Бұл сабақта сіз жарықтың сыну құбылысымен танысасыз және жарықтың әртүрлі орта арқылы қалай таралатынын білесіз.
Сабақ жоспары:
- 1. .
- 2. Толық шағылудың шектік бұрышы. Толық шағылысу заңы.
- 3. Толық шағылудың шектік бұрышы кейбір орталар үшін.
- 4. Талшықты оптика. Жарық бағыттаушы
- 5. Шағылыстырғыш призмалар.
- 6. Қорытындылар.
- Оптикадан ауысқанда Аздау тығыз орта В оптикалық Көбірек тығыз сыну бұрышы Аздау перпендикуляр .
- Оптикадан ауысқанда Көбірек тығыз орта В оптикалық Аздау тығыз сыну бұрышы Көбірек түсу бұрышы және сыну сәулесі қарай ауытқиды екі медиа арасындағы интерфейс .
Оптикадан ауысқанда Көбірек тығыз орта В оптикалық Аздау тығыз, сынған жарық сәулесі жағына қарай ауытқиды екеуінің арасындағы интерфейс сәрсенбіден бастап оның бастапқы бағыты .
42º - бұл шыныдан түскен жарық сәулесінің екінші ортаға өтпей, толық шағылысатын бұрышы
Шекті шағылу бұрышы
Күнә γ
Күнә α ̥
n
n
2
1
= ─
n = 1
Sin90º = 1
1
γ = 90º
─ шектеу бұрышы
α
толық рефлексия
0
Күнә α ̥ = ─
n
─ Толық заңы
рефлексиялар
2
Толық шағылудың шектік бұрышы
- Ең төменгі түсу бұрышы α , бұл кезде жарықтың толық шағылу құбылысы деп аталады максималды толық бұрыш рефлексиялар .
- Толық шағылу бұрышы үшін шарт орындалады – толық шағылу бұрышының синусы жарықтың салыстырмалы сыну көрсеткішіне кері пропорционал.
0
0
Күнә α ̥ = ─
n
3. Шекті шағылу бұрышы және сыну көрсеткіші n кейбір орталар үшін
сәрсенбі
Шекті шағылу бұрышы
Су (20 ºС кезінде)
48º35′ ≈ 48º
Шыны
41º50′ ≈ 42º
Кварц
Ruby
Алмаз
24º40′ ≈ 24º
4. Талшықты оптика
- Ол мөлдір иілгіш талшықтардың шоғырлары – жарық бағыттағыштары арқылы жарық пен кескіндерді өткізуге негізделген.
- Жарық нұсқаулығы - Бұл германий немесе бор қосылған кварц шынысынан жасалған жұқа цилиндрлік талшық.
- Талшықтардың қалыңдығы 100 микроннан 1 микронға дейін және одан да аз.
- Талшықтар миллионға дейін талшықтары бар байламдарға жиналады.
талшықты кабель
беру үшін қолданылады
- компьютер ішіндегі ақпарат және әртүрлі компьютерлерді бір-бірімен қосу үшін;
- теледидар суреттері.
Жарық бағыттаушы
Көптеген толық шағылысулардың арқасында жарық кез келген қисық жол бойымен бағытталуы мүмкін.
Рефлексиялық
призмалар
Қорытынды:
Толық шағылысу байқалады
- жарық оптикадан өткенде Көбірек тығыз орта В оптикалық Аздау тығыз;
- түсу бұрышы толық шағылудың шекті бұрышына жеткенде.
Толық шағылысу заңы -
Толық шағылу бұрышының синусы жарықтың салыстырмалы сыну көрсеткішіне кері пропорционал.
n
Күнә α ̥ = ─
Бөлімдер: Физика
Жарықтың шағылысу заңы
Жарықтың ең маңызды қасиеттерінің бірі - шағылу және сыну. Жарықтың шағылу және сыну заңдары 8-сыныпта оқытылды. Жарықтың шағылу заңдарын еске түсірейік.
