4 นาที

VII มิราจส์ - 4 นาที

VIII งานอิสระ – 7 นาที

ทรงเครื่อง สรุปบทเรียน การบ้าน – 2 นาที

ทั้งหมด: 45 นาที

ในระหว่างเรียน

I. หัวข้อบทเรียน เป้าหมาย วัตถุประสงค์ เนื้อหา - (สไลด์1-2)

บทความ (สไลด์ 3)

ของขวัญอันมหัศจรรย์แห่งธรรมชาตินิรันดร์
ของขวัญล้ำค่าและศักดิ์สิทธิ์
มันมีที่มาไม่สิ้นสุด
เพลิดเพลินกับความงาม:
ท้องฟ้า แสงอาทิตย์ แสงแห่งดวงดาว
ทะเลสีฟ้าสดใส -
ภาพรวมของจักรวาล
เรารู้แค่ในแสงสว่างเท่านั้น
ไอ.เอ.บูนิน

ครั้งที่สอง การทำซ้ำ

ครู:

ก) เลนส์เรขาคณิต (สไลด์ 4-7)

แสงแพร่กระจายเป็นเส้นตรงในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน หรือในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน รังสีของแสงจะเป็นเส้นตรง

เส้นที่พลังงานแสงเดินทางเรียกว่ารังสี ความตรงของการแพร่กระจายของแสงที่ความเร็ว 300,000 กม./วินาที ถูกนำมาใช้ในทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต

ตัวอย่าง:ใช้สำหรับตรวจสอบความตรงของกระดานไสโดยใช้ลำแสง

ความสามารถในการมองเห็นวัตถุที่ไม่ส่องสว่างนั้นเกิดจากการที่ร่างกายทุกคนสะท้อนแสงบางส่วนและดูดซับแสงที่ตกกระทบบางส่วน (ดวงจันทร์). ตัวกลางที่ความเร็วของการแพร่กระจายแสงช้ากว่าคือตัวกลางที่มีความหนาแน่นทางการมองเห็นมากกว่า การหักเหของแสงคือการเปลี่ยนทิศทางของรังสีแสงเมื่อข้ามขอบเขตระหว่างสื่อ การหักเหของแสงอธิบายได้จากความแตกต่างของความเร็วของการแพร่กระจายของแสงเมื่อผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวหนึ่ง

b) การสาธิตปรากฏการณ์การสะท้อนและการหักเหของแสงบนอุปกรณ์ "ออปติคัลดิสก์"

c) คำถามสำหรับการทำซ้ำ (สไลด์ 8)

สาม. การประยุกต์ใช้ความตรงของการแพร่กระจายของแสง ปัญหา (ที่กระดาน)

ก) การก่อตัวของเงาและเงามัว (สไลด์ 9)

ความตรงของการแพร่กระจายของแสงอธิบายการก่อตัวของเงาและเงามัว หากขนาดของแหล่งกำเนิดมีขนาดเล็กหรือหากแหล่งกำเนิดอยู่ห่างจากระยะห่างเมื่อเทียบกับขนาดของแหล่งกำเนิดที่สามารถละเลยได้ ก็จะได้เพียงเงาเท่านั้น เมื่อแหล่งกำเนิดแสงมีขนาดใหญ่หรือหากแหล่งกำเนิดแสงอยู่ใกล้กับวัตถุ เงาที่ไม่คมชัด (ร่มเงาและเงามัว) จะถูกสร้างขึ้น

b) การส่องสว่างของดวงจันทร์ (สไลด์ 10)

ดวงจันทร์ที่กำลังโคจรรอบโลกได้รับแสงสว่างจากดวงอาทิตย์ แต่ตัวมันเองไม่ได้เรืองแสง

1. พระจันทร์ใหม่ 3. ไตรมาสแรก 5. พระจันทร์เต็มดวง 7. ไตรมาสสุดท้าย

ค) การประยุกต์ใช้ความตรงของการแพร่กระจายของแสงในการก่อสร้าง ในการก่อสร้างถนนและสะพาน (สไลด์ที่ 11-14)

d) ปัญหาหมายเลข 1352 (D) (นักเรียนที่กระดานดำ) ความยาวของเงาจากหอส่งสัญญาณโทรทัศน์ Ostankino ที่ส่องสว่างด้วยดวงอาทิตย์ ณ จุดหนึ่งกลายเป็น 600 ม. ความยาวของเงาจากบุคคลสูง 1.75 ม. ในเวลาเดียวกันเท่ากับ 2 ม. ความสูงของหอคอยคือเท่าใด (สไลด์ 15-16)

สรุป: เมื่อใช้หลักการนี้ คุณสามารถกำหนดความสูงของวัตถุที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ ได้แก่ ความสูงของบ้าน ความสูงของหน้าผา ความสูงของต้นไม้สูง

e) คำถามสำหรับการทำซ้ำ (สไลด์ 17)

IV. การประยุกต์กฎการสะท้อนแสง (สไลด์ 18-21)

ก) กระจกเงา (ข้อความของนักเรียน)

