Prezentacija na temu totalne refleksije svjetlosti. Prezentacija za nastavu "Zakon refleksije svjetlosti", "Zakon prelamanja svjetlosti", "Totalna unutrašnja refleksija"

U ovoj lekciji ćete se upoznati s fenomenom prelamanja svjetlosti i naučiti kako svjetlost putuje kroz različite medije.

Plan lekcije:

• 1. .
• 2. Granični ugao ukupne refleksije. Zakon totalne refleksije.
• 3. Granični ugao ukupne refleksije za neka okruženja.
• 4. Optika. Svetlosni vodič
• 5. Reflektirajuće prizme.
• 6. Zaključci.

• Prilikom prelaska sa optičkog manje gusta sredina V optički više uski ugao prelamanja manje okomito .
• Prilikom prelaska sa optičkog više gusta sredina V optički manje uski ugao prelamanja više upadni ugao i snop prelamanja je odbijen prema interfejs između dva medija .

Prilikom prelaska sa optičkog više gusta sredina V optički manje gusto, prelomljeni zrak svjetlosti se odbija prema interfejs između dvoje srijedom od njegov prvobitni pravac .

42º - ovo je ugao pod kojim zraka svjetlosti iz stakla ne prelazi u drugi medij, već se potpuno odbija

Granični ugao refleksije

Sin γ

Sin α ̥

n

n

2

1

= ─

n = 1

Sin90º = 1

1

γ = 90º

─ granični ugao

α

totalna refleksija

0

Sin α ̥ = ─

n

─ Zakon potpunog

refleksije

2

Granični ugao ukupne refleksije

• Najniži upadni ugao α , pri kojem se javlja fenomen totalne refleksije svjetlosti naziva se maksimalni ugao pune refleksije .

• Za ugao ukupne refleksije ispunjen je uslov - sinus ugla ukupne refleksije je obrnuto proporcionalan relativnom indeksu prelamanja svetlosti.

0

0

Sin α ̥ = ─

n

3. Granični ugao refleksije i indeks loma n za neka okruženja

srijeda

Granični ugao refleksije

Voda (na 20 ºS)

48º35′ ≈ 48º

Staklo

41º50′ ≈ 42º

Kvarc

Ruby

dijamant

24º40′ ≈ 24º

4. Optika

• Zasnovan je na prenošenju svjetlosti i slike kroz snopove prozirnih fleksibilnih vlakana - svjetlosnih vodiča.
• Svetlosni vodič - Ovo je tanko cilindrično vlakno od kvarcnog stakla s dodatkom germanija ili bora.
• Debljina vlakana je od 100 mikrona do 1 mikrona i manje.
• Vlakna se skupljaju u snopove sa do milion vlakana.

fiber kabl

koristi se za prenos

• informacije unutar računala i za međusobno povezivanje različitih računala;
• televizijske slike.

Svetlosni vodič

Zbog višestrukih totalnih refleksija, svjetlost se može usmjeriti duž bilo koje zakrivljene staze.

Reflektirajuće

prizme

zaključak:

Uočava se potpuna refleksija

• kada svjetlost prođe iz optičkog više gusta sredina V optički manje gusto;
• kada upadni ugao dostigne granični ugao ukupne refleksije.

Zakon totalne refleksije -

Sinus ugla ukupne refleksije obrnuto je proporcionalan relativnom indeksu prelamanja svjetlosti.

n

Sin α ̥ = ─

Slajd 1

Seminar na temu: “Svjetlosni talasi” Totalna refleksija
Pripremili: Učenici odeljenja 11 “A” Romanchenko Valeria, Shchipanova Elena, Filippova Alena.

Slajd 2

Pripovijetka
Čak je i drevni rimski naučnik Plinije, u svojoj „Prirodnoj istoriji“, napisanoj pre oko 2 hiljade godina, govorio o roniocima bisera koji su uzimali maslinovo ulje u usta pre ronjenja i puštali ga pod vodu. Uljni film koji se širio po površini mora, čiji je indeks loma bio veći od indeksa vode, naglo je smanjio svjetlinu odsjaja i poboljšao uvjete vidljivosti. Jednostavan fenomen potpune unutrašnje refleksije, koji je prvi opisao Johanes Kepler početkom 17. vijeka i naizgled dobro proučen, sada je postao predmet velike pažnje. A ove efekte prvi je proučavao ruski fizičar Aleksandar Aleksandrovič Ajhenvald pre tačno više od sto godina.