(«Жарықтың шағылысуы» фрагменті, 2-қосымша)
Заңдар толығымен төмендегідей тұжырымдалған:
- Түсу бұрышы шағылу бұрышына тең.
- Түскен сәуле, шағылған сәуле және сәуленің түсу нүктесінде қайта құрылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады.
Шағылу және сыну заңдары эксперименталды түрде белгіленді. Дегенмен, оларды толқын ретінде жарықты көрсету және Гюйгенс принципін қолдану арқылы алуға болады, ол келесідей...
Гюйгенс принципі
- Бұзылу өзіне жеткен әрбір нүкте екінші реттік сфералық толқындардың көзіне айналады.
- Толқынның беті екінші толқындардың қабығы болып табылады.
(Толқынның таралу үлгілері)
Сфералық толқын белгілі бір нүктеден таралады делік...
Бұл принцип кез келген пішіндегі толқындар жағдайында да дұрыс.
Осылайша, Гюйгенс принципі қарапайым геометриялық конструкциялар арқылы кез келген уақытта толқын бетін табуға мүмкіндік береді. Бұл принципті пайдалана отырып, модельде шағылу бұрышының толқындардың түсу бұрышына тәуелділігін көрсетуге болады. (Динамикалық толқынның шағылысу үлгісі, 4-қосымша). Толқынның шағылысу заңын шығаруға Гюйгенс принципін қолданайық.
(шағылу заңын шығару схемасы)
Математикалық құрылыстарда Гюйгенс принципін қолдану және одан әрі математикалық есептеулер жарықтың шағылу заңының тұжырымдалуының дұрыстығын растады: шағылу бұрышы түсу бұрышына тең. Сонымен қатар, ол сәулелердің қайтымдылық фактісін және түскен, шағылған сәулелер мен сәуленің түсу нүктесінде бетке түсірілген перпендикулярдың бір жазықтықта жататынын растады.
Жарықтың сыну заңы
Жарықтың келесі маңызды қасиеті – сыну. Оның не екенін еске түсірейік.
(Жарықтың сыну үлгісі, 3-қосымша)
Жарық бір мөлдір ортадан екіншісіне өткенде оның таралу бағыты өзгереді. Бұл құбылыс сыну деп аталады. Жарықтың сыну заңы түскен сәуленің салыстырмалы орнын анықтайды, сынған және екі ортаның арасындағы шекараға перпендикуляр. Заңдарды еске түсірейік...
- Сәуленің түсу бұрышының синусының сыну бұрышының синусына қатынасы осы екі орта үшін тұрақты шама болып табылады.
- Түскен сәуле, сынған сәуле және сәуленің түсу нүктесінде қалпына келтірілген перпендикуляр бір жазықтықта жатыр.
Гюйгенс принципінің көмегімен сыну заңдарын математикалық жолмен де шығаруға болады. Оның не екенін еске түсірейік.
Бұзылу өзіне жеткен әрбір нүкте екінші реттік сфералық толқындардың көзіне айналады.
Толқынның беті екінші толқындардың қабығы болып табылады.
Бұл принципті пайдалана отырып, модельде сыну бұрышының толқындардың түсу бұрышына тәуелділігін көрсетуге болады. Толқынның сыну заңдарын шығаруға Гюйгенс принципін қолданайық. (Динамикалық сыну үлгісі, 4-қосымша). Сыну заңының туындысына көшейік.
(сыну заңын шығару схемасы)
Гюйгенс принципі геометриялық конструкциялар мен есептеулер арқылы сыну заңдарының дұрыстығын дәлелдеуге мүмкіндік берді. Түсу бұрышы синусының сыну бұрышының синусына қатынасы осы екі орта үшін тұрақты шама болып табылады, ол екінші ортаның біріншіге қатысты салыстырмалы сыну көрсеткіші деп аталады. Бір ортадан екінші ортаға өткенде жарық жылдамдығы өзгереді, сондықтан салыстырмалы сыну көрсеткіші осы ортадағы жарық жылдамдығымен байланысты. Жарық жылдамдығы төмендейтін орталар оптикалық тығыз деп аталады. Екі ортаның интерфейсінен өткенде сәулелердің қайтымдылық қасиетінің қолданылуын қарастырайық.