แสงที่กระทบกับวัตถุใดๆ ที่ขวางทางจะสะท้อนจากพื้นผิวของมัน หากไม่เรียบ การสะท้อนจะเกิดขึ้นในหลายทิศทางและแสงจะกระเจิง พื้นผิวที่ว่างของของเหลวที่วางอยู่และจากกระจก กระจกสามารถมีรูปทรงที่แตกต่างกันได้ มีลักษณะแบน ทรงกลม ไซออนดริก พาราโบลา ฯลฯ แสงที่เล็ดลอดออกมาจากวัตถุจะกระจายออกไปในรูปของรังสีซึ่งเมื่อตกกระทบกับกระจกจะสะท้อนออกมา หากหลังจากนี้มารวมตัวกันอีก ณ จุดหนึ่ง ก็บอกว่าการกระทำของรูปวัตถุนั้นเกิดขึ้น ณ จุดนั้น หากรังสียังคงแยกจากกัน แต่ ณ จุดหนึ่งส่วนขยายของพวกมันมาบรรจบกัน ดูเหมือนว่าสำหรับเราแล้วรังสีจะเล็ดลอดออกมาจากพวกมันและนั่นคือตำแหน่งของวัตถุ นี่คือสิ่งที่เรียกว่าภาพเสมือนจริงซึ่งสร้างขึ้นจากจินตนาการของการสังเกต ด้วยความช่วยเหลือของกระจกเว้า คุณสามารถฉายภาพลงบนพื้นผิวบางส่วนหรือรวบรวมแสงอ่อนที่มาจากวัตถุระยะไกล ณ จุดหนึ่งได้ เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นเมื่อสังเกตดวงดาวโดยใช้กล้องโทรทรรศน์สะท้อนแสง ในทั้งสองกรณี ภาพนั้นเป็นของจริง กระจกเงาอื่นๆ ใช้ในการมองเห็นวัตถุในขนาดเท่าจริง (กระจกแบนธรรมดา) ขยายใหญ่ (กระจกดังกล่าวถือไว้ในกระเป๋าถือ) หรือย่อขนาด (กระจกมองหลังในรถยนต์) ภาพที่ออกมานั้นเป็นจินตภาพ (เสมือน) และด้วยความช่วยเหลือของกระจกโค้งที่ไม่ใช่ทรงกลม คุณสามารถทำให้ภาพบิดเบี้ยวได้

V. การใช้กฎการหักเหของแสง (สไลด์ 22-23)

ก) เส้นทางของรังสีในแผ่นกระจก .

b) เส้นทางของรังสีในปริซึมสามเหลี่ยม . สร้างและอธิบาย. (นักเรียนที่กระดานดำ)

c) ประสบการณ์: การใช้กฎการหักเหของแสง (ข้อความของนักเรียน) (สไลด์ 24)

นักอาบน้ำที่ไม่มีประสบการณ์มักจะเผชิญกับอันตรายร้ายแรงเพียงเพราะพวกเขาลืมเกี่ยวกับผลที่ตามมาที่น่าสงสัยอย่างหนึ่งของกฎการหักเหของแสง พวกเขาไม่รู้ว่าการหักเหของแสงดูเหมือนจะยกวัตถุทั้งหมดที่แช่อยู่ในน้ำให้อยู่เหนือตำแหน่งที่แท้จริง ก้นของสระน้ำ แม่น้ำ หรืออ่างเก็บน้ำดูเหมือนจะถูกยกขึ้นเกือบหนึ่งในสามของความลึก สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือต้องรู้สิ่งนี้สำหรับเด็กและคนเตี้ยโดยทั่วไปซึ่งข้อผิดพลาดในการกำหนดความลึกอาจถึงแก่ชีวิตได้ เหตุผลคือการหักเหของรังสีแสง

ประสบการณ์: วางเหรียญที่ด้านล่างของถ้วยต่อหน้านักเรียนเช่นนี้ เพื่อไม่ให้นักเรียนมองเห็นได้ ขอให้เขาเทน้ำลงในถ้วยโดยไม่หันศีรษะแล้วเหรียญจะ "ลอยขึ้น" หากคุณเอาน้ำออกจากถ้วยด้วยหลอดฉีดยา ด้านล่างของเหรียญจะ "ลงไป" อีกครั้ง อธิบายประสบการณ์. ทดลองสำหรับทุกคนที่บ้าน

ช) งาน.ความลึกที่แท้จริงของพื้นที่อ่างเก็บน้ำคือ 2 เมตร ความลึกที่ชัดเจนสำหรับคนที่มองก้นทะเลด้วยมุม 60° กับผิวน้ำคือเท่าใด ดัชนีการหักเหของน้ำคือ 1.33 (สไลด์ 25-26)

จ) คำถามเพื่อการทบทวน . (สไลด์ 27-28)

วี. การสะท้อนภายในทั้งหมด เครื่องมือเกี่ยวกับแสง

ก) การสะท้อนกลับภายในทั้งหมด เครื่องมือเกี่ยวกับแสง . (ข้อความของนักเรียน)

(สไลด์ที่ 29-35)

การสะท้อนภายในทั้งหมดเกิดขึ้นเมื่อแสงตกกระทบขอบระหว่างตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่าและตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า การสะท้อนภายในทั้งหมดถูกใช้ในอุปกรณ์ออพติคอลหลายชนิด มุมจำกัดของกระจกคือ 35°-40° ขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของแก้วแต่ละประเภท ดังนั้นในปริซึม 45° แสงจะเกิดการสะท้อนภายในทั้งหมด