Slajd 3

Totalna refleksija
- ovo je fenomen refleksije svjetlosti od optički manje guste sredine, u kojoj nema prelamanja svjetlosti, a intenzitet reflektirane svjetlosti je gotovo jednak intenzitetu upadne svjetlosti.

Slajd 4

TEORIJA
Budući da svjetlost prelazi iz optički gušće sredine u optički manje gustu sredinu, ugao prelamanja u ovom slučaju je veći od upadnog ugla a. Kako se ugao upada zraka iz izvora na granicu između dva medija povećava, doći će trenutak kada će prelomljena zraka ići duž granice između medija, odnosno = 90°. Upadni ugao koji odgovara ovoj vrednosti naziva se granični ugao ukupne unutrašnje refleksije - a0.

Slajd 5

Granični ugao ukupne refleksije je upadni ugao pri kojem se svetlost ne lomi, već se odbija i klizi duž interfejsa između dva medija. Ugao prelamanja = 90°

Slajd 6

Potpuna refleksija se koristi u takozvanoj fiber optici za prenošenje svjetlosti i slike kroz snopove prozirnih fleksibilnih vlakana - svjetlovoda. Svetlovod je cilindrično stakleno vlakno presvučeno omotačem od prozirnog materijala sa nižim indeksom prelamanja od vlakna. Zbog višestruke totalne refleksije, svjetlost se može usmjeriti duž bilo koje putanje (prave ili zakrivljene).

Slajd 7

Vlakna su skupljena u snopove. U ovom slučaju, svako od vlakana prenosi neki element slike. Snopovi vlakana se koriste, na primjer, u medicini za proučavanje unutrašnjih organa Kako se tehnologija za proizvodnju dugih snopova vlakana - svjetlosnih vodiča - poboljšava, komunikacija (uključujući i televiziju) pomoću svjetlosnih zraka počinje se koristiti sve više i više.

Slajd 8

Slajd 9

VJEŽBA
govori o pojavama u prirodi povezanim sa potpunom refleksijom svjetlosti.
Potpuna unutrašnja refleksija može se uočiti ako ispod vode pogledate površinu: pod određenim uglovima na međuprostoru, ne posmatra se vanjski dio, već zrcalni odraz objekata koji se nalaze u vodi.

Slajd 10

2. Fenomen fatamorgane objašnjava se potpunim unutrašnjim fenomenom. Privid je optički fenomen u atmosferi: refleksija svjetlosti od granice između slojeva zraka koji se oštro razlikuju po toplini. Za posmatrača takva refleksija znači da je zajedno sa udaljenim objektom vidljiva i njegova virtuelna slika, pomerena u odnosu na objekat.

Slajd 11

3.Rainbow. Najčešće se uočava primarna duga, u kojoj svjetlost prolazi kroz jednu unutrašnju refleksiju.

Slajd 12

4. Složen optički fenomen u atmosferi, koji se sastoji od nekoliko oblika fatamorgana, u kojima su udaljeni objekti vidljivi više puta i sa različitim izobličenjima. Fatamorgana nastaje kada se u nižim slojevima atmosfere formira nekoliko naizmjeničnih slojeva zraka različite gustine, sposobnih da daju zrcalne refleksije. Kao rezultat refleksije, kao i prelamanja zraka, predmeti iz stvarnog života proizvode nekoliko izobličenih slika na horizontu ili iznad njega, koje se djelomično preklapaju jedna s drugom i brzo se mijenjaju u vremenu, što stvara bizarnu sliku.

Slajd 13

Kako objasniti "igru kamenja"? U nakitu je rez kamenja odabran tako da na svakom licu postoji potpuna refleksija svjetlosti.

Slajd 14

periskop
dvogled
filmska kamera

Slajd 15

Slajd 16

Nova dostignuća
U početku je potpuna refleksija bila samo neobična pojava. Sada to postepeno vodi ka revoluciji. Charles Kao je dobio Nobelovu nagradu za fiziku 2009. za svoja “pionirska dostignuća u prijenosu svjetlosti kroz vlakna za optičke komunikacije”. Kaoovo otkriće, koje je napravio 1966. godine, utrlo je put optičkim vlaknima, koja se danas koriste u televizijskim i internet komunikacijama. Bio je u mogućnosti da razvije metodu za proizvodnju ultra-čistog optičkog vlakna, koja je omogućila prijenos svjetlosnih signala bez izobličenja na udaljenosti do 100 km, u poređenju sa samo desetinama metara, što je bila granica u to vrijeme.

