Prezentācija ir pilnīgs pārdomas. Pilnīga gaismas atstarošana

Sadaļas: Fizika

Gaismas atstarošanas likums

Viena no svarīgākajām gaismas īpašībām ir atstarošana un laušana. 8. klasē tika apgūti gaismas atstarošanas un laušanas likumi. Atcerēsimies gaismas atstarošanas likumus.

(Fragments “Gaismas atspīdums”, 2. pielikums)

Likumi pilnībā formulēti šādi:

• Krituma leņķis ir vienāds ar atstarošanas leņķi.
• Krītošais stars, atstarotais stars un perpendikulārais stars, kas rekonstruēts stara krišanas punktā, atrodas vienā plaknē.

Atstarošanas un laušanas likumi tika noteikti eksperimentāli. Tomēr tos var iegūt, attēlojot gaismu kā vilni un izmantojot Haigensa principu, kas ir šāds...

Huigensa princips

• Katrs punkts, līdz kuram traucējums ir sasniedzis sevi, kļūst par sekundāro sfērisko viļņu avotu.
• Viļņu virsma ir sekundāro viļņu apvalks.

(Viļņu izplatīšanās modeļi)

Pieņemsim, ka sfērisks vilnis izplatās no noteikta punkta...

Šis princips ir spēkā arī jebkuras formas viļņu gadījumā.

Tādējādi Huygens princips ļauj mums jebkurā laikā atrast viļņu virsmu, izmantojot vienkāršas ģeometriskas konstrukcijas. Izmantojot šo principu, modelī ir iespējams parādīt atstarošanas leņķa atkarību no viļņu krišanas leņķa. (Dinamisko viļņu atstarošanas modelis, 4. pielikums). Viļņu atstarošanas likuma atvasināšanai izmantosim Haigensa principu.

(shēma atstarošanas likuma atvasināšanai)

Haigensa principa izmantošana matemātiskās konstrukcijās un turpmākie matemātiskie aprēķini apstiprināja gaismas atstarošanas likuma formulējuma pareizību: atstarošanas leņķis ir vienāds ar krišanas leņķi. Turklāt tas apstiprināja staru atgriezeniskuma faktu un to, ka krītošie, atstarotie stari un stara krišanas punktā uz virsmu novilktais perpendikuls atrodas vienā plaknē.

Gaismas laušanas likums

Nākamā svarīgā gaismas īpašība ir refrakcija. Atcerēsimies, kas tas ir.

(Gaismas refrakcijas modelis, 3. pielikums)

Gaismai pārejot no vienas caurspīdīgas vides uz otru, mainās tās izplatīšanās virziens. Šo parādību sauc par refrakciju. Gaismas laušanas likums nosaka krītošā staru kūļa relatīvo pozīciju, kas ir lauzta un perpendikulāra saskarnei starp divām vidēm. Atcerēsimies likumus...

• Stara krišanas leņķa sinusa attiecība pret laušanas leņķa sinusu ir nemainīga vērtība šiem diviem medijiem.
• Krītošais stars, lauztais stars un perpendikulārais stars, kas rekonstruēts stara krišanas punktā, atrodas vienā plaknē.

Rerakcijas likumus var atvasināt arī matemātiski, izmantojot Huigensa principu. Atcerēsimies, kas tas ir.

Katrs punkts, līdz kuram traucējums ir sasniedzis sevi, kļūst par sekundāro sfērisko viļņu avotu.

Viļņu virsma ir sekundāro viļņu apvalks.

Izmantojot šo principu, modelī ir iespējams parādīt laušanas leņķa atkarību no viļņu krišanas leņķa. Viļņu laušanas likumu atvasināšanai izmantosim Haigensa principu. (Dinamiskās refrakcijas modelis, 4. pielikums). Pāriesim pie laušanas likuma atvasināšanas.