คำถาม. เหตุใดปริซึมแบบหมุนและหมุนจึงดีกว่าการใช้กระจก

ก) สะท้อนแสงได้เกือบ 100 ดวง เนื่องจากกระจกที่ดีที่สุดสะท้อนแสงได้น้อยกว่า 100 ดวง ภาพจึงสว่างกว่า

c) คุณสมบัติของพวกมันยังคงไม่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากกระจกโลหะจะจางหายไปเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากการออกซิเดชั่นของโลหะ

แอปพลิเคชัน. ปริซึมที่หมุนได้ถูกนำมาใช้ในกล้องปริทรรศน์ ปริซึมแบบพลิกกลับได้ถูกใช้ในกล้องส่องทางไกล ในการขนส่งจะใช้ตัวสะท้อนแสงที่มุม - ตัวสะท้อนแสง โดยจะติดไว้ที่ด้านหลัง - สีแดง, ที่ด้านหน้า - สีขาว, บนซี่ล้อจักรยาน - สีส้ม ตัวสะท้อนกลับหรืออุปกรณ์เกี่ยวกับแสงที่สะท้อนแสงกลับไปยังแหล่งกำเนิดที่ให้แสงสว่าง โดยไม่คำนึงถึงมุมของการเกิดแสงบนพื้นผิว ยานพาหนะทุกคันและถนนส่วนที่เป็นอันตรายได้รับการติดตั้งไว้ด้วย ทำจากแก้วหรือพลาสติก

b) คำถามสำหรับการทำซ้ำ (สไลด์ 36)

ค) ใยแก้วนำแสง . (ข้อความของนักเรียน). (สไลด์ 37-42)

ใยแก้วนำแสงขึ้นอยู่กับการสะท้อนกลับของแสงภายในทั้งหมด เส้นใยเป็นแก้วหรือพลาสติก เส้นผ่านศูนย์กลางมีขนาดเล็กมาก - ไม่กี่ไมโครเมตร มัดเส้นใยบางๆ เหล่านี้เรียกว่าตัวนำแสง แสงจะเคลื่อนที่ไปตามเส้นนำแสงโดยแทบไม่สูญเสียเลย แม้ว่าตัวนำแสงจะมีรูปทรงที่ซับซ้อนก็ตาม ใช้ในโคมไฟตกแต่งเพื่อส่องสว่างเจ็ตส์ในน้ำพุ

ไฟนำทางใช้ในการส่งสัญญาณทางโทรศัพท์และการสื่อสารประเภทอื่นๆ สัญญาณเป็นลำแสงแบบมอดูเลตและส่งผ่านโดยมีการสูญเสียน้อยกว่าเมื่อส่งสัญญาณไฟฟ้าผ่านสายทองแดง

เส้นนำแสงใช้ในการแพทย์เพื่อส่งภาพที่ชัดเจน ด้วยการสอด “กล้องเอนโดสโคป” ผ่านหลอดอาหาร แพทย์จึงสามารถตรวจผนังกระเพาะอาหารได้ เส้นใยบางชนิดส่งแสงเพื่อให้กระเพาะสว่างขึ้น ในขณะที่เส้นใยบางชนิดส่งแสงสะท้อน ยิ่งมีเส้นใยมากและบางลง ภาพก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น กล้องเอนโดสโคปมีประโยชน์ในการตรวจกระเพาะอาหารและบริเวณอื่นๆ ที่เข้าถึงยาก เมื่อเตรียมผู้ป่วยสำหรับการผ่าตัด หรือเมื่อมองหาการบาดเจ็บและความเสียหายโดยไม่ต้องผ่าตัด

ในคู่มือนำแสง แสงจะสะท้อนจากพื้นผิวด้านในของแก้วหรือเส้นใยพลาสติกใสอย่างสมบูรณ์ มีเลนส์อยู่ที่ปลายแต่ละด้านของไกด์ไฟ ในตอนท้ายหันหน้าไปทางวัตถุ เลนส์จะเปลี่ยนรังสีที่เล็ดลอดออกมาจากเลนส์ให้เป็นลำแสงคู่ขนาน ในตอนท้ายหันหน้าไปทางผู้สังเกตการณ์จะมีกล้องโทรทรรศน์ที่ให้คุณดูภาพได้

ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว มิราจ. (นักเรียนบอก ครูทำเสร็จแล้ว) (สไลด์ 43-46)

กองทัพฝรั่งเศสของนโปเลียนเผชิญภาพลวงตาในอียิปต์ในศตวรรษที่ 18 พวกทหารมองเห็น “ทะเลสาบที่มีต้นไม้” อยู่ข้างหน้า Mirage เป็นคำภาษาฝรั่งเศสที่แปลว่า "สะท้อนเหมือนในกระจก" แสงอาทิตย์ส่องผ่านกระจกเงา ทำให้เกิด “ปาฏิหาริย์” หากโลกได้รับความร้อนสูง อากาศชั้นล่างจะอุ่นกว่าชั้นที่อยู่ด้านบนมาก