(Сыну көрсеткішінің физикалық мағынасы. Абсолюттік сыну көрсеткіші.)
Сыну көрсеткішінің физикалық мағынасы бірінші ортадағы жарық жылдамдығы екінші ортадағы жарық жылдамдығынан неше есе артық екенін көрсетеді. Әрбір ортаның вакуумға қатысты өзінің сыну көрсеткіші болады, ол абсолютті көрсеткіш деп аталады.
Вакуумның оптикалық қасиеттері шамамен вакуумның физикалық қасиеттеріне тең, сондықтан оның абсолютті мәнін бір деп алуға болады.
Кез келген екі ортаның салыстырмалы сыну көрсеткіштерін кесте арқылы анықтауға болады.
(Абсолюттік сыну көрсеткіштерінің кестесі)
Толық ішкі рефлексия
Сыну заңы толық ішкі шағылудың қызықты және маңызды құбылысын түсіндіруге көмектеседі. Жарықтың оптикалық тығыз ортадан тығыздығы аз ортаға ауысу құбылысын қарастырайық.
(Тығызырақ ортадан тығызырақ ортаға сәуленің өту үлгісі, 5-қосымша)
Тәжірибе көрсетеді:
- Тасымалдағыштар арасындағы интерфейске перпендикуляр қозғалатын сәуле сынбайды.
- Екі мөлдір ортаның интерфейсінде шағылған және сынған сәулелер бір уақытта болады.
- Түсу бұрышы ұлғайған сайын сыну бұрышы да артады.
- Белгілі бір түсу бұрышында сынған сәуле бет бойымен сырғанайды.
- Түсу бұрышының одан әрі ұлғаюымен сынған сәуле болмайды - толық ішкі шағылысу құбылысы пайда болады.
Толық ішкі шағылу бұрышының мәнін анықтайық.
Табиғатта толық ішкі шағылысу кемпірқосақтың пайда болуын және шық тамшыларының күміс түстерін түсіндіреді.
(Толық ішкі рефлексияны қолдану)
Техникалық құрылғыларда призмалардағы толық ішкі шағылысу оптикалық аспаптарда: телескоптарда, бинокльдерде, перископтарда призмаларды қолдануға мүмкіндік береді, бұл кескіндердің жарықтандырылуын жақсартады.
Толық ішкі шағылысу жарық бағыттағыштарында – сыну көрсеткіші төмен материалдан жасалған қабықшамен қоршалған мөлдір түтіктерде кеңінен қолданылады. («Салют» флэш-анимациясы, 6-қосымша).
Жарық бағыттағыштары радиосигналдарды, кескіндерді беру үшін, медициналық диагностикалық және емдік құрылғыларда, жарықтандыру құрылғыларында, сәндік жарықтандыру үшін және т.б.
