Розробка заняття на тему: "Закони відбивання та заломлення світла. Повне відбивання. Розв’язування задач."

Тема. Закони відбивання та заломлення світла. Повне відбивання. Розв’язування задач.

Мета: сформулювати закон заломлення світла та визначити фізичний зміст показника заломлення, ознайомитись із явищем повного відбивання світла та його практичним застосуванням.

Обладнання: роздатковий матеріал, підручники.

Тип уроку: комбінований.

Структура  заняття

І. Організаційний момент.

1. Облік.

2. Повідомлення теми і мети заняття.

ІІ. Актуалізація розумової діяльності студентів.

1. Які властивості електромагнітних хвиль?

2. Що таке радіолокація?

3. Намалювати блок-схему радіолокатора.

4. Які основні принципи радіолокації?

5. За якою формулою можна знайти відстань до об'єкта?

6. Де застосовується радіолокація?

ІІІ. Викладення нового матеріалу.

План

1. Закони відбивання та заломлення світла.

2. Показник заломлення.

3. Повне внутрішнє відбивання.

4. Застосування повного внутрішнього відбивання світла.

1. Закони відбивання та заломлення світла.

Явище заломлення світла – одне з найбільш поширених оптичних явищ в природі. Якщо в склянку з водою опустити ложку, то нам здається, що ложка “зламалася”. Ми помиляємось у визначенні глибини водойм, бачимо предмети у воді не там де вони насправді розміщені. Все це приклади “оптичного обману”.

Явище заломлення світла – це явище при якому змінюється напрям світлового променя на межі при переході його в друге середовище.

Розглянемо такий простий дослід. Спрямуємо вузький пучок світла на поверхню води (мал.1). Видно, що

• промені падаючий і відбитий лежать в одній площині з перепендикуляром до відбиваючої поверхні, проведеним з точки падіння променя (І закон відбивання);

• кут падіння дорівнює куту відбивання (ІІ закон відбивання).

мал.1

Пучок світла на межі між повітрям і водою одночасно відбивається і заломлюється. Досліди показують, що у разі зміни напряму падаючого променя змінюється і напрям відбитого, але обидва вони лежать в одній площині. Саме в цьому і полягає І закон заломлення:

1. Падаючий промінь, заломлений промінь і перпендикуляр до межі поділу двох середовищ, поставлений в точку падіння променя, лежать в одній площині.

Змінюючи кут падіння променя на воду, помітимо, що при цьому змінюватиметься і кут відбивання. Вимірюючи можна встановити, що вони завжди дорівнюють один одному. В цьому полягає ІІ закон заломлення:

1. Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величиною сталою для двох середовищ і називається відносним показником заломлення 2-го середовища відносно 1-го середовища:             

2.Показник заломлення.

Відносним показником заломлення 2-го середовища відносно 1-го називають відношення абсолютних показників заломлення цих середовищ:

,

Максимальною швидкістю поширення взаємодії є швидкість світла у вакуумі. У будь-якому іншому середовищі світло поширюється з меншою швидкістю.

Фізична величина, що характеризує зменшення швидкості поширення світла в середовищі в порівнянні зі швидкістю світла у вакуумі, є абсолютним показником заломлення:

Отже, заломлення світла пояснюється зміною швидкості поширення світла під час його переходу з одного середовища в інше.

3.Повне внутрішнє відбивання.

Середовище, яке має більший показник заломлення, називається оптично більш густим. Якщо світловий пучок попадає з оптично більш густішого середовища в оптично менш густе середовище, то при поступовому збільшенні заломлений промінь, “опускаючись”, наближається до межі поділу середовищ. При деякому значенні заломлення немає, промінь ковзає по поверхні поділу середовищ. При світловий промінь повертає у середовище 1. Тобто відбувається тільки відбивання світла всередину першого середовища.

Це явище називається повним внутрішнім відбиванням.

Повне внутрішнє відбивання – явище відбивання світла від оптично менш густого середовища, за якого заломлення відсутнє, а інтенсивність відбитого світла практично дорівнює інтенсивності падаючого.

Граничний кут – мінімальний кут падіння світла, починаючи з якого виникає явище повного внутрішнього відбивання:

4. Застосування повного внутрішнього відбивання світла.

Останнім часом явище повного відбивання світла знайшло застосування в пристроях для передачі зображення предмета без допомоги лінз і дзеркал. Це так звані світловоди. Світловод складається з великої кількості тонких (діаметром близько 20 мкм) ниток завдовжки близько 1 м кожна, виготовлених із скла. Ці нитки розташовані щільно одна біля одної і паралельні між собою. На обох торцях світловода взаємне розміщення кінців ниток строго однакове. Кожна нитка оточена тонкою оболонкою із скла, яке має менший показник заломлення, ніж сама нитка.

мал. 2

Якщо до одного торця світловода притиснути якийсь плоский самосвітний або ж освітлений побічним джерелом світла предмет, світло від кожної маленької частини предмета потрапить в торець однієї з ниток. Оскільки кожна нитка оточена речовиною, оптична густина якої менша за оптичну густину нитки, то світло, потрапивши в неї, зазнає безліч повних відбивань (мал. 2) і вийде з протилежного торця нитки. Таким чином, на другому кінці світловода утворюється зображення предмета, яке буде тим чіткіше, чим менший діаметр кожної нитки.

Світловоди знаходять широке застосування в сучасній техніці і в медицині, особливо тоді, коли шлях світла від джерела до приймача виявляється криволінійним. У таких ситуаціях світловод завдяки своїй гнучкості замінює досить складну оптичну систему з багатьох лінз і дзеркал. Крім того, світловод має дуже високу світлосилу, тобто втрати світлової енергії на шляху проходження променя невеликі. Так, для огляду внутрішніх органів хворого (шлунок, кишечник тощо) застосовують гастроскоп — тонкий і дуже гнучкий світловод, який вводиться через стравохід чи товсту кишку всередину порожнини, яку слід оглянути. Через один із введених світловодів порожнина освітлюється, а через другий світловод здійснюється огляд (або фотографування) порожнини.

ІV Закріплення.

1. Яке фізичне явище називається заломленням світла?

2. Сформулювати закони заломлення світла.

3. Чим зумовлене заломлення світла на межі поділу двох прозорих середовищ?

4. У чому полягає фізичний зміст показника заломлення?

5. Чим відрізняється відносний показник заломлення від абсолютного?

6. У якому випадку відносний показник заломлення більший за одиницю? Менший за одиницю?

7. Що таке повне внутрішнє відбивання світла?

8. Що називають граничним кутом?

9. Де застосовують явище повного внутрішнього відбивання світла?

Задачі

1. Промінь світла падає на плоску межу двох середовищ. Кут падіння дорівнює 40⁰, кут між відбитим і заломленим променем дорівнює 110⁰. Чому дорівнює кут заломлення?

2. Водолаз, перебуваючи на дні озера, напрямив промінь ліхтаря на поверхню води. Кут падіння променя дорівнює 25⁰. Знайдіть кут заломлення променя.

VІ Домашнє завдання.

С. У. Гончаренко “Фізика 11” § 52-53.

5