มิราจเป็นปรากฏการณ์ทางแสงในบรรยากาศที่สงบและชัดเจน โดยมีอุณหภูมิที่แตกต่างกันในแต่ละชั้น ประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าวัตถุที่มองไม่เห็นซึ่งอยู่เหนือขอบฟ้าจะสะท้อนในรูปแบบการหักเหของแสงในอากาศ

ดังนั้นรังสีดวงอาทิตย์ที่ทะลุชั้นอากาศไม่เคยเคลื่อนที่ตรงแต่มีความโค้ง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการหักเหของแสง

มิราจมีหลายหน้า อาจเป็นแบบง่าย ซับซ้อน บน ล่าง ด้านข้าง

เมื่ออากาศชั้นล่างได้รับความร้อนอย่างดี จะสังเกตเห็นภาพลวงตาด้านล่าง - ภาพวัตถุกลับหัวในจินตนาการ สิ่งนี้เกิดขึ้นบ่อยที่สุดในสเตปป์และทะเลทราย ภาพลวงตาประเภทนี้สามารถพบเห็นได้ในเอเชียกลาง คาซัคสถาน และภูมิภาคโวลก้า

หากอากาศชั้นล่างเย็นกว่าชั้นบนมาก ภาพลวงตาด้านบนก็จะเกิดขึ้น - ภาพจะลอยขึ้นมาจากพื้นและค้างอยู่ในอากาศ วัตถุปรากฏขึ้นใกล้และสูงกว่าความเป็นจริง ปาฏิหาริย์ประเภทนี้พบเห็นได้ในตอนเช้าตรู่ซึ่งเป็นช่วงที่รังสีดวงอาทิตย์ยังไม่มีเวลาทำให้โลกอบอุ่น

บนพื้นผิวทะเลในวันที่อากาศร้อน กะลาสีเรือมองเห็นเรือที่ลอยอยู่ในอากาศ และแม้แต่วัตถุที่อยู่ไกลเกินเส้นขอบฟ้า

8. ทำงานอิสระ. ทดสอบ - 5 นาที. (สไลด์ที่ 47-53)

1. มุมระหว่างลำแสงตกกระทบและระนาบกระจกคือ 30° มุมสะท้อนคืออะไร?

2.เหตุใดสีแดงจึงเป็นสัญญาณอันตรายในการขนส่ง?

ก) เกี่ยวข้องกับสีของเลือด

b) ดึงดูดสายตาได้ดีขึ้น

c) มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำที่สุด

d) มีการกระจายตัวในอากาศน้อยที่สุด

3. ทำไมคนงานก่อสร้างถึงสวมหมวกกันน็อคสีส้ม?

ก) สีส้มมองเห็นได้ชัดเจนจากระยะไกล

b) เปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในช่วงสภาพอากาศเลวร้าย

c) มีการกระเจิงของแสงน้อยที่สุด

d) ตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของแรงงาน

4. เราจะอธิบายการเล่นของแสงในอัญมณีมีค่าได้อย่างไร?

ก) ขอบของพวกเขาถูกขัดเงาอย่างระมัดระวัง

b) ดัชนีการหักเหของแสงสูง

c) หินมีรูปร่างเป็นรูปทรงหลายเหลี่ยมปกติ

d) การวางตำแหน่งของอัญมณีให้ถูกต้องโดยสัมพันธ์กับรังสีของแสง

5. มุมระหว่างเหตุการณ์กับรังสีสะท้อนจะเปลี่ยนไปอย่างไรถ้ามุมตกกระทบเพิ่มขึ้น 15°

ก) จะเพิ่มขึ้น 30°;

b) จะลดลง 30°;

c) จะเพิ่มขึ้น 15°;

d) จะเพิ่มขึ้น 15°;

6. ความเร็วแสงในเพชรเป็นเท่าใด ถ้าดัชนีการหักเหของแสงเท่ากับ 2.4?

ก) ประมาณ 2,000,000 กม./วินาที;

b) ประมาณ 125,000 กม./วินาที;

c) ความเร็วแสงไม่ได้ขึ้นอยู่กับตัวกลาง กล่าวคือ 300000 กม./วินาที;

ง) 720000 กม./วินาที

ทรงเครื่อง สรุปบทเรียน. การบ้าน. (สไลด์ที่ 54-56)

การวิเคราะห์และประเมินผลกิจกรรมของนักเรียนในบทเรียน นักเรียนอภิปรายถึงประสิทธิผลของบทเรียนกับครูและประเมินผลการปฏิบัติงานของพวกเขา

1. คุณได้รับคำตอบที่ถูกต้องกี่ข้อ?

3. คุณได้เรียนรู้อะไรใหม่ๆ หรือไม่?