(shēma refrakcijas likuma iegūšanai)

Haigensa princips ļāva pierādīt laušanas likumu pamatotību, izmantojot ģeometriskās konstrukcijas un aprēķinus. Krituma leņķa sinusa attiecība pret laušanas leņķa sinusu ir nemainīga vērtība šīm divām vidēm, ko sauc par otrās vides relatīvo refrakcijas indeksu attiecībā pret pirmo. Pārejot no vienas vides uz otru, mainās gaismas ātrums, tāpēc relatīvais laušanas koeficients ir saistīts ar gaismas ātrumu šajās vidēs. Vidēji, kuros gaismas ātrums samazinās, tiek saukti par optiski blīvākiem. Apskatīsim staru atgriezeniskuma īpašību pielietojumu, ejot caur saskarni starp diviem nesējiem.

(Refrakcijas indeksa fiziskā nozīme. Absolūtais refrakcijas indekss.)

Refrakcijas indeksa fiziskā nozīme ir tāda, ka tas parāda, cik reizes gaismas ātrums pirmajā vidē ir lielāks par gaismas ātrumu otrajā. Katrai videi ir savs refrakcijas indekss attiecībā pret vakuumu, ko sauc par absolūto indeksu.

Vakuuma optiskās īpašības ir aptuveni vienādas ar vakuuma fizikālajām īpašībām, tāpēc tā absolūto vērtību var uzskatīt par vienu.

Relatīvos refrakcijas koeficientus jebkuriem diviem medijiem var noteikt, izmantojot tabulu.

(absolūto refrakcijas rādītāju tabula)

Pilnīga iekšējā atspulga

Refrakcijas likums palīdz izskaidrot interesanto un svarīgo kopējās iekšējās refleksijas fenomenu. Apskatīsim gaismas pārejas fenomenu no optiski blīvākas vides uz mazāk blīvu.

(Siju pārejas modelis no blīvākas vides uz mazāk blīvu, 5. pielikums)

Pieredze liecina:

1. Stars, kas virzās perpendikulāri saskarnei starp datu nesējiem, netiek lauzts.
2. Divu caurspīdīgu datu nesēju saskarnē vienlaikus pastāv atstarotie un lauztie stari.
3. Palielinoties krišanas leņķim, palielinās refrakcijas leņķis.
4. Noteiktā krišanas leņķī lauztais stars slīd pa virsmu.
5. Turpinot palielināt krišanas leņķi, lauztais stars nepastāv - parādās kopējā iekšējā atstarošanās parādība.

Noteiksim kopējā iekšējā atstarojuma leņķa vērtību.

Dabā pilnīga iekšējā atstarošana izskaidro varavīksnes veidošanos un rasas pilienu sudrabaino krāsu.

(Izmantojot kopējo iekšējo atspulgu)

Tehniskajās ierīcēs kopējais iekšējais atstarojums prizmās ļauj izmantot prizmas optiskajos instrumentos: teleskopos, binokļos, periskopos, kas uzlabo attēlu apgaismojumu.

Kopējais iekšējais atstarojums tiek plaši izmantots gaismas vadotnēs - caurspīdīgās caurulēs, kuras ieskauj apvalks, kas izgatavots no materiāla ar zemāku refrakcijas koeficientu. (Flash animācija “Salyut”, 6. pielikums).

Gaismas vadus izmanto radiosignālu, attēlu pārraidīšanai, medicīnas diagnostikas un ārstniecības iekārtās, apgaismes ierīcēs, dekoratīvajam apgaismojumam u.c.

Šajā darbā izmantots:

1. k/fragments “Gaismas atspulgs”
2. Dinamiskie modeļi (“Physics Lessons”, Kirils un Metodijs)
3. Dinamiskais modelis “Haigensa princips” (vizuālā fizika)
4. Flash animācija "Sveiciens"

Šajā nodarbībā jūs iepazīsities ar gaismas laušanas fenomenu un uzzināsit, kā gaisma pārvietojas pa dažādiem nesējiem.

Nodarbības plāns:

• 1. .
• 2. Kopējā atstarojuma ierobežojošais leņķis. Pilnīgas refleksijas likums.
• 3. Kopējā atstarojuma ierobežojošais leņķis dažām vidēm.
• 4. Šķiedru optika. Gaismas ceļvedis
• 5. Atstarojošās prizmas.
• 6. Secinājumi.