Бұл жұмыста қолданылған:
- k/ фрагмент «Жарықтың шағылысуы»
- Динамикалық модельдер («Физика сабақтары», Кирилл және Мефодий)
- «Гюйгенс принципі» динамикалық моделі (визуалды физика)
- «Сәлемдесу» флэш-анимациясы
α). Жарық оптикалық тығыз ортадан тығыздығы аз ортаға өткенде, жарықтың түсу бұрышы α жоғарылағанда, жарық оптикалық тығызырақ ортадан өткенде сыну бұрышы да артады азырақ тығыз ортаға, жарыққа" class="link_thumb"> 5 !}Жарық оптикалық тығызырақ ортадан тығыздығы азырақ ортаға өткенде жарық бір мезгілде сынады және шағылады. Түсу бұрышы α өскен сайын сыну бұрышы β да артады (β>α). Жарық оптикалық тығызырақ ортадан тығыздығы азырақ ортаға өткенде жарық бір мезгілде сынады және шағылады. Түсу бұрышы α өскен сайын сыну бұрышы β да артады (β>α). Белгілі бір α o түсу бұрышында сыну бұрышы ең үлкен болады (β max =90 o). Белгілі бір α o түсу бұрышында сыну бұрышы ең үлкен болады (β max =90 o). Түсу бұрышы α>α о болса, жарықтың екінші ортаға сынуы тоқтаса, жарық айнадағы сияқты айнадан толық шағылысады – жарықтың толық шағылысу құбылысы пайда болады. Түсу бұрышы α>α о болса, жарықтың екінші ортаға сынуы тоқтаса, жарық айнадағы сияқты айнадан толық шағылысады – жарықтың толық шағылысу құбылысы пайда болады. α). Жарық оптикалық тығыз ортадан тығыздығы аз ортаға өткенде жарық n"> α түрінде болады). Жарық оптикалық тығызырақ ортадан тығыздығы аз ортаға өткенде жарық бір мезгілде сынады және шағылады. Түсу бұрышы ретінде α артады, сыну бұрышы β артады (β >α белгілі бір түсу бұрышында сыну бұрышы ең үлкен болады (β max =90 o) белгілі бір түсу бұрышында сыну бұрышы ең үлкен болады (β max =90 o) түсу бұрышы α>α o болса, жарықтың екінші ортаға сынуы тоқтаса, жарық айнадан толық шағылысады – жарықтың толық шағылысу құбылысы. Егер түсу бұрышы α>α o болса, жарықтың екінші ортаға сынуы тоқтаса, жарық айнадағы сияқты интерфейстен толығымен шағылысады - жарықтың толық шағылысы."> α). Жарық оптикалық тығыз ортадан тығыздығы аз ортаға өткенде, жарықтың түсу бұрышы α жоғарылағанда, жарық оптикалық тығызырақ ортадан өткенде сыну бұрышы да артады азырақ тығыз ортаға, жарыққа"> title="Жарық оптикалық тығызырақ ортадан тығыздығы азырақ ортаға өткенде жарық бір мезгілде сынады және шағылады. Түсу бұрышы α өскен сайын сыну бұрышы β да артады (β>α). Жарық оптикалық тығызырақ ортадан тығыздығы аз ортаға өткенде, жарық сияқты"> !}
Талшықты оптика – шыны талшықтарды (жарық бағыттауыштарын) пайдалана отырып, оптикалық кескіндерді беруге арналған жүйе; шыны талшықтарды (жарық бағыттағыштары) пайдалану. Толық ішкі шағылуды сезіне отырып, жарық сигналы икемді жарық бағыттағыштың ішінде таралады Толық ішкі шағылуды бастан кешіргенде, жарық сигналы икемді жарық бағыттағыштың ішінде таралады Мыңдаған жарық бағыттағыштарының шоғыры пайдаланылады (әр талшықтың диаметрі 0,002-ден 0,01 мм-ге дейін). Мыңдаған жарық бағыттағыштарының шоғы пайдаланылады (әр талшықтың диаметрі 0,002-ден 0,01 мм-ге дейін) Медицинада талшықты-оптикалық құрылғыларды пайдалану - эндоскоптар (әртүрлі ішкі органдарға енгізілген зондтар) Талшықты-оптикалық құрылғыларды пайдалану медицина - эндоскоптар (әртүрлі ішкі ағзаларға енгізілген зондтар) Қазіргі уақытта талшықты-оптика ақпарат тарату жүйелеріндегі металл өткізгіштерді алмастыруда (жарық сигналын пайдаланып, радиосигналға қарағанда 10 6 есе көп ақпаратты беруге болады) Қазіргі уақытта талшықты оптика металды алмастыруда. ақпаратты тарату жүйелеріндегі өткізгіштер (жарық сигналын пайдалану, радиосигналды пайдаланудан 10 6 есе көп ақпаратты беруге болады) радиосигнал арқылы) Призмалық бинокльдерде, перископтарда, SLR камераларында, рефлекторларда (рефлекторларда) толық шағылыстыруды пайдалану призмалық бинокльде, перископта, SLR камераларында, шағылыстырғыштарда (рефлекторларда) шағылысу
1-слайд
Семинар тақырыбы: «Жарық толқындары» Толық рефлексия
Дайындаған: 11 «А» сынып оқушылары Романченко Валерия, Щипанова Елена, Филиппова Алена.