4. นักพูดที่ดีที่สุด

2) ทำการทดลองกับเหรียญที่บ้าน

วรรณกรรม

1. Gorodetsky D.N. งานทดสอบวิชาฟิสิกส์ “อุดมศึกษา” พ.ศ. 2530
2. เดมโควิช วี.พี. รวบรวมปัญหาทางฟิสิกส์ “การตรัสรู้” 2547
3. จิอันโคล ดี. ฟิสิกส์. สำนักพิมพ์ "มีร์" 2533
4. เพเรลแมน เอ.ไอ. สำนักพิมพ์ฟิสิกส์บันเทิง “วิทยาศาสตร์” 2508
5. แลนสเบิร์ก จี.ดี. หนังสือเรียนฟิสิกส์เบื้องต้น สำนักพิมพ์ Nauka 2515
6. แหล่งข้อมูลทางอินเทอร์เน็ต

(ไฟเบอร์ออปติก) การประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์การสะท้อนกลับทั้งหมด!

การประยุกต์ใช้การสะท้อนแสงทั้งหมด 1. เมื่อเกิดรุ้งกินน้ำ 2. เพื่อส่องแสงไปตามเส้นทางโค้ง ก) สายสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติก (FOCL) ข) โคมไฟไฟเบอร์ออปติก ค) เพื่อศึกษาอวัยวะภายในของมนุษย์ (กล้องเอนโดสโคป)

แผนผังการเกิดรุ้งกินน้ำ 1) หยดทรงกลม 2) การสะท้อนภายใน 3) รุ้งปฐมภูมิ 4) การหักเห 5) รุ้งทุติยภูมิ 6) รังสีแสงที่เข้ามา 7) วิถีรังสีระหว่างการก่อตัวของรุ้งปฐมภูมิ 8) วิถีรังสี ระหว่างการก่อตัวของรุ้งรอง , 9) ผู้สังเกตการณ์, 10-12) พื้นที่ของการเกิดรุ้ง

ในการส่องไฟไปตามเส้นทางโค้งนั้น มีการใช้ใยแก้วนำแสงซึ่งมีขนาดบาง (ตั้งแต่หลายไมโครเมตรไปจนถึงมิลลิเมตร) ซึ่งมีลักษณะโค้งตามอำเภอใจที่ทำจากวัสดุโปร่งใสทางแสง (แก้ว ควอตซ์) แสงตกกระทบที่ปลายไกด์ไฟสามารถเคลื่อนที่ไปตามนั้นในระยะทางไกลได้ เนื่องจากการสะท้อนภายในทั้งหมดจากพื้นผิวด้านข้าง สายเคเบิลสำหรับการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกทำจากไฟเบอร์ออปติก การสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกใช้สำหรับการสื่อสารทางโทรศัพท์และอินเทอร์เน็ตความเร็วสูง

สายเคเบิลใยแก้วนำแสง

สายเคเบิลใยแก้วนำแสง

ข้อดีของสายไฟเบอร์ออปติก สายไฟเบอร์ออปติกมีข้อดีหลายประการเหนือระบบสื่อสารแบบใช้สาย (ทองแดง) และรีเลย์วิทยุ: การลดทอนสัญญาณต่ำทำให้คุณสามารถส่งข้อมูลในระยะทางที่ไกลกว่ามากโดยไม่ต้องใช้เครื่องขยายสัญญาณ แบนด์วิธสูงของใยแก้วนำแสงช่วยให้คุณสามารถส่งข้อมูลด้วยความเร็วสูงที่ระบบสื่อสารอื่นไม่สามารถบรรลุได้ ความน่าเชื่อถือสูงของสภาพแวดล้อมทางแสง: ใยแก้วนำแสงจะไม่ออกซิไดซ์ ไม่เปียก และไม่อยู่ภายใต้อิทธิพลของแม่เหล็กไฟฟ้าที่อ่อนแอ ความปลอดภัยของข้อมูล - ข้อมูลจะถูกส่งผ่านใยแก้วนำแสง "จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง" เป็นไปไม่ได้ที่จะเชื่อมต่อกับไฟเบอร์และอ่านข้อมูลที่ส่งโดยไม่สร้างความเสียหาย การปกป้องสูงจากอิทธิพลของอินเตอร์ไฟเบอร์ การแผ่รังสีในไฟเบอร์เส้นเดียวไม่มีผลกระทบต่อสัญญาณในไฟเบอร์ที่อยู่ติดกันอย่างแน่นอน ความปลอดภัยจากอัคคีภัยและการระเบิดเมื่อทำการวัดพารามิเตอร์ทางกายภาพและเคมี ขนาดและน้ำหนักขนาดเล็ก ข้อเสียของสายไฟเบอร์ออปติก ความเปราะบางสัมพัทธ์ของไฟเบอร์ออปติก หากสายเคเบิลงออย่างแรง เส้นใยอาจแตกหักหรือมีเมฆมากเนื่องจากเกิดรอยแตกขนาดเล็ก เทคโนโลยีที่ซับซ้อนสำหรับการผลิตทั้งตัวไฟเบอร์เองและส่วนประกอบของตัวเชื่อมโยงไฟเบอร์ออปติก ความยากในการแปลงสัญญาณ อุปกรณ์เทอร์มินัลแบบออปติกที่มีราคาค่อนข้างแพง ไฟเบอร์จะมีเมฆมากเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากอายุการใช้งาน