• Pārejot no optiskā mazāk blīva vide V optiski vairāk stingrs refrakcijas leņķis mazāk perpendikulāri .
• Pārejot no optiskā vairāk blīva vide V optiski mazāk stingrs refrakcijas leņķis vairāk krišanas leņķis un refrakcijas stars tiek novirzīts pret saskarne starp diviem medijiem .

Pārejot no optiskā vairāk blīva vide V optiski mazāk blīvs, lauztais gaismas stars tiek novirzīts uz to saskarne starp diviem Trešdienās no plkst tā sākotnējais virziens .

42º - tas ir leņķis, kurā gaismas stars no stikla nepāriet otrajā vidē, bet tiek pilnībā atspoguļots

Ierobežot atstarošanas leņķi

Grēks γ

Grēks α ̥

n

n

2

1

= ─

n = 1

Sin90º = 1

1

γ = 90º

─ ierobežojuma leņķis

α

pilnīgs atspoguļojums

0

Grēks α ̥ = ─

n

─ Pilnības likums

pārdomas

2

Kopējā atstarošanas leņķa ierobežojums

• Zemākais krišanas leņķis α , kurā notiek pilnīgas gaismas atstarošanas fenomens maksimālais pilnības leņķis pārdomas .

• Kopējā atstarojuma leņķim nosacījums ir izpildīts - kopējā atstarošanas leņķa sinuss ir apgriezti proporcionāls gaismas relatīvajam laušanas koeficientam.

0

0

Grēks α ̥ = ─

n

3. Ierobežot atstarošanas leņķi un refrakcijas indekss n dažām vidēm

trešdiena

Ierobežot atstarošanas leņķi

Ūdens (pie 20 ºС)

48º35′ ≈ 48º

Stikls

41º50′ ≈ 42º

Kvarcs

Rubīns

Dimants

24º40′ ≈ 24º

4. Šķiedru optika

• Tas ir balstīts uz gaismas un attēlu pārraidi caur caurspīdīgu elastīgu šķiedru kūļiem - gaismas vadotnēm.
• Gaismas ceļvedis - Šī ir plāna cilindriska šķiedra, kas izgatavota no kvarca stikla, pievienojot germāniju vai boru.
• Šķiedru biezums ir no 100 mikroniem līdz 1 mikronam un mazāks.
• Šķiedras tiek savāktas saišķos ar līdz pat miljonam šķiedru.

šķiedras kabelis

izmanto pārraidei

• informācija datora iekšienē un dažādu datoru savienošanai savā starpā;
• televīzijas attēli.

Gaismas ceļvedis

Izmantojot vairākas pilnīgas atstarošanas, gaismu var virzīt pa jebkuru izliektu ceļu.

Atstarojošs

prizmas

Secinājums:

Tiek novērota pilnīga atstarošana

• kad gaisma pāriet no optiskās vairāk blīva vide V optiski mazāk blīvs;
• kad krišanas leņķis sasniedz kopējā atstarojuma ierobežojošo leņķi.

Pilnīgas atstarošanas likums -

Kopējā atstarošanas leņķa sinuss ir apgriezti proporcionāls gaismas relatīvajam laušanas koeficientam.

n

Grēks α ̥ = ─

1. slaids

Seminārs par tēmu: “Gaismas viļņi” Totālais atspulgs
Sagatavoja: 11. “A” klases skolēni Romančenko Valērija, Ščipanova Jeļena, Filippova Alena.