Slajd 17

Bibliografija:
Prezentacija “Potpuna refleksija svjetlosti”. Gordon G.V. Geometrijska optika. http://www.rusedu.ru/detail_6171.html Borisov K. Sistemi rasvjete od optičkih vlakana. http://www.trikita.by/service6.html Bukhovtsev B.B., Myakishev G.Ya. Udžbenik fizike 11. razred. M.: Obrazovanje 2010 Varaksina E. I. Totalna unutrašnja refleksija svjetlosti u tekućini. http://fiz.1september.ru/articles/2009/17/14. Kasyanov V.A. Udžbenik fizike 11. razred. M.:Drofa.2002 Latyshevskaya T. Yu., Novoselov K. S. Nanotechnologies for Fiber Optics. http://www.kabel-news.ru/ http://traditio.ru/wiki/ Unutrašnja refleksija http://hghltd.yandex.net/. Potpuna refleksija svjetlosti http://ru.wikipedia.org/wiki/Svjetlosni vodič http://images.google.ru. Mirage http://school426-spb.by.ru. Fata Morgana http://www.genon.ru/GetAnswer. Fotografije http://www.universal-fibre-optics.com/russian/applications.html Sistemi optičkih rasvjeta http://www.ifmo.ru/faculty/5. Jedinstveni robotski kompleks http://www.forc-photonics.ru/ru/production/volokonno-opticheskie_datchik/1/68/.Optički instrumenti http://optika8.narod.ru/Opiti.htm. Geometrijska optika http://canegor.urc.ac.ru/bezpriborov/63832896.html. Eksperimenti koji pokazuju potpunu unutrašnju refleksiju svjetlosti http://www.nvtc.ee/e-oppe/Sidorova/objects. Primena totalne unutrašnje refleksije svetlosti. http://iuyt.ru/index.php?newsid=38. Dizajn rasvjete http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/144040/ Fata Morgana

α). Kada svjetlost prelazi iz optički gušće sredine u manje gustu sredinu, svjetlost se i lomi i reflektira na manje gust medij, lagan" class="link_thumb"> 5 !} Kada svjetlost prelazi iz optički gušće sredine u medij manje gustoće, svjetlost se i lomi i odbija. Kako se upadni ugao α povećava, tako se povećava i ugao prelamanja β (β>α). Kada svjetlost prelazi iz optički gušće sredine u medij manje gustoće, svjetlost se i lomi i odbija. Kako se upadni ugao α povećava, tako se povećava i ugao prelamanja β (β>α). Pri određenom upadnom kutu α o ugao prelamanja postaje najveći (β max =90 o). Pri određenom upadnom kutu α o ugao prelamanja postaje najveći (β max =90 o). Ako je upadni ugao α>α o, prelamanje svetlosti u drugu sredinu prestaje, svetlost se potpuno odbija od interfejsa, kao od ogledala - javlja se fenomen totalne refleksije svetlosti. Ako je upadni ugao α>α o, prelamanje svetlosti u drugu sredinu prestaje, svetlost se potpuno odbija od interfejsa, kao od ogledala - javlja se fenomen totalne refleksije svetlosti. α). Kada svjetlost prelazi iz optički gušće sredine u medij manje gustoće, svjetlost kao n"> α). Kada svjetlost prelazi iz optički gušće sredine u medij manje gustoće, svjetlost se i lomi i odbija. Kao upadni ugao α raste, ugao prelamanja β raste (β >α) Pri određenom upadnom kutu α o ugao prelamanja postaje najveći (β max =90 o). (β max =90 o) Ako je upadni ugao α>α o, prelamanje svjetlosti u drugu sredinu, svjetlost se potpuno odbija od sučelja, kao od ogledala - fenomen totalne refleksije svjetlosti. Nastaje upadni ugao α>α o, prelamanje svetlosti u drugu sredinu, svetlost se potpuno reflektuje od sučelja, kao od ogledala - nastaje pojava totalne refleksije svetlosti. Kada svjetlost prelazi iz optički gušće sredine u medij s manje gustine, svjetlost se i lomi i reflektira na manje gustu sredinu, laganu"> title="Kada svjetlost prelazi iz optički gušće sredine u medij manje gustoće, svjetlost se i lomi i odbija. Kako se upadni ugao α povećava, tako se povećava i ugao prelamanja β (β>α). Kada svjetlost prelazi iz optički gušćeg medija u manje gustu sredinu, svjetlost kao"> !}