การส่องสว่างด้วยใยแก้วนำแสง

กล้องเอนโดสโคป (จากภาษากรีก ένδον - ภายใน และภาษากรีก σκοπέω - การตรวจสอบ) เป็นกลุ่มของอุปกรณ์เกี่ยวกับการมองเห็นเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ มีกล้องเอนโดสโคปทางการแพทย์และทางเทคนิค กล้องเอนโดสโคปทางเทคนิคใช้ในการตรวจสอบโพรงที่เข้าถึงยากของเครื่องจักรและอุปกรณ์ระหว่างการบำรุงรักษาและการประเมินประสิทธิภาพ (ใบพัดกังหัน กระบอกสูบเครื่องยนต์สันดาปภายใน การประเมินสภาพของท่อ ฯลฯ) นอกจากนี้ กล้องเอนโดสโคปทางเทคนิคยังใช้ในระบบรักษาความปลอดภัยอีกด้วย เพื่อตรวจสอบโพรงที่ซ่อนอยู่ (รวมถึงการตรวจสอบถังแก๊สที่ศุลกากร กล้องเอนโดสโคปทางการแพทย์ใช้ในการตรวจและรักษาอวัยวะภายในของมนุษย์ที่เป็นโพรง (หลอดอาหาร กระเพาะอาหาร หลอดลม ท่อปัสสาวะ กระเพาะปัสสาวะ อวัยวะสืบพันธุ์สตรี ไต อวัยวะการได้ยิน ) เช่นเดียวกับช่องท้องและช่องอื่นๆ ของร่างกาย

ขอขอบคุณสำหรับความสนใจของคุณ!)

กิจกรรม

กล้องปริทรรศน์ดิจิตอล

นี่คือความแปลกใหม่ทางเทคนิค

ช่องแสงแบบดั้งเดิมของกล้องปริทรรศน์ที่มีอยู่จะถูกแทนที่ด้วยกล้องวิดีโอความละเอียดสูงและการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง ข้อมูลจากกล้องวงจรปิดภายนอกจะถูกส่งแบบเรียลไทม์ไปยังจอแสดงผลแบบไวด์ในห้องควบคุมกลาง

การทดสอบเกิดขึ้นบนเรือดำน้ำชั้นลอสแอนเจลิส SSN 767 Hampton โมเดลใหม่นี้ได้เปลี่ยนแปลงแนวทางปฏิบัติในการทำงานกับกล้องปริทรรศน์ที่มีมานานหลายทศวรรษไปอย่างสิ้นเชิง ขณะนี้เจ้าหน้าที่เฝ้าระวังควบคุมกล้องที่ติดตั้งแบบบูม โดยปรับการแสดงผลโดยใช้จอยสติ๊กและคีย์บอร์ด

นอกเหนือจากการแสดงผลในเสากลางแล้ว ภาพจากกล้องปริทรรศน์ยังสามารถแสดงบนจอแสดงผลจำนวนมากโดยพลการในห้องใดก็ได้ของเรือ กล้องทำให้สามารถสังเกตส่วนต่างๆ ของขอบฟ้าได้พร้อมๆ กัน ซึ่งเพิ่มความเร็วของปฏิกิริยาของนาฬิกาต่อการเปลี่ยนแปลงของสถานการณ์ทางยุทธวิธีบนพื้นผิวได้อย่างมาก

จะอธิบาย "เกมแห่งก้อนหิน" ได้อย่างไร? ในเครื่องประดับ เลือกใช้การเจียระไนด้วยหินเพื่อให้สะท้อนแสงบนใบหน้าแต่ละข้างได้อย่างสมบูรณ์

ปรากฏการณ์ภายในที่สมบูรณ์อธิบายปรากฏการณ์แห่งภาพลวงตา

ภาพลวงตาเป็นปรากฏการณ์ทางแสงในชั้นบรรยากาศ ซึ่งก็คือการสะท้อนของแสงตามขอบเขตระหว่างชั้นอากาศซึ่งมีความร้อนต่างกันมาก สำหรับผู้สังเกตการณ์ การสะท้อนดังกล่าวหมายความว่าเมื่อรวมกับวัตถุที่อยู่ไกลออกไป (หรือส่วนหนึ่งของท้องฟ้า) ภาพเสมือนจริงของมันก็สามารถมองเห็นได้ และเลื่อนสัมพันธ์กับวัตถุนั้น

ภาพลวงตาแบ่งออกเป็นส่วนล่าง มองเห็นได้ใต้วัตถุ ด้านบน เหนือวัตถุ และด้านข้าง ภาพลวงตาที่เหนือกว่านั้นสังเกตได้เหนือพื้นผิวโลกเย็น ภาพลวงตาด้านล่างนั้นสังเกตได้เหนือพื้นผิวเรียบที่ร้อนเกินไป มักเป็นทะเลทรายหรือถนนยางมะตอย ภาพท้องฟ้าเสมือนจริงสร้างภาพลวงตาของน้ำบนพื้นผิว ดังนั้นถนนที่ทอดยาวไปในวันฤดูร้อนจึงดูเปียกชื้น บางครั้งอาจพบภาพลวงตาด้านข้างใกล้กับกำแพงหรือหินที่มีอุณหภูมิสูงมาก

ที่มุมหนึ่งของการเกิดแสง $(\alpha )_(pad)=(\alpha )_(pred)$ ซึ่งเรียกว่า มุมจำกัดมุมของการหักเหจะเท่ากับ $\frac(\pi )(2),\ $ในกรณีนี้ รังสีหักเหจะเลื่อนไปตามส่วนต่อระหว่างสื่อ ดังนั้นจึงไม่มีรังสีหักเห จากกฎการหักเหของแสง เราสามารถเขียนได้ว่า:

ภาพที่ 1.