2. slaids

Īss stāsts
Pat senās Romas zinātnieks Plīnijs savā "Dabas vēsturē", kas rakstīts pirms aptuveni 2 tūkstošiem gadu, runāja par pērļu nirējiem, kuri pirms niršanas ieņēma olīveļļu mutē un izlaida to zem ūdens. Eļļas plēve, kas izplatījās pa jūras virsmu, kuras laušanas koeficients bija lielāks nekā ūdens, strauji samazināja atspīdumu spilgtumu un uzlaboja redzamības apstākļus. Vienkāršā pilnīgas iekšējās refleksijas parādība, kuru 17. gadsimta sākumā pirmo reizi aprakstīja Johanness Keplers un šķietami labi pētīja, tagad ir kļuvusi par lielas uzmanības objektu. Un pirmo reizi šīs sekas pētīja krievu fiziķis Aleksandrs Aleksandrovičs Eihenvalds tieši vairāk nekā pirms simts gadiem.

3. slaids

Pilnīga atspulga
- tas ir gaismas atstarošanas fenomens no optiski mazāk blīvas vides, kurā nav gaismas laušanas un atstarotās gaismas intensitāte ir gandrīz vienāda ar krītošās gaismas intensitāti.

4. slaids

TEORIJA
Tā kā gaisma pāriet no optiski blīvākas vides uz optiski mazāk blīvu vidi, laušanas leņķis šajā gadījumā ir lielāks par krišanas leņķi a. Palielinoties staru krišanas leņķim no avota uz saskarnes starp diviem nesējiem, pienāks brīdis, kad lauztais stars virzīsies gar saskarni starp nesējiem, tas ir, = 90°. Krituma leņķi, kas atbilst šai vērtībai, sauc par kopējā iekšējā atstarojuma ierobežojošo leņķi - a0.

5. slaids

Kopējās atstarošanas ierobežojošais leņķis ir krišanas leņķis, pie kura gaisma netiek lauzta, bet tiek atstarota un slīd gar saskarni starp diviem nesējiem. Laušanas leņķis = 90°

6. slaids

Kopējo atspulgu izmanto tā sauktajā šķiedru optikā, lai pārraidītu gaismu un attēlus caur caurspīdīgu elastīgu šķiedru kūļiem - gaismas vadotnēm. Gaismas vads ir cilindriska stikla šķiedra, kas pārklāta ar caurspīdīga materiāla apvalku ar zemāku laušanas koeficientu nekā šķiedrai. Pateicoties daudzkārtējai pilnīgai atstarošanai, gaismu var virzīt pa jebkuru ceļu (taisnu vai izliektu).

7. slaids

Šķiedras tiek savāktas saišķos. Šajā gadījumā katra no šķiedrām pārraida kādu attēla elementu. Šķiedru kūļi tiek izmantoti, piemēram, medicīnā iekšējo orgānu pētīšanai. Uzlabojoties garo šķiedru kūlīšu – gaismas vadotņu – izgatavošanas tehnoloģijai, arvien plašāk tiek izmantota komunikācija (arī televīzija), izmantojot gaismas starus.

8. slaids

9. slaids

PRAKSE
runā par parādībām dabā, kas saistītas ar pilnīgu gaismas atspīdumu.
Pilnu iekšējo atspīdumu var novērot, ja paskatās no zem ūdens uz virsmu: noteiktos leņķos saskarnē tiek novērota nevis ārējā daļa, bet gan ūdenī esošo objektu spoguļatspoguļojums.

10. slaids

2. Mirāžas fenomens tiek skaidrots ar pilnīgu iekšēju parādību. Mirāža ir optiska parādība atmosfērā: gaismas atstarošana robežās starp gaisa slāņiem, kuru siltums krasi atšķiras. Novērotājam šāds atspulgs nozīmē, ka kopā ar tālu objektu ir redzams tā virtuālais attēls, nobīdīts attiecībā pret objektu.

11. slaids

3.Varavīksne. Visbiežāk tiek novērota primārā varavīksne, kurā gaisma iziet vienu iekšējo atspīdumu Primārajā varavīksnē sarkanā krāsa ir loka ārpusē, tās leņķa rādiuss ir 40–42°.

