A fény teljes belső visszaverődése. Előadás a "fény teljes visszaverődése" témában. Határozza meg a visszaverődési szöget

Ebben a leckében megismerkedhet a fénytörés jelenségével, és megtudhatja, hogyan halad a fény különböző médiumokon.

Tanterv:

• 1. .
• 2. A teljes visszaverődés határszöge. A teljes visszaverődés törvénye.
• 3. A teljes visszaverődés határszöge bizonyos környezetekhez.
• 4. Száloptika. Fényvezető
• 5. Fényvisszaverő prizmák.
• 6. Következtetések.

• Optikairól való váltáskor Kevésbé sűrű közeg V optikailag több szűk törésszög Kevésbé merőleges .
• Optikairól való váltáskor több sűrű közeg V optikailag Kevésbé szűk törésszög több beesési szög és a törésnyaláb felé eltérül interfész két média között .

Optikairól való váltáskor több sűrű közeg V optikailag Kevésbé sűrű, a megtört fénysugár felé terelődik a kettő közötti interfész szerdánként órától eredeti irányát .

42º - ez az a szög, amelyben az üvegből származó fénysugár nem jut át ​​a második közegbe, hanem teljesen visszaverődik

Határozza meg a visszaverődési szöget

Bűn γ

Bűn α ̥

n

n

2

1

= ─

n = 1

Sin90º = 1

1

γ = 90º

─ határszög

α

teljes tükröződés

0

Bűn α ̥ = ─

n

─ A teljesség törvénye

tükröződések

2

A teljes visszaverődés határszöge

• A legalacsonyabb beesési szög α , amelynél a teljes fényvisszaverődés jelensége ún maximális telési szög tükröződések .

• A teljes visszaverődés szögére a feltétel teljesül - a teljes visszaverődés szögének szinusza fordítottan arányos a fény relatív törésmutatójával.

0

0

Bűn α ̥ = ─

n

3. Határozza meg a visszaverődési szöget és törésmutatója n bizonyos környezetekhez

szerda

Határozza meg a visszaverődési szöget

Víz (20 ºC-on)

48º35′ ≈ 48º

Üveg

41º50′ ≈ 42º

Kvarc

Rubin

gyémánt

24º40′ ≈ 24º

4. Száloptika

• A fény és a képek átlátszó, rugalmas szálkötegein - fényvezetőkön keresztül történő átvitelén alapul.
• Fényvezető - Ez egy vékony hengeres szál, amely kvarcüvegből készül, germánium vagy bór hozzáadásával.
• A szálak vastagsága 100 mikrontól 1 mikronig vagy kevesebb.
• A szálakat akár egymillió szálat tartalmazó kötegekbe gyűjtik.

üvegszálas kábel

átvitelre használják

• információk a számítógépen belül és a különböző számítógépek összekapcsolásához;
• televíziós képek.

Fényvezető

A többszörös teljes visszaverődés révén a fény bármely ívelt út mentén irányítható.

Fényvisszaverő

prizmák

Következtetés:

Teljes visszaverődés figyelhető meg

• amikor a fény áthalad az optikai több sűrű közeg V optikailag Kevésbé sűrű;
• amikor a beesési szög eléri a teljes visszaverődés határszögét.

A teljes visszaverődés törvénye -

A teljes visszaverődés szögének szinusza fordítottan arányos a fény relatív törésmutatójával.

n

Bűn α ̥ = ─

Szakaszok: Fizika

A fényvisszaverődés törvénye

A fény egyik legfontosabb tulajdonsága a visszaverődés és a fénytörés. A 8. osztályban a fény visszaverődésének és törésének törvényeit tanulták. Emlékezzünk vissza a fényvisszaverődés törvényeire.

(Fényvisszaverődés részlet, 2. függelék)

A törvények teljes szövege a következő:

• A beesési szög egyenlő a visszaverődés szögével.
• A beeső sugár, a visszavert sugár és a sugár beesési pontján rekonstruált merőleges sugár ugyanabban a síkban fekszik.

A visszaverődés és fénytörés törvényeit kísérleti úton állapították meg. Levezethetők azonban úgy, hogy a fényt hullámként ábrázoljuk, és a Huygens-elvet alkalmazzuk, ami a következő...

Huygens elve

• Minden pont, ahová a zavar elérte magát, másodlagos gömbhullámok forrásává válik.
• A hullámfelület a másodlagos hullámok burkolata.