ในกรณีของการสะท้อนกลับทั้งหมด สมการคือ:

ไม่มีวิธีแก้ปัญหาในพื้นที่ของค่าจริงของมุมการหักเห ($(\alpha )_(pr)$) ในกรณีนี้ $cos((\alpha )_(pr))$ เป็นปริมาณจินตภาพล้วนๆ หากเราหันไปใช้สูตร Fresnel จะสะดวกในการนำเสนอในรูปแบบ:

โดยที่มุมตกกระทบเขียนแทนด้วย $\alpha $ (สำหรับความกะทัดรัด) $n$ คือดัชนีการหักเหของแสงในตัวกลางที่แสงแพร่กระจาย

จากสูตร Fresnel เป็นที่ชัดเจนว่าโมดูล $\left|E_(otr\bot )\right|=\left|E_(otr\bot )\right|$, $\left|E_(otr//)\right |=\ left|E_(otr//)\right|$ ซึ่งหมายความว่าการสะท้อนคือ "เต็ม"

หมายเหตุ 1

ควรสังเกตว่าคลื่นที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันจะไม่หายไปในตัวกลางที่สอง ดังนั้น ถ้า $\alpha =(\alpha )_0=(arcsin \left(n\right),\ then\ )$ $E_(pr\bot )=2E_(pr\bot ).$ การละเมิดกฎการอนุรักษ์ พลังงานในกรณีที่กำหนดหมายเลข เนื่องจากสูตรของ Fresnel ใช้ได้กับสนามสีเดียว นั่นคือ สำหรับกระบวนการที่มีสถานะคงตัว ในกรณีนี้ กฎการอนุรักษ์พลังงานกำหนดให้การเปลี่ยนแปลงพลังงานโดยเฉลี่ยในช่วงเวลาในตัวกลางที่สองมีค่าเท่ากับศูนย์ คลื่นและสัดส่วนของพลังงานที่สอดคล้องกันแทรกซึมผ่านส่วนต่อประสานไปยังตัวกลางที่สองจนถึงความลึกเล็กน้อยตามลำดับของความยาวคลื่นและเคลื่อนที่ขนานไปกับส่วนต่อประสานด้วยความเร็วเฟสที่น้อยกว่าความเร็วเฟสของคลื่นใน สื่อที่สอง มันจะกลับไปยังสื่อแรกที่จุดที่ชดเชยสัมพันธ์กับจุดเริ่มต้น

การแทรกซึมของคลื่นเข้าสู่ตัวกลางที่สองสามารถสังเกตได้จากการทดลอง ความเข้มของคลื่นแสงในตัวกลางที่สองจะสังเกตเห็นได้เฉพาะในระยะทางที่สั้นกว่าความยาวคลื่นเท่านั้น ใกล้กับส่วนต่อประสานที่คลื่นแสงตกลงมาและผ่านการสะท้อนทั้งหมด จะมองเห็นการเรืองแสงของชั้นบางๆ ที่ด้านข้างของตัวกลางที่สอง หากมีสารเรืองแสงในตัวกลางที่สอง

การสะท้อนกลับทั้งหมดทำให้เกิดภาพลวงตาเมื่อพื้นผิวโลกร้อน ดังนั้นการสะท้อนของแสงที่มาจากเมฆอย่างสมบูรณ์ทำให้เกิดความรู้สึกว่ามีแอ่งน้ำบนพื้นผิวยางมะตอยที่ร้อนจัด

ภายใต้การไตร่ตรองแบบธรรมดา ความสัมพันธ์ $\frac(E_(otr\bot ))(E_(pad\bot ))$ และ $\frac(E_(otr//))(E_(pad//))$ เป็นจริงเสมอ . เมื่อสะท้อนแสงเต็มที่จะมีความซับซ้อน ซึ่งหมายความว่าในกรณีนี้ เฟสของคลื่นเกิดการกระโดด ในขณะที่มันแตกต่างจากศูนย์หรือ $\pi $ หากคลื่นมีโพลาไรซ์ตั้งฉากกับระนาบตกกระทบ เราสามารถเขียนได้ว่า:

โดยที่ $(\delta )_(\bot )$ เป็นการข้ามเฟสที่ต้องการ ให้เราถือเอาส่วนจริงและส่วนจินตภาพเรามี:

จากนิพจน์ (5) เราได้รับ:

ดังนั้น สำหรับคลื่นที่มีโพลาไรซ์ในระนาบตกกระทบ เราสามารถได้รับ:

การข้ามเฟส $(\delta )_(//)$ และ $(\delta )_(\bot )$ ไม่เหมือนกัน คลื่นที่สะท้อนจะมีขั้วเป็นวงรี