12. slaids

4. Sarežģīta optiska parādība atmosfērā, kas sastāv no vairākām mirāžu formām, kurās attālināti objekti ir redzami atkārtoti un ar dažādiem kropļojumiem. Fatamorgana rodas, ja atmosfēras apakšējos slāņos veidojas vairāki mainīgi dažāda blīvuma gaisa slāņi, kas spēj radīt spožus atstarojumus. Atstarošanas, kā arī staru laušanas rezultātā reālās dzīves objekti uz horizonta vai virs tā rada vairākus izkropļotus attēlus, kas daļēji pārklājas viens ar otru un ātri mainās laikā, kas rada dīvainu attēlu.

13. slaids

Kā izskaidrot “akmeņu spēli”? Rotaslietās akmeņu griezums ir izvēlēts tā, lai uz katras sejas būtu pilnīgs gaismas atspīdums.

14. slaids

periskops
binoklis
filmu kamera

15. slaids

16. slaids

Jauni sasniegumi
Sākumā pilnīga pārdoma bija tikai kurioza parādība. Tagad tas pamazām ved uz revolūciju. Čārlzam Kao 2009. gada Nobela prēmija fizikā tika piešķirta par viņa "novatoriskajiem sasniegumiem gaismas pārraidē caur šķiedrām optisko sakaru vajadzībām". Kao atklājums, ko viņš veica 1966. gadā, pavēra ceļu optiskajām šķiedrām, kuras mūsdienās izmanto televīzijā un interneta sakaros. Viņš spēja izstrādāt metodi īpaši tīras optiskās šķiedras ražošanai, kas ļauj bez traucējumiem pārraidīt gaismas signālus līdz 100 km attālumā, salīdzinot ar tikai desmitiem metru, kas tajā laikā bija robeža.

17. slaids

Bibliogrāfija:
Prezentācija “Gaismas kopējais atspīdums”. Gordons G.V. Ģeometriskā optika. http://www.rusedu.ru/detail_6171.html Borisovs K. Optisko šķiedru apgaismojuma sistēmas. http://www.trikita.by/service6.html Bukhovtsevs B.B., Mjakiševs G.Ja. Fizikas mācību grāmata 11. klase. M.: Izglītība 2010 Varaksina E. I. Pilnīga iekšējā gaismas atstarošana šķidrumā. http://fiz.1september.ru/articles/2009/17/14. Kasjanovs V.A. Fizikas mācību grāmata 11. klase. M.:Drofa.2002 Latyshevskaya T. Yu., Novoselov K. S. Nanotechnologies for Fiber Optics. http://www.kabel-news.ru/ http://traditio.ru/wiki/ Iekšējās pārdomas http://hghltd.yandex.net/. Kopējais gaismas atstarojums http://ru.wikipedia.org/wiki/Gaismas ceļvedis http://images.google.ru. Mirāžas http://school426-spb.by.ru. Fata Morgana http://www.genon.ru/GetAnswer. Fotogrāfijas http://www.universal-fibre-optics.com/russian/applications.html Optiskās šķiedras apgaismojuma sistēmas http://www.ifmo.ru/faculty/5. Unikāls robotu komplekss http://www.forc-photonics.ru/ru/production/volokonno-opticheskie_datchik/1/68/.Optiskie instrumenti http://optika8.narod.ru/Opiti.htm. Ģeometriskā optika http://canegor.urc.ac.ru/bezpriborov/63832896.html. Eksperimenti, kas demonstrē pilnīgu iekšējo gaismas atstarošanu http://www.nvtc.ee/e-oppe/Sidorova/objects. Pilnīgas iekšējās gaismas atstarošanas pielietojums. http://iuyt.ru/index.php?newsid=38. Gaismas dizains http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/144040/ Fata Morgana