(Hullámterjedési modellek)

Tegyük fel, hogy egy gömbhullám egy bizonyos ponttól terjed...

Ez az elv bármilyen alakú hullám esetén is igaz.

Így a Huygens-elv lehetővé teszi, hogy egyszerű geometriai konstrukciók segítségével bármikor megtaláljuk a hullámfelületet. Ezzel az elvvel megmutatható a visszaverődési szög függése a hullámok beesési szögétől a modellen. (Dinamikus hullám-visszaverődési modell, 4. függelék). Alkalmazzuk Huygens elvét a hullámvisszaverődés törvényének levezetésére.

(a reflexiós törvény levezetésének sémája)

A Huygens-elv alkalmazása a matematikai konstrukciókban és a további matematikai számítások megerősítették a fényvisszaverődés törvénye megfogalmazásának helyességét: a visszaverődési szög egyenlő a beesési szöggel. Ezenkívül megerősítette a sugarak megfordíthatóságának tényét, valamint azt a tényt, hogy a beeső, visszavert sugarak és a sugár beesési pontjában a felületre húzott merőleges egy síkban van.

A fénytörés törvénye

A fény következő fontos tulajdonsága a fénytörés. Emlékezzünk, mi az.

(A fénytörés modellje, 3. függelék)

Amikor a fény egyik átlátszó közegből a másikba kerül, terjedésének iránya megváltozik. Ezt a jelenséget fénytörésnek nevezik. A fénytörés törvénye határozza meg a beeső sugár relatív helyzetét, megtörve és merőlegesen a két közeg határfelületére. Emlékezzünk a törvényekre...

• A nyaláb beesési szöge szinuszának és a törésszög szinuszának aránya e két közeg esetében állandó érték.
• A beeső sugár, a megtört sugár és a sugár beesési pontján rekonstruált merőleges sugár ugyanabban a síkban fekszik.

A fénytörés törvényei matematikailag is levezethetők a Huygens-elv segítségével. Emlékezzünk, mi az.

Minden pont, ahová a zavar elérte magát, másodlagos gömbhullámok forrásává válik.

A hullámfelület a másodlagos hullámok burkolata.

Ezzel az elvvel meg lehet mutatni a törésszög függését a hullámok beesési szögétől a modellen. Alkalmazzuk Huygens elvét a hullámtörés törvényeinek levezetésére. (Dinamikus fénytörési modell, 4. függelék). Térjünk át a fénytörés törvényének levezetésére.

(a töréstörvény levezetésének sémája)

A Huygens-elv lehetővé tette a töréstörvények érvényességének bizonyítását geometriai konstrukciók és számítások segítségével. A beesési szög szinuszának és a törésszög szinuszának aránya e két közeg esetében állandó érték, amelyet a második közeg elsőhöz viszonyított relatív törésmutatójának nevezünk. Az egyik közegből a másikba való áttéréskor a fénysebesség megváltozik, így a relatív törésmutató összefüggésben van ezekben a közegekben a fény sebességével. Optikailag sűrűbbnek nevezzük a közeget, amelybe a fénysebesség csökken. Tekintsük a sugarak reverzibilitási tulajdonságának alkalmazását két közeg közötti határfelületen való áthaladáskor.

(A törésmutató fizikai jelentése. Abszolút törésmutató.)

A törésmutató fizikai jelentése az, hogy azt mutatja meg, hogy az első közegben hányszor nagyobb a fénysebesség, mint a másodikban. Minden közegnek megvan a saját törésmutatója a vákuumhoz viszonyítva, amit abszolút indexnek nevezünk.

A vákuum optikai tulajdonságai megközelítőleg megegyeznek a vákuum fizikai tulajdonságaival, így abszolút értéke egynek vehető.

Bármely két közeg relatív törésmutatója táblázat segítségével meghatározható.

(Abszolút törésmutatók táblázata)

Teljes belső reflexió

A fénytörés törvénye segít megmagyarázni a teljes belső reflexió érdekes és fontos jelenségét. Tekintsük azt a jelenséget, amikor a fény optikailag sűrűbb közegből kevésbé sűrűre változik.

(A nyaláb átmenetének modellje sűrűbb közegből kevésbé sűrűbe, 5. függelék)

A tapasztalatok azt mutatják:

1. Az adathordozók közötti interfészre merőlegesen haladó nyaláb nem törik meg.
2. Két átlátszó közeg határfelületén a visszavert és a megtört sugarak egyidejűleg léteznek.
3. A beesési szög növekedésével a törésszög növekszik.
4. Egy bizonyos beesési szögnél a megtört nyaláb végigcsúszik a felületen.
5. A beesési szög további növekedésével a megtört nyaláb nem létezik - megjelenik a teljes belső visszaverődés jelensége.

