Преломление света. Полное внутреннее отражение. Предельный угол полного внутреннего отражения

Преломление света. Полное внутреннее отражение. Предельный угол полного внутреннего отражения

11 класс

Преломление света

Ложка, опущенная в стакан с водой, кажется надломленной на границе раздела двух сред – воздуха и воды. Из этого можно сделать вывод : при переходе из одной среды в другую световой пучок изменяет направление распространение.

Преломление света

Преломление света — это явление изменения направления распространения света при переходе из одной прозрачной среды в другую.

– перпендикуляр (нормаль) к границе раздела двух сред , восставленный из точки падения луча;

MN – граница раздела двух сред;

Луч - падающий луч;

- угол падения;

Луч - преломлённый луч;

- угол преломления.

1 среда

N

M

2 среда

Причина преломления света

Причина преломления – в разнице скоростей света в разных средах .

При переходе из одной прозрачной среды в другую среду изменяется скорость света, поэтому изменяется направление распространения света (луч света преломляется).

Среда с большей скоростью света называется оптически менее плотной средой

Среда с меньшей скоростью света называется оптически более плотной средой

Скорость света в различных средах

Среда

v, км/с

вакуум

воздух

300000

лёд

299704

228782

вода

225341

стекло

199803

рубин

170386

алмаз

123845

Преломление света. Два случая.

2. Если луч переходит из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную, то угол преломления больше угла падения.

1. Если луч переходит из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную, то угол преломления меньше угла падения.

Если , то

Если , то

воздух

1 среда

2 среда

воздух

вода

1 среда

вода

2 среда

вода

Преломление света

Оптическая плотность двух сред может отличаться достаточно существенно, таким образом, становится возможна ситуация, приведенная на фотографии.

Обратите внимание, насколько смещена голова относительно туловища, находящегося в жидкости, в среде с большей оптической плотностью.

Законы преломления света

1. Падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восставленный из точки падения, лежат в одной плоскости.

2. = =

- скорость света в первой среде

- скорость света во второй среде

– относительный показатель преломления второй среды по отношению к первой

Абсолютный показатель преломления среды

с = 3м/с – скорость света в вакууме

При переходе света из вакуума в вещество, скорость света уменьшается

n = - абсолютный показатель преломления среды показывает во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в первой среде

n - абсолютный показатель преломления среды

с – скорость света в вакууме

– скорость света в среде

Абсолютные показатели преломления некоторых сред

Вещество

n

воздух

1,0002926

берилл

1,5990

изумруд

1,5950

вода

бензол

1,3330

1,5014

глицерин

1,4730

серная кислота

1,4290

этиловый спирт

1,3612

стекло

1,4874

алмаз

2,4170

Относительный показатель преломления

= - относительный показатель преломления второй среды по отношению к первой равен отношению абсолютного показателя преломления второй среды к абсолютному показателю преломления первой среды

= - абсолютный показатель преломления первой среды

= - абсолютный показатель преломления второй среды

= – относительный показатель преломления второй среды по отношению к первой равен отношению скорости в первой среды к скорости света во второй среде

Кто открыл закон преломления света

Закон преломления света называют законом Снеллиуса, в честь голландского ученого Виллеброрда Снелла, впервые его сформулировавшего (печатался под именем Снеллиус).

Виллеброрд Снелл,

нидерландский математик,

(1580 - 1626 гг)

Эффект «приподнятия дна» и преломление света

Преломление света является причиной того, что глубина водоёма кажется нам меньше, чем на самом деле. Когда луч попадает в глаз наблюдателя , мозг строит изображение с помощью лучей, испытавших преломление на границе вода – воздух. Это и приводит к кажущемуся эффекту «приподнятия дна»

Предельный угол полного отражения

Рассмотрим случай, когда свет идёт из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную.

При определённом для данных сред угле падения угол преломления =90. В этом случае преломлённый луч пойдёт вдоль границы раздела двух сред.

- предельный угол полного отражения.

= , где - относительный показатель преломления более плотной среды по отношению к менее плотной среде

= 90

Предельный угол полного внутреннего отражения на границе с воздухом

Вещество

Вещество

Вода

Вода

49

Сероуглерод

Сероуглерод

38

Глицерин

Глицерин

43

Стекло (легкий крон)

Стекло (легкий крон)

Стекло (тяжелый флинт)

Стекло (тяжелый флинт)

40

34

Алмаз

Алмаз

24

Полное отражение

Полное отражение происходит, если:

1) Свет переходит в оптически менее плотную среду;

) Угол падения ,

=

n - относительный показатель преломления более плотной среды по отношению к менее плотной среде.

= 90

С

B

А

полное отражение

- предельный угол полного отражения

S

Задача

Рассчитать и начертить дальнейший ход лучей, падающих в точки А и В от источника света S, находящегося на дне сосуда с водой. Показатель преломления воды 1,33.

Решение: Так как лучи света распространяются из более плотной в менее плотную среду, возможно полное отражение.

Дано:

Найдём предельный угол полного отражения по формуле = , где = относительный показатель преломления более плотной среды по отношению к менее плотной среде.

30

= 0,7519

0

= 0,7519 = 48,8 - предельный угол полного отражения.

n =1,33

построить

дальнейший

ход лучей

Полное отражение происходит, если свет переходит в оптически менее плотную среду под углом. Так как , луч, падающий под углом 60 полностью отразится. Так как , первый луч преломится.

По закону преломления = . Отсюда = n или = arcsin (n)

=arcsin(1,33) = arcsin 0,655 = 40,9 41

Ответ: на следующем слайде

Ответ:

41

Применение полного отражения

Эффект полного внутреннего отражения используется в оптических волокнах, таких как оптоволоконные кабели . Оптоволоконные кабели состоят из сердечника и оболочки. Сердечник из стекловолокна является оптически более плотной средой, а оболочка — оптически менее плотной средой. Благодаря полному внутреннему отражению, свет внутри оптоволоконного кабеля почти полностью отражается от оболочки и остается в сердцевине.

1

3

1 – защитная оболочка

2 – оболочка (с меньшим показателем преломления)

3 – сердцевина (с большим показателем преломления)

свет

2

Применение полного отражения

Основное применение оптоволоконных кабелей – это медицина, дефектоскопия моторов, передача информации.

Несущая частота при передаче сигнала световой волной в миллион раз превышает частоту радиосигнала, это значит, что количество информации, которое мы можем передать при помощи световой волны, в миллионы раз больше количества информации, передающейся радиоволнами. Это прекрасная возможность передачи огромной информации простым и недорогим способом. Как правило, информация по волоконному кабелю передается при помощи лазерного излучения.

Волоконная оптика незаменима для быстрой и качественной передачи компьютерного сигнала, содержащего большой объем передаваемой информации. Известный всем кабельный интернет также передается с помощью оптоволоконных кабелей. Здесь электрические сигналы преобразуются в электромагнитные импульсы с помощью электрооптических преобразователей.

Домашнее задание

§ 47, 48, 49 - прочитать, разобрать и переписать в тетрадь решения задач.