Optika - sistem za prenos optičkih slika pomoću staklenih vlakana (svetlovoda); korištenjem staklenih vlakana (svjetlosnih vodiča). Doživljavajući potpunu unutrašnju refleksiju, svjetlosni signal se širi unutar fleksibilnog svjetlosnog vodiča Doživljavajući potpunu unutrašnju refleksiju, svjetlosni signal se širi unutar fleksibilnog svjetlosnog vodiča Koristi se snop od hiljada svjetlosnih vodiča (prečnik svakog vlakna je od 0,002 do 0,01 mm) Koristi se snop od hiljada svetlosnih vodiča (prečnik svakog vlakna je od 0,002 do 0,01 mm) Upotreba optičkih uređaja u medicini - endoskopa (sonde koje se ubacuju u različite unutrašnje organe) Upotreba optičkih uređaja u medicina - endoskopi (sonde koje se ubacuju u razne unutrašnje organe) Trenutno, optička vlakna zamjenjuje metalne provodnike u sistemima za prijenos informacija (koristeći svjetlosni signal, možete prenijeti 10 6 puta više informacija nego korištenjem radio signala) Trenutno, optička vlakna zamjenjuje metal provodnici u sistemima za prenos informacija (pomoću svjetlosnog signala možete prenijeti 10 6 puta više informacija nego korištenjem radio signala) korištenjem radio signala) Upotreba totalne refleksije u prizmatičnim dvogledima, periskopima, SLR kamerama, reflektorima (reflektorima) Upotreba totalne refleksija u prizmatičnim dvogledima, periskopima, SLR kamerama, reflektorima (reflektorima)

Odjeljci: fizika

Zakon refleksije svjetlosti

Jedno od najvažnijih svojstava svjetlosti je refleksija i refrakcija. U 8. razredu izučavani su zakoni refleksije i prelamanja svjetlosti. Prisjetimo se zakona refleksije svjetlosti.

(Fragment “Odraz svjetlosti”, prilog 2)

Zakoni su u potpunosti formulisani na sljedeći način:

• Upadni ugao jednak je uglu refleksije.
• Upadna zraka, reflektirana zraka i okomita zraka rekonstruirani u tački upada zraka leže u istoj ravni.

Eksperimentalno su ustanovljeni zakoni refleksije i prelamanja. Međutim, oni se mogu izvesti predstavljanjem svetlosti kao talasa i korišćenjem Hajgensovog principa, koji je sledeći...

Hajgensov princip

• Svaka tačka do koje je smetnja dosegla sama postaje izvor sekundarnih sfernih valova.
• Talasna površina je omotač sekundarnih talasa.

(Modeli širenja talasa)

Recimo da se sferni talas širi iz određene tačke...

Ovaj princip važi i za talase bilo kog oblika.

Dakle, Hajgensov princip nam omogućava da pronađemo površinu talasa u bilo kom trenutku koristeći jednostavne geometrijske konstrukcije. Koristeći ovaj princip, moguće je prikazati ovisnost ugla refleksije od kuta upada valova na model. (Model dinamičke refleksije talasa, Dodatak 4). Primijenimo Hajgensov princip na izvođenje zakona refleksije talasa.

(šema za izvođenje zakona refleksije)

Upotreba Huygensovog principa u matematičkim konstrukcijama i daljim matematičkim proračunima potvrdila je ispravnost formulacije zakona refleksije svjetlosti: ugao refleksije jednak je upadnom kutu. Osim toga, potvrđena je činjenica reverzibilnosti zraka i činjenica da upadne, reflektirane zrake i okomita povučena na površinu u tački upada zraka leže u istoj ravni.

Zakon prelamanja svjetlosti

Sljedeće važno svojstvo svjetlosti je refrakcija. Prisjetimo se šta je to.

(Model prelamanja svjetlosti, Dodatak 3)

Kada svjetlost prelazi iz jednog prozirnog medija u drugi, smjer njegovog širenja se mijenja. Ova pojava se naziva refrakcija. Zakon prelamanja svjetlosti određuje relativni položaj upadnog snopa, prelomljenog i okomitog na granicu između dva medija. Setimo se zakona...