Határozzuk meg a teljes belső visszaverődés szögének értékét.

A természetben a teljes belső visszaverődés magyarázza a szivárvány kialakulását és a harmatcseppek ezüstös színét.

(Teljes belső visszaverődés alkalmazása)

A műszaki eszközökben a prizmák teljes belső visszaverődése lehetővé teszi a prizmák használatát optikai műszerekben: teleszkópokban, távcsövekben, periszkópokban, ami javítja a képek megvilágítását.

A teljes belső visszaverődést széles körben használják fényvezetőkben - átlátszó csövekben, amelyeket alacsonyabb törésmutatójú anyagból készült héj veszi körül. (Flash animáció „Salyut”, 6. melléklet).

A fényvezetőket rádiójelek, képek továbbítására, orvosi diagnosztikai és terápiás eszközökben, világítóberendezésekben, díszvilágításra stb.

Ebben a munkában használt:

1. k/töredék „Fényvisszaverődés”
2. Dinamikus modellek („Physics Lessons”, Cyril és Methodius)
3. Dinamikus modell „Huygens-elv” (vizuális fizika)
4. Flash animáció „Salute”

1. dia

Szeminárium a következő témában: „Fényhullámok” Teljes visszaverődés
Felkészítők: A 11. osztály tanulói „A” Romanchenko Valeria, Shchipanova Elena, Filippova Alena.

2. dia

Elbeszélés
Még az ókori római tudós, Plinius is a „Természettörténet” című művében, amelyet körülbelül 2000 évvel ezelőtt írt, beszélt a gyöngybúvárokról, akik merülés előtt olívaolajat vettek a szájukba, és víz alá engedték. A tenger felszínén szétterülő olajfilm, amelynek törésmutatója nagyobb volt, mint a vízé, élesen csökkentette a vakító fény fényességét és javította a látási viszonyokat. A teljes belső reflexió egyszerű jelensége, amelyet először Johannes Kepler írt le a 17. század elején, és látszólag jól tanulmányozta, mostanra a figyelem tárgyává vált. És ezeket a hatásokat először Alekszandr Alekszandrovics Eikhenwald orosz fizikus vizsgálta pontosan több mint száz évvel ezelőtt.

3. dia

Teljes tükröződés
- ez az optikailag kevésbé sűrű közegből származó fény visszaverődésének jelensége, amelyben nincs fénytörés, és a visszavert fény intenzitása majdnem megegyezik a beeső fény intenzitásával.

4. dia

ELMÉLET
Mivel a fény optikailag sűrűbb közegből egy optikailag kevésbé sűrű közegbe jut át, a törésszög ebben az esetben nagyobb, mint a beesési szög a. Ahogy a forrásból érkező sugarak beesési szöge a két közeg határfelületén növekszik, eljön az a pillanat, amikor a megtört sugár végigmegy a közegek közötti határfelületen, azaz = 90°. Az ennek az értéknek megfelelő beesési szöget a teljes belső visszaverődés határszögének nevezzük - a0.

5. dia

A teljes visszaverődés határszöge az a beesési szög, amelynél a fény nem törik meg, hanem visszaverődik és elcsúszik a két közeg közötti határfelületen. Törésszög = 90°

6. dia

A teljes visszaverődést az úgynevezett száloptikában használják a fény és a képek továbbítására átlátszó, rugalmas szálkötegeken - fényvezetőkön keresztül. A fényvezető egy hengeres üvegszál, amely átlátszó anyagból készült burkolattal van bevonva, amelynek törésmutatója alacsonyabb, mint a szálé. A többszörös teljes visszaverődésnek köszönhetően a fény tetszőleges (egyenes vagy íves) út mentén irányítható.

7. dia

A szálakat kötegekbe gyűjtik. Ebben az esetben mindegyik szál továbbítja a kép valamely elemét. A szálkötegeket például az orvostudományban használják a belső szervek tanulmányozására.A hosszú szálkötegek - fényvezetők - gyártásának technológiájának fejlődésével egyre szélesebb körben kezdik alkalmazni a fénysugarak segítségével történő kommunikációt (beleértve a televíziót is).