Слайд 2
Қысқа оқиға
Тіпті ежелгі римдік ғалым Плиний бұдан 2 мың жыл бұрын жазған «Табиғат тарихында» сүңгуір алдында зәйтүн майын аузына алып, оны су астына жіберген інжу сүңгуірлері туралы айтқан. Теңіз бетіне жайылған мұнай қабығы, оның сыну көрсеткіші судан үлкен, жарқыраудың жарықтығын күрт төмендетіп, көріну жағдайларын жақсартты. Алғаш рет 17 ғасырдың басында Иоганнес Кеплер сипаттаған және жақсы зерттелген болып көрінетін жалпы ішкі рефлексияның қарапайым құбылысы қазір көптің назарының нысанына айналды. Ал бұл әсерлерді алғаш рет осыдан тура жүз жылдан астам уақыт бұрын орыс физигі Александр Александрович Эйхенвальд зерттеген.
Слайд 3
Толық рефлексия
- бұл оптикалық тығыздығы аз ортадан жарықтың шағылысу құбылысы, онда жарықтың сынуы болмайды, ал шағылған жарықтың қарқындылығы түскен жарықтың интенсивтілігіне дерлік тең.
Слайд 4
ТЕОРИЯ
Жарық оптикалық тығызырақ ортадан оптикалық тығыздығы аз ортаға өтетіндіктен, бұл жағдайда сыну бұрышы а-ның түсу бұрышынан үлкен болады. Екі ортаның арасындағы интерфейске көзден түсетін сәулелердің түсу бұрышы ұлғайған сайын сынған сәуле ортаның арасындағы интерфейс бойымен өтетін сәт келеді, яғни = 90°. Осы шамаға сәйкес келетін түсу бұрышы толық ішкі шағылудың шектік бұрышы - a0 деп аталады.
Слайд 5
Толық шағылудың шектік бұрышы - бұл жарық сынбайды, бірақ шағылысып, екі ортаның арасындағы шекара бойымен сырғанап түсетін түсу бұрышы. Сыну бұрышы = 90°
Слайд 6
Толық шағылыстыру талшықты оптикада жарық пен кескіндерді мөлдір икемді талшықтардың байламдары - жарық бағыттағыштары арқылы беру үшін қолданылады. Жарық бағыттағышы – талшыққа қарағанда сыну көрсеткіші төмен мөлдір материалдан жасалған қабықпен қапталған цилиндрлік шыны талшық. Бірнеше толық шағылысу арқасында жарық кез келген жол бойымен (түз немесе қисық) бағытталуы мүмкін.
Слайд 7
Талшықтар шоғырларға жиналады. Бұл жағдайда талшықтардың әрқайсысы кескіннің қандай да бір элементін өткізеді. Талшық байламдары, мысалы, медицинада ішкі мүшелерді зерттеу үшін қолданылады.
Слайд 8
Слайд 9
ПРАКТИКА
жарықтың толық шағылысуына байланысты табиғаттағы құбылыстар туралы айтады.
Егер сіз су астынан жер бетіне қарасаңыз, толық ішкі шағылуды байқауға болады: интерфейстегі белгілі бір бұрыштарда сыртқы бөлік емес, судағы заттардың айнадағы көрінісі байқалады.
Слайд 10
2. Мираж құбылысы толық ішкі құбылыспен түсіндіріледі. Мираж - атмосферадағы оптикалық құбылыс: жарықтың жылуы күрт айырмашылығы бар ауа қабаттары арасындағы шекара арқылы шағылысу. Бақылаушы үшін мұндай шағылысу алыстағы объектімен бірге оның виртуалды бейнесінің көрінетінін, объектіге қатысты ығысатынын білдіреді.
