Полное внутреннее отражение - Световые волны - Оптика

Цель: познакомить с явлением полного внутреннего отражения.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Повторение изученного материала

- Что такое преломление света?

- Какая среда называется оптически более плотной или менее плотной?

- Почему наблюдателю, смотрящему сверху на воду, глубина реки кажется меньше, чем на самом деле?

- Сформулируйте закон преломления.

- Сделайте чертеж и дайте объяснение, в каком случае угол преломления больше угла падения.

III. Проведение самостоятельной работы

Вариант I

1. В каком случае угол преломления равен углу падения?

A. Только тогда, когда показатели преломления двух сред одинаковы.

Б. Только тогда, когда падающий луч перпендикулярен к поверхности раздела сред.

B. Когда показатели преломления двух сред одинаковы; падающий луч перпендикулярен к поверхности раздела сред.

2. Почему, находясь в лодке, трудно попасть копьем в рыбу, плавающую невдалеке?

A. Так как изображение рыбы в воде мнимое и приподнято к поверхности воды.

Б. Так как изображение рыбы в воде мнимое и смещено в противоположную сторону от лодки.

B. Так как изображение рыбы в воде действительное, но приподнято к поверхности воды.

3. Если рассматривать дно водоема на глубине 2,66 м, то будет казаться, что глубина равна:

A. 2 м.

Б. 1,38 м.

B. 2,66 м.

4. Почему изображение предмета в воде всегда менее яркое, чем сам предмет?

А. На границе сред воздух - вода свет поглощается.

Б. На границе сред воздух - вода свет частично отражается, частично преломляется.

В. На границе сред воздух - вода свет преломляется.

5. Водолаз рассматривает из воды светящуюся лампу, подвешенную от поверхности воды на высоте 1 м. Ему будет казаться, что высота:

A. Больше 1 м.

Б. Меньше 1 м.

B. Равна 1 м.

6. Если угол падения луча на поверхность раздела двух сред увеличивается, то относительный показатель преломления этих сред:

A. Увеличивается.

Б. Уменьшается.

B. Не изменяется.

(Ответы: 1. В; 2. А; 3. А; 4. Б; 5. А; 6. В.)

Вариант II

1. Два человека, стоящие по разные стороны стеклянной двери лицом друг к другу, могут одновременно видеть внутренность помещения. Почему это происходит? Для кого из них картина будет более яркой?

A. Так как один видит внутренность помещения в происходящем, а другой - в отраженном свете. В происходящем свете картина будет менее яркая.

Б. Так как один видит внутренность помещения в происходящем, а другой - в отраженном свете. В отраженном свете картина будет менее яркая.

B. Это возможно только тогда, когда в комнате установлены зеркала. Яркость одинакова.

2. На какой позиции рис. 65 более правильно начерчен ход лучей?

A. «а».

Б. Только «б».

B. «б», «в».

3. Если рассматривать камень, лежащий на дне водоема в точке 1 под небольшим углом, то мы видим его в точке:

A. 1.

Б. 2.

B. 3.

4. Как меняются кажущиеся размеры предмета в воде?

A. Увеличиваются.

Б. Уменьшаются.

B. Не изменяются.

5. Для нахождения предельного угла при падении луча на границу стекло - вода нужно использовать формулу:

6. Как изменилось бы видимое расположение звезд на небе, если бы вдруг исчезла атмосфера Земли?

A. Сместилось бы от зенита.

Б. Сместилось бы к зениту.

B. Смещения не произошло бы.

(Ответы: 1. Б; 2. В; 3. Б; 4. А; 5. В; 6. А.)

IV. Изучение нового материала

1. Демонстрация опыта.

Опыт с оптической шайбой. (Только теперь наблюдаем переход света из оптически более плотной среды в менее плотную.)

2. Рассказ учителя.

На границе стекло - воздух часть пучка отразится в соответствии с законом отражения, а часть пройдет в воздух, изменив направление. При этом угол преломления больше угла падения. Увеличивая угол падения, угол преломления увеличивается быстрее, увеличивается интенсивность луча отражения, а интенсивность угла преломления падает.

При дальнейшем увеличении угла угол преломления становится равным 90°. Свет идет вдоль границы раздела сред стекло - воздух.

Для воздуха при α > α₀ свет отражается обратно в первую среду.

Наименьший угол падения α₀, при котором наступает полное внутреннее отражение, называется предельным углом полного отражения. Данное явление наблюдается при переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, если световой пучок падает на границу раздела под углом, который больше предельного.

Полным внутренним отражением объясняется блеск капель росы на солнечном свете, светящиеся фонтаны, блеск бриллиантов, хрусталя. Они блестят, потому что падающий на них свет полностью отражается, не попадая внутрь пузырьков.

Данное явление используется в волоконной оптике для передачи света и изображения по пучкам прозрачных гибких волокон - световодов.

Он представляет собой тонкое волокно цилиндрической формы из кварцевого стекла с добавлением германия и бора. Толщина волокон от 100 мкм до 1 мкм.

За счет многократного полного отражения свет может быть направлен по любому прямому или изогнутому пути. Создаются волоконные линии связи протяженностью до сотен километров. Волоконный кабель тоньше телефонного и позволяет передавать больше сообщений. Жгуты из волокон используются в медицине для исследования полых внутренних органов: стенок желудка, пищевода, кишечника и даже кровеносных сосудов.

3. Анализ экспериментов.

Эксперимент 1

Медную монету заранее закоптить. Затем положить ее гербом вверх на дно сосуда с водой. И в таком виде показать учащимся. Она кажется серебряной.

Объяснение явления: Из-за копоти поверхность монеты покрыта слоем воздуха, на границе которого с водой происходит полное внутреннее отражение света, освещающего монету.

Эксперимент 2

Большую стеклянную бутыль с боковым тубусом установить на высоте 40 см над столом. В тубус вставить пробку, сквозь которую пропустить небольшую стеклянную трубку. Лучи света от проекционного фонаря собрать на отверстии тубуса. Бутыль наполнить водой, и пусть вода вытекает из сливной трубки. Если воду слегка замутить молоком, то вытекающая вода будет светиться.

Объяснение явления:

Лучи света, поступающего внутрь струи, испытывают полное внутреннее отражение и следуют вдоль струи. А частицы молока рассеивают свет во все стороны и делают струю видимой.

V. Закрепление материала

- Сделав чертеж, объясните сущность явления полного внутреннего отражения света?

- Что называют предельным углом полного внутреннего отражения света?

- Каково практическое применение полного внутреннего отражения света?

- Что такое световод?

VI. Подведение итогов урока

Домашнее задание

С помощью стеклянной трубки изогнуть луч света. Предложите свои проекты решения.