8. dia

9. dia

GYAKORLAT
a természetben a fény teljes visszaverődésével kapcsolatos jelenségekről beszél.
Teljes belső visszaverődés figyelhető meg, ha víz alól nézzük a felszínt: bizonyos szögekben a határfelületen nem a külső rész figyelhető meg, hanem a vízben lévő tárgyak tükörtükrözése.

10. dia

2. A délibáb jelenségét egy teljes belső jelenség magyarázza. A délibáb egy optikai jelenség a légkörben: a fény visszaverődése a hőben élesen eltérő levegőrétegek közötti határvonalon. A megfigyelő számára egy ilyen visszaverődés azt jelenti, hogy egy távoli tárggyal együtt annak virtuális képe látható, a tárgyhoz képest eltolva.

11. dia

3.Szivárvány. Leggyakrabban primer szivárvány figyelhető meg, amelyben a fény egy belső visszaverődésen megy keresztül, az elsődleges szivárványban a vörös szín az ív külső oldalán van, szögsugara 40-42°.

12. dia

4. Többféle délibábból álló összetett optikai jelenség a légkörben, amelyben távoli tárgyak ismétlődően és különböző torzításokkal láthatók. A Fatamorgana akkor fordul elő, ha a légkör alsó rétegeiben több, váltakozó, változó sűrűségű levegőréteg képződik, amelyek tükörképes visszaverődést képesek kelteni. A reflexió, valamint a sugarak törése következtében a valós objektumok több torz képet hoznak létre a horizonton vagy felette, részben egymást átfedve és időben gyorsan változva, ami bizarr képet hoz létre.

13. dia

Hogyan magyarázható a „kőjáték”? Az ékszerekben a kövek kivágását úgy választják meg, hogy minden arcon teljes fényvisszaverődés legyen.

14. dia

periszkóp
távcső
kamera

15. dia

16. dia

Új eredmények
A teljes reflexió először csak furcsa jelenség volt. Most fokozatosan forradalomhoz vezet. Charles Kao 2009-ben megkapta a fizikai Nobel-díjat „úttörő eredményeiért az optikai kommunikáció szálain keresztül történő fényátvitel terén”. Kao felfedezése, amelyet 1966-ban tett, megnyitotta az utat az optikai szálak előtt, amelyeket ma a televízióban és az internetes kommunikációban használnak. Képes volt kidolgozni egy olyan eljárást ultratiszta optikai szál előállítására, amely lehetővé teszi a fényjelek torzítás nélküli továbbítását akár 100 km-es távolságig is, szemben az akkori korlátnak számító mindössze tíz méteres távolsággal.

17. dia

Bibliográfia:
„A fény teljes visszaverődése” című előadás. Gordon G.V. Geometrikus optika. http://www.rusedu.ru/detail_6171.html Borisov K. Száloptikai világítási rendszerek. http://www.trikita.by/service6.html Bukhovtsev B.B., Myakishev G.Ya. Fizika tankönyv 11. évfolyam. M.: Oktatás, 2010 Varaksina E. I. Fény teljes belső visszaverődése folyadékban. http://fiz.1september.ru/articles/2009/17/14. Kasyanov V.A. Fizika tankönyv 11. évfolyam. M.: Drofa.2002 Latyshevskaya T. Yu., Novoselov K. S. Nanotechnologies for Fiber Optics. http://www.kabel-news.ru/ http://traditio.ru/wiki/ Belső reflexió http://hghltd.yandex.net/. A fény teljes visszaverődése http://ru.wikipedia.org/wiki/Fény útmutató http://images.google.ru. Mirages http://school426-spb.by.ru. Fata Morgana http://www.genon.ru/GetAnswer. Fotók http://www.universal-fibre-optics.com/russian/applications.html Száloptikai világítási rendszerek http://www.ifmo.ru/faculty/5. Egyedülálló robotkomplexum http://www.forc-photonics.ru/ru/production/volokonno-opticheskie_datchik/1/68/.Optikai műszerek http://optika8.narod.ru/Opiti.htm. Geometriai optika http://canegor.urc.ac.ru/bezpriborov/63832896.html. A fény teljes belső visszaverődését demonstráló kísérletek http://www.nvtc.ee/e-oppe/Sidorova/objects. A fény teljes belső visszaverődésének alkalmazása. http://iuyt.ru/index.php?newsid=38. Fénytervezés http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/144040/ Fata Morgana