การใช้การสะท้อนกลับทั้งหมด

สมมติว่าสื่อที่เหมือนกันสองรายการถูกคั่นด้วยช่องว่างอากาศบางๆ คลื่นแสงตกใส่มันในมุมที่มากกว่าค่าจำกัด อาจเกิดขึ้นได้ว่าทะลุผ่านช่องว่างอากาศเป็นคลื่นที่ไม่สม่ำเสมอ หากความหนาของช่องว่างน้อย คลื่นนี้จะไปถึงขอบเขตที่สองของสารและจะไม่อ่อนลงมากนัก เมื่อผ่านจากช่องว่างอากาศเข้าไปในสาร คลื่นจะเปลี่ยนกลับเป็นเนื้อเดียวกัน การทดลองดังกล่าวดำเนินการโดยนิวตัน นักวิทยาศาสตร์กดปริซึมอีกอันหนึ่งซึ่งบดเป็นรูปทรงกลมไปที่หน้าด้านตรงข้ามมุมฉากของปริซึมสี่เหลี่ยม ในกรณีนี้ แสงที่ส่องผ่านเข้าไปในปริซึมที่สองไม่เพียงแต่ตรงจุดที่สัมผัสเท่านั้น แต่ยังผ่านเข้าไปในวงแหวนเล็กๆ รอบหน้าสัมผัสด้วย ในตำแหน่งที่ความหนาของช่องว่างเทียบได้กับความยาวคลื่น หากสังเกตด้วยแสงสีขาว ขอบของวงแหวนจะมีสีแดง เป็นไปตามที่ควรจะเป็นเนื่องจากความลึกของการเจาะจะเป็นสัดส่วนกับความยาวคลื่น (สำหรับรังสีสีแดงจะมากกว่ารังสีสีน้ำเงิน) คุณสามารถเปลี่ยนความเข้มของแสงที่ส่องผ่านได้โดยการเปลี่ยนความหนาของช่องว่าง ปรากฏการณ์นี้ก่อให้เกิดพื้นฐานของโทรศัพท์แบบเบา ซึ่งได้รับการจดสิทธิบัตรโดย Zeiss ในอุปกรณ์นี้หนึ่งในสื่อคือเมมเบรนโปร่งใสซึ่งสั่นสะเทือนภายใต้อิทธิพลของเสียงที่ตกลงมา แสงที่ผ่านช่องว่างอากาศจะเปลี่ยนความเข้มตามเวลาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงความเข้มของเสียง เมื่อกระทบกับตาแมว มันจะสร้างกระแสสลับซึ่งเปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงของความเข้มของเสียง กระแสผลลัพธ์จะถูกขยายและนำไปใช้ต่อไป

ปรากฏการณ์ของการทะลุผ่านของคลื่นผ่านช่องว่างบางๆ ไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะกับทัศนศาสตร์เท่านั้น สิ่งนี้เป็นไปได้สำหรับคลื่นในลักษณะใดๆ หากความเร็วเฟสในช่องว่างสูงกว่าความเร็วเฟสในสิ่งแวดล้อม ปรากฏการณ์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในฟิสิกส์นิวเคลียร์และอะตอม

ปรากฏการณ์การสะท้อนภายในทั้งหมดใช้เพื่อเปลี่ยนทิศทางของการแพร่กระจายของแสง ปริซึมใช้เพื่อจุดประสงค์นี้

ตัวอย่างที่ 1

ออกกำลังกาย:ขอยกตัวอย่างปรากฏการณ์การสะท้อนกลับทั้งหมดที่เกิดขึ้นบ่อยครั้ง

สารละลาย:

เราสามารถยกตัวอย่างต่อไปนี้ หากทางหลวงร้อนมาก อุณหภูมิอากาศจะสูงสุดใกล้กับพื้นผิวยางมะตอยและลดลงตามระยะห่างจากถนนมากขึ้น ซึ่งหมายความว่าดัชนีการหักเหของอากาศที่พื้นผิวมีน้อยที่สุดและเพิ่มขึ้นตามระยะทางที่เพิ่มขึ้น ด้วยเหตุนี้ รังสีที่มีมุมเล็กสัมพันธ์กับพื้นผิวทางหลวงจึงถูกสะท้อนกลับอย่างสมบูรณ์ หากคุณมุ่งความสนใจไปที่ส่วนที่เหมาะสมของพื้นผิวทางหลวงขณะขับรถ คุณจะเห็นรถที่ขับไปข้างหน้าค่อนข้างไกล

ตัวอย่างที่ 2

ออกกำลังกาย:มุมบริวสเตอร์ของลำแสงที่ตกลงบนพื้นผิวคริสตัลจะเป็นเท่าใด ถ้ามุมจำกัดของการสะท้อนทั้งหมดสำหรับลำแสงที่กำหนดที่ส่วนต่อประสานอากาศกับคริสตัลคือ 400

สารละลาย:

\[(tg(\alpha )_b)=\frac(n)(n_v)=n\left(2.2\right).\]

จากนิพจน์ (2.1) เรามี:

แทนที่ด้านขวาของนิพจน์ (2.3) เป็นสูตร (2.2) แล้วแสดงมุมที่ต้องการ:

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

เรามาคำนวณกัน:

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

คำตอบ:$(\อัลฟา )_b=57()^\circ .$