Слайд 11
3.Радуга. Көбінесе біріншілік кемпірқосақ байқалады, онда жарық бір ішкі шағылысудан өтеді.
Слайд 12
4. Шалғайдағы заттар қайта-қайта және әртүрлі бұрмаланулармен көрінетін, мираждың бірнеше түрінен тұратын атмосферадағы күрделі оптикалық құбылыс. Фатаморгана атмосфераның төменгі қабаттарында спекулярлық шағылыстыруға қабілетті әртүрлі тығыздықтағы ауаның бірнеше ауыспалы қабаттары пайда болған кезде пайда болады. Сәулелердің шағылысу, сондай-ақ сынуы нәтижесінде шынайы өмірдегі объектілер көкжиекте немесе оның үстінде бірнеше бұрмаланған бейнелер жасайды, бір-бірін ішінара қабаттастырып, уақыт өте тез өзгереді, бұл біртүрлі суретті тудырады.
Слайд 13
«Тастар ойынын» қалай түсіндіруге болады? Зергерлік бұйымдарда тастардың кесілуі әр бетке жарықтың толық шағылысуы үшін таңдалады.
Слайд 14
перископ
дүрбі
кинокамера
Слайд 15
Слайд 16
Жаңа жетістіктер
Алғашында толық рефлексия тек қызық құбылыс болды. Енді бірте-бірте төңкеріске апарып жатыр. Чарльз Као 2009 жылы физика бойынша Нобель сыйлығының «оптикалық байланыс үшін талшықтар арқылы жарықты өткізудегі алғашқы жетістіктері» үшін берілді. Каоның 1966 жылы ашқан жаңалығы бүгінде теледидар мен интернет байланысында қолданылатын оптикалық талшықтарға жол ашты. Ол ультра таза оптикалық талшықты өндіру әдісін дамыта алды, бұл сол кездегі шек болатын ондаған метрмен салыстырғанда 100 км-ге дейінгі қашықтыққа жарық сигналдарын бұрмалаусыз жіберуге мүмкіндік берді.
Слайд 17
Әдебиеттер тізімі:
Презентация «Жарықтың толық шағылысуы». Гордон Г.В. Геометриялық оптика. http://www.rusedu.ru/detail_6171.html Борисов К. Талшықты-оптикалық жарықтандыру жүйелері. http://www.trikita.by/service6.html Буховцев Б.Б., Мякишев Г.Я. Физика оқулығы 11 сынып. М.: Білім. 2010 Вараксина Е. И. Сұйықтықтағы жарықтың толық ішкі көрінісі. http://fiz.1september.ru/articles/2009/17/14. Касьянов В.А. Физика оқулығы 11 сынып. М.:Дрофа.2002 Латышевская Т.Ю., Новоселов К.С. Талшықты оптикаға арналған нанотехнологиялар. http://www.kabel-news.ru/ http://traditio.ru/wiki/ Ішкі рефлексия http://hghltd.yandex.net/. Жарықтың толық көрінісі http://ru.wikipedia.org/wiki/Light guide http://images.google.ru. Мираждар http://school426-spb.by.ru. Фата Моргана http://www.genon.ru/GetAnswer. Фотосуреттер http://www.universal-fibre-optics.com/russian/applications.html талшықты-оптикалық жарықтандыру жүйелері http://www.ifmo.ru/faculty/5. Бірегей роботтық кешен http://www.forc-photonis.ru/ru/production/volokonno-opticheskie_datchik/1/68/.Оптикалық құралдар http://optika8.narod.ru/Opiti.htm. Геометриялық оптика http://canegor.urc.ac.ru/bezpriborov/63832896.html. Жарықтың толық ішкі шағылуын көрсететін эксперименттер http://www.nvtc.ee/e-oppe/Sidorova/objects. Жарықтың толық ішкі шағылуын қолдану. http://iuyt.ru/index.php?newsid=38. Жарықтандыру дизайны http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/144040/ Fata Morgana