α). Amikor a fény optikailag sűrűbb közegből kevésbé sűrű közegbe kerül, a fény megtörik és visszaverődik. Az α beesési szög növekedésével a törési szög is növekszik β (β>α).Ha a fény optikailag sűrűbb közegből halad át kevésbé sűrű közegbe, könnyű, mint p" class="link_thumb"> 5 !} Amikor a fény egy optikailag sűrűbb közegből egy kevésbé sűrű közegbe kerül, a fény megtörik és visszaverődik. Az α beesési szög növekedésével a β törésszög is növekszik (β>α). Amikor a fény egy optikailag sűrűbb közegből egy kevésbé sűrű közegbe kerül, a fény megtörik és visszaverődik. Az α beesési szög növekedésével a β törésszög is növekszik (β>α). Egy bizonyos α o beesési szögnél a törésszög a legnagyobb (β max =90 o). Egy bizonyos α o beesési szögnél a törésszög a legnagyobb (β max =90 o). Ha a beesési szög α>α о, a fény törése a második közegbe leáll, a fény teljesen visszaverődik a határfelületről, mint egy tükörről - a teljes fényvisszaverődés jelensége következik be. Ha a beesési szög α>α о, a fény törése a második közegbe leáll, a fény teljesen visszaverődik a határfelületről, mint egy tükörről - a teljes fényvisszaverődés jelensége következik be. α). Amikor a fény optikailag sűrűbb közegből kevésbé sűrű közegbe megy át, a fény n"> α). Amikor a fény egy optikailag sűrűbb közegből egy kevésbé sűrű közegbe kerül, a fény megtörik és visszaverődik. A beesési szög α növekszik, növekszik a β törésszög (β >α) Egy bizonyos α o beesési szögnél a törésszög a legnagyobb (β max =90 o) Egy bizonyos α o beesési szögnél a törésszög válik a legnagyobb (β max =90 o) Ha a beesési szög α>α o, a fény törése a második közegbe leáll, a fény teljesen visszaverődik a határfelületről, mint egy tükörről - a teljes fényvisszaverődés jelensége Ha a beesési szög α>α o, a fény törése a második közegbe leáll, a fény teljesen visszaverődik a határfelületről, mint a tükörről - a jelenség teljes fényvisszaverődést okoz."> α). Amikor a fény optikailag sűrűbb közegből kevésbé sűrű közegbe kerül, a fény megtörik és visszaverődik. Az α beesési szög növekedésével a törési szög is növekszik β (β>α).Ha a fény optikailag sűrűbb közegből halad át kevésbé sűrű közegbe, könnyű, mint p"> title="Amikor a fény egy optikailag sűrűbb közegből egy kevésbé sűrű közegbe kerül, a fény megtörik és visszaverődik. Az α beesési szög növekedésével a β törésszög is növekszik (β>α). Amikor a fény optikailag sűrűbb közegből kevésbé sűrű közegbe kerül, a fény mint"> !}

Száloptika - optikai képek továbbítására szolgáló rendszer; optikai képek továbbítására szolgáló rendszer üvegszálak (fényvezetők) segítségével. üvegszálak (fényvezetők) segítségével. Teljes belső visszaverődést tapasztalva, a fényjel továbbterjed a flexibilis fényvezetőn belül Teljes belső visszaverődés tapasztalható, a fényjel a rugalmas fényvezető belsejében terjed. Több ezer fényvezetőből álló köteg használatos (az egyes szálak átmérője 0,002-0,01 mm) Több ezer fényvezetőből álló nyaláb kerül felhasználásra (az egyes szálak átmérője 0,002-0,01 mm) Száloptikai eszközök alkalmazása a gyógyászatban - endoszkópok (különböző belső szervekbe behelyezett szondák) Száloptikai eszközök alkalmazása orvostudomány - endoszkópok (különböző belső szervekbe behelyezett szondák) Jelenleg a száloptika váltja fel a fémvezetőket az információátviteli rendszerekben (fényjel segítségével 10 6-szor több információt továbbíthatunk, mint rádiójellel) Jelenleg a száloptika váltja fel a fémet vezetők információátviteli rendszerekben (fényjel segítségével 10 6-szor több információt továbbíthat, mint rádiójel segítségével) rádiójel segítségével Teljes visszaverődés alkalmazása prizmás távcsőben, periszkópban, tükörreflexes fényképezőgépekben, reflektorokban (reflektorokban) Összes felhasználása tükröződés prizmás távcsövekben, periszkópokban, tükörreflexes fényképezőgépekben, reflektorokban (reflektorokban)