• Omjer sinusa upadnog ugla zraka i sinusa ugla prelamanja je konstantna vrijednost za ova dva medija.
• Upadna zraka, prelomljena zraka i okomita zraka rekonstruirana u tački upada zraka leže u istoj ravni.

Zakoni refrakcije se također mogu izvesti matematički koristeći Huygensov princip. Prisjetimo se šta je to.

Svaka tačka do koje je smetnja dosegla sama postaje izvor sekundarnih sfernih valova.

Talasna površina je omotač sekundarnih talasa.

Koristeći ovaj princip, moguće je prikazati zavisnost ugla prelamanja od upadnog ugla talasa na modelu. Primijenimo Hajgensov princip na izvođenje zakona prelamanja talasa. (Model dinamičke refrakcije, Dodatak 4). Pređimo na izvođenje zakona refrakcije.

(šema za izvođenje zakona refrakcije)

Hajgensov princip omogućio je da se dokaže valjanost zakona prelamanja pomoću geometrijskih konstrukcija i proračuna. Odnos sinusa upadnog ugla i sinusa ugla prelamanja je konstantna vrednost za ova dva medija, koja se naziva relativni indeks prelamanja druge sredine u odnosu na prvu. Prilikom prelaska iz jednog medija u drugi, brzina svjetlosti se mijenja, pa je relativni indeks prelamanja povezan sa brzinom svjetlosti u ovim medijima. Mediji u kojima se smanjuje brzina svjetlosti nazivaju se optički gušćima. Razmotrimo primenu svojstva reverzibilnosti zraka pri prolasku kroz interfejs između dva medija.

(Fizičko značenje indeksa prelamanja. Apsolutni indeks loma.)

Fizičko značenje indeksa prelamanja je da pokazuje koliko je puta brzina svjetlosti u prvom mediju veća od brzine svjetlosti u drugom. Svaki medij ima svoj indeks loma u odnosu na vakuum, koji se naziva apsolutni indeks.

Optička svojstva vakuuma su približno jednaka fizičkim svojstvima vakuuma, pa se njegova apsolutna vrijednost može uzeti kao jedna.

Relativni indeksi loma za bilo koja dva medija mogu se odrediti pomoću tabele.

(Tabela apsolutnih indeksa prelamanja)

Totalna unutrašnja refleksija

Zakon prelamanja pomaže da se objasni zanimljiv i važan fenomen totalne unutrašnje refleksije. Razmotrimo fenomen prijelaza svjetlosti iz optički gušće sredine u manje gustu sredinu.

(Model prelaska snopa iz gušće sredine u manje gustoće, Dodatak 5)

Iskustvo pokazuje:

1. Snop koji putuje okomito na granicu između medija se ne lomi.
2. Na granici između dva transparentna medija, reflektirani i prelomljeni zraci postoje istovremeno.
3. Kako se upadni ugao povećava, tako se povećava i ugao prelamanja.
4. Pod određenim upadnim uglom, prelomljeni snop klizi duž površine.
5. Daljnjim povećanjem upadnog ugla, prelomljeni snop ne postoji - pojavljuje se fenomen totalne unutrašnje refleksije.

Odredimo vrijednost ugla ukupne unutrašnje refleksije.

U prirodi, totalna unutrašnja refleksija objašnjava formiranje duge i srebrnastu boju kapljica rose.

(Primjena potpune interne refleksije)

U tehničkim uređajima totalna unutrašnja refleksija u prizmama omogućava upotrebu prizmi u optičkim instrumentima: teleskopima, dvogledima, periskopima, čime se poboljšava osvjetljenje slika.

Totalna unutrašnja refleksija se široko koristi u svjetlovodima - prozirnim cijevima okruženim omotačem od materijala nižeg indeksa prelamanja. (Flash animacija “Salyut”, Dodatak 6).

Svetlosni vodiči se koriste za prenos radio signala, slika, u medicinskim dijagnostičkim i terapeutskim uređajima, u rasvetnim uređajima, za dekorativnu rasvetu itd.

Korišćeno u ovom radu:

1. k/fragment “Odraz svjetlosti”
2. Dinamički modeli („Časovi fizike“, Ćirilo i Metodije)
3. Dinamički model “Huygensov princip” (vizuelna fizika)
4. Flash animacija "Salute"