Презентация по физике 11 класса "Полное отражение"

Полное отражение

Федоров А. М. – учитель физики Кюкяйской СОШ Сунтарского улуса Республики Саха

Преломление света

При прохождении света из оптически менее плотной среды в более плотную, например из воздуха в стекло или воду, υ1 > υ2 и, следовательно, согласно закону преломления (см. формулу (8.4)) показатель преломления n > 1. Поэтому α > β (рис. 8.10): в результате преломления луч приближается к нормали к границе раздела сред.
Если же направить луч света в обратном направлении — из оптически более плотной среды в оптически менее плотную вдоль ранее преломленного луча (рис. 8.11), то закон преломления можно записать так:




Преломленный луч по выходе из оптически более плотной среды будет направлен по линии ранее падавшего луча, поэтому α < β, т. е. преломленный луч отклоняется на сей раз от нормали. По мере увеличения угла α угол преломления β также увеличивается, оставаясь все время больше угла α.

Полное отражение света

Наконец, при некотором угле падения а значение угла преломления β приблизится к 90°, и преломленный луч будет направлен почти по границе раздела двух сред.
Наибольшему возможному углу преломления β = 90° соответствует угол падения α0.
При α > α0 преломление света невозможно. Значит, луч должен полностью отразиться. Это явление и называется полным отражением света.
Для наблюдения полного отражения света можно использовать стеклянный полуцилиндр с матовой задней поверхностью. Полуцилиндр закрепляют на диске так, чтобы середина плоской поверхности полуцилиндра совпадала с центром диска (рис. 8.13). Узкий пучок света от осветителя направляют снизу на боковую поверхность полуцилиндра перпендикулярно его поверхности. На этой поверхности луч не преломляется. На плоской поверхности луч частично преломляется и частично отражается. Отражение происходит в соответствии с законом отражения, а преломление — в соответствии с законом преломления.

Предельный угол полного отражения света

Угол падения α0, соответствующий углу преломления 90°, называют предельным углом полного отражения. При sin β = 1 формула (8.8) принимает вид



Из этого равенства и может быть найдено значение предельного угла полного отражения α0. Для воды (n = 1,33) оно равно 48°35', для стекла (n = 1,5) принимает значение 41°51', а для алмаза (n = 2,42) составляет 24°40'. Во всех случаях второй средой является воздух.

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

Волоконная оптика

Явление полного отражения света используют в так называемой волоконной оптике для передачи света и изображения по пучкам прозрачных гибких волокон — световодов. Световод представляет собой стеклянное волокно цилиндрической формы, покрытое оболочкой из прозрачного материала с меньшим, чем у волокна, показателем преломления.
За счет многократного полного отражения свет может быть направлен по любому (прямому или изогнутому) пути (рис. 8.14). Волокна собираются в жгуты. При этом по каждому из волокон передается какой-нибудь элемент изображения (рис. 8.15). Жгуты из волокон используются, например, в медицине для исследования внутренних органов.

Применение оптоволокна

Фата моргана (ударение в обоих словах на первую «а») это редкое оптическое явление, что-то типа миража, когда объекты на горизонте начинают двоиться, троиться, множиться и искажаться, даже если наблюдатель не находится ни под чем интересным. Более того, во время этого явления можно увидеть, но ты только не пугайся, объекты, расположенные ЗА горизонтом. А всё дело в слоях холодного и тёплого воздуха, в которых преломляется реальная картинка.

Сей редкий глюк назван по-итальянски в честь мифической феи Морганы, сводившей античных моряков с ума своими миражами. Слово «фáта» в переводе с итальянского значит «фея», а имя Моргана переводится с древнефранцузского как «Морской круг». В русском языке словосочетание «фата моргана» чаще всего употребляется в качестве синонима к слову «мираж».

Упражнения

Задача 1. Луч света падает на стекло под углом 45º. Известно, что угол преломления данного луча равен 20º. Постройте соответствующий чертёж, найдите показатель преломления данного стекла и примерное значение скорости света в нём.
Задача 2. Два разных стёкла (с показателями преломления 1,5 и 2,1 сложены вплотную друг к другу. Может ли луч света, пройдя сквозь одно из стёкол, полностью отразиться от второго?
Задача 3. В сосуде кубической форме лежит предмет, расположенный точно в центре дна. Глаз наблюдателя расположен таким образом, что он видит нижний угол сосуда. Чтобы наблюдатель мог увидеть предмет в сосуде, его заполняют некой жидкостью с показателем преломления 1,7. Найдите минимальный уровень этой жидкости.
Задача 4. Луч света выходит из некоторой среды в воздух таким образом, что угол падения вдвое меньше угла преломления. Если угол падения увеличить на 10º, то он достигнет своего предельного значения. Найдите показатель преломления данной среды.
Задача 5. Мальчик старается попасть палкой в предмет, находящийся на дне пруда глубиной 50 см. Точно прицелившись, он двигает палку под углом сорок 40º к поверхности воды. На каком расстоянии от предмета палка ткнёт в дно пруда?

Домашнее задание

Луч света направлен так, что испытывает полное отражение на границе воды и воздуха. Сможет ли он выйти в воздух, если на поверхность воды налить подсолнечное масло, показатель преломления которого больше, чем у воды? Масло с водой не смешивается.
Могут ли солнечные лучи испытать полное внутреннее отражение внутри дождевой капли? Каплю считать шаром.
Луч света выходит из скипидара в воздух. Предельный угол полного внутреннего отражения в этом случае равен αnp = 42°23/. Определите скорость v распространения света в скипидаре.
На дне водоема, имеющего глубину H = 3,0 м, находится точечный источник света. Какой минимальный радиус rmin должен иметь непрозрачный круг, плавающий на поверхности воды, чтобы с вертолета нельзя было обнаружить этот источник света? Центр круга находится точно над источником.
Прозрачный кубик лежит на монете. Монета освещается рассеянным светом. При каком значении показателя преломления n материала кубика монета не будет видна через его боковую поверхность?
В ясный солнечный день, стоящий на дне озера водолаз видит в водном «зеркале» у себя над головой отражение всех участков дна, находящихся от него на расстоянии S ≥ So = 10 м. Рост водолаза h = 1,7 м. Определите глубину H озера

Использованные ссылки

https://shareslide.ru/img/thumbs/f5f78b47dc16054663250bd207014cb2-800x.jpg
https://mega-obzor.ru/wp-content/uploads/2020/05/fiber-optics.jpg
https://mega-obzor.ru/wp-content/uploads/2020/05/what-is-a-fiber-optic-cable.jpg
https://chto-eto-takoe.ru/uryaimg/fatamorgana.jpg
https://xs.uz/upload/post/2021/06/28/e5563d43fec0b2d1d0d3f9ca9f3f04390628.jpg