α). Gaismai pārejot no optiski blīvākas vides, gaisma gan laužas, gan atstarojas, palielinoties krišanas leņķim β (β>α). uz mazāk blīvu vidi, vieglu" class="link_thumb"> 5 !} Kad gaisma pāriet no optiski blīvākas vides uz mazāk blīvu vidi, gaisma tiek lauzta un atstarota. Palielinoties krišanas leņķim α, palielinās arī laušanas leņķis β (β>α). Kad gaisma pāriet no optiski blīvākas vides uz mazāk blīvu vidi, gaisma tiek lauzta un atstarota. Palielinoties krišanas leņķim α, palielinās arī laušanas leņķis β (β>α). Pie noteikta krišanas leņķa α o laušanas leņķis kļūst vislielākais (β max =90 o). Pie noteikta krišanas leņķa α o laušanas leņķis kļūst vislielākais (β max =90 o). Ja krišanas leņķis α>α о, gaismas laušana otrajā vidē apstājas, gaisma pilnībā atstarojas no saskarnes, tāpat kā no spoguļa - notiek gaismas pilnīgas atstarošanas fenomens. Ja krišanas leņķis α>α о, gaismas laušana otrajā vidē apstājas, gaisma pilnībā atstarojas no saskarnes, tāpat kā no spoguļa - notiek gaismas pilnīgas atstarošanas fenomens. α). Kad gaisma pāriet no optiski blīvākas vides uz mazāk blīvu vidi, gaisma ir n> α). Kad gaisma pāriet no optiski blīvākas vides uz mazāk blīvu vidi, gaisma tiek lauzta un atstarota. Kā krišanas leņķis α palielinās, laušanas leņķis β palielinās (β >α pie noteikta krišanas leņķa α o laušanas leņķis kļūst vislielākais (β max =90 o pie noteikta krišanas leņķa α o laušanas leņķis). (β max =90 o, gaismas laušana otrajā vidē apstājas, gaisma pilnībā atstarojas no saskarnes, kā no spoguļa - gaismas pilnīgas atstarošanas fenomens). rodas, ja krišanas leņķis α>α o, gaismas laušana otrajā vidē apstājas, gaisma pilnībā atstarojas no saskarnes, piemēram, no spoguļa - rodas totāls gaismas atstarojums."> α). Gaismai pārejot no optiski blīvākas vides, gaisma gan laužas, gan atstarojas, palielinoties krišanas leņķim β (β>α). uz mazāk blīvu vidi, vieglu"> title="Kad gaisma pāriet no optiski blīvākas vides uz mazāk blīvu vidi, gaisma tiek lauzta un atstarota. Palielinoties krišanas leņķim α, palielinās arī laušanas leņķis β (β>α). Kad gaisma pāriet no optiski blīvākas vides uz mazāk blīvu vidi, gaisma kā"> !}

Šķiedru optika - sistēma optisko attēlu pārraidei, izmantojot stikla šķiedras (gaismas vadotnes). izmantojot stikla šķiedras (gaismas vadotnes). Pieredzot pilnīgu iekšējo atspīdumu, gaismas signāls izplatās elastīgā gaismas vadotnē Pieredzot pilnīgu iekšējo atspīdumu, gaismas signāls izplatās lokanajā gaismas vadotnē Tiek izmantots tūkstošiem gaismas vadotņu saišķis (katras šķiedras diametrs ir no 0,002 līdz 0,01 mm) Tiek izmantots tūkstošiem gaismas vadu kūlis (katras šķiedras diametrs ir no 0,002 līdz 0,01 mm) Optisko šķiedru ierīču izmantošana medicīnā - endoskopi (dažādos iekšējos orgānos ievietotas zondes) Optisko šķiedru ierīču izmantošana medicīnā. medicīna - endoskopi (dažādos iekšējos orgānos ievietotas zondes) Šobrīd šķiedru optika nomaina metāla vadītājus informācijas pārraides sistēmās (izmantojot gaismas signālu var pārraidīt 10 6 reizes vairāk informācijas nekā izmantojot radio signālu) Šobrīd optiskās šķiedras aizvieto metālu vadītāji informācijas pārraides sistēmās (izmantojot gaismas signālu var pārraidīt 10 6 reizes vairāk informācijas nekā izmantojot radio signālu) izmantojot radiosignālu) Kopējā atstarojuma izmantošana prizmatiskajos binokļos, periskopos, spoguļkamerās, reflektoros (reflektoros) Kopējā izmantošana atspīdums prizmatiskajos binokļos, periskopos, spoguļkamerās, atstarotāji (atstarotāji)