Полное отражение

Цели и задачи урока:

1. Изучить явление полного внутреннего отражения, получить выражение для предельного угла полного внутреннего отражения;
2. Продемонстрировать полное отражение с помощью прибора геометрической оптики;
3. Провести фронтальный эксперимент по наблюдению полного внутреннего отражения;
4. С помощью видеофрагмента показать применение этого явления.

Оборудование: лабораторные стаканы, пластмассовые стаканы от калориметра, пробирки, прибор геометрической оптики с осветителем, волоконно-оптическая лампа, видеокасета.

Ход урока

Ребята, мы на этом уроке продолжаем изучение законов распространения света. Давайте вспомним два закона прямолинейного распространения света (два ученика выходят к доске и рисуют). Пока ребята рисуют, ответы с места (что называется углом падения и отражения).

1. Угол отражения равен углу падения:

˂α = ˂γ

Падающий луч, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости (Рисунок 1).

Рисунок 1

2. Падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред:

Где n₁ и n₂ абсолютные показатели преломления (Рисунок 2).

Рисунок 2

Очень хорошо, теперь давайте решим задачу, когда луч света падает из оптически более плотной среды под большим углом (например, стекло n₁ = 1,5, угол падения 60°) в среду менее плотную (например, воздух n₂ = 1) (Рисунок 3). Найти синус угла преломления?

Рисунок 3

Необходимо, чтобы ученики обратили внимание на то, что в ответе получается sin β > 1, а этого быть не может.

Ученик, который решал задачу у доски, садится, а остальные должны выдвигать возможные варианты ошибок (например, ошибка в расчете, неверная формула и т.д.).

Вот перед нами встала проблема, как ее решить?

Я предлагаю обратиться к эксперименту, попробуем это явление объяснить опытным путем.

Перед нами прибор геометрической оптики (Рисунок 4). Он состоит из осветителя и круглого экрана с делениями. Возьмем стеклянный полуцилиндр с матовой задней поверхностью и укрепим его на диске так, чтобы середина плоской поверхности полуцилиндра совпала с центром диска. Почему полукруглый?

Рисунок 4

В точке А луч не преломляется, так как угол падения равен 0 (луч АВ распространяется по радиусу, т.е. перпендикулярно поверхности круга). Такая форма стекла позволяет получить преломление света только в одной точке (на выходе из стекла в воздух).

Начнем постепенно увеличивать угол падения, мы видим, как увеличивается угол преломления, при этом одновременно мы видим свет отраженного луча. Увеличивая угол падения, мы видим, что луч преломления пропал. Посмотрим под каким градусом расположен угол падения (приблизительно 45°).

Давайте повторим опыт еще раз. Уменьшая угол падения, мы видим, что появляется луч преломления, и обратите внимание, яркость отраженного луча уменьшается в то время, как растет яркость преломленного луча. Опять увеличим угол падения луча. Мы замечаем, что яркость (следовательно, энергия) отраженного луча растет, а яркость (энергия) преломленного луча падает.

Мы приблизились к отметке 45°, преломленный луч приблизился к 90° и исчез. Продолжаем увеличивать угол падения до 60°, как требовалось в условии задачи. Наблюдаем отсутствие преломленного луча. Значит мы можем записать ответ к задаче.

Ответ: не существует преломленного луча, весь свет полностью отразился. Итак, тема урока: «Полное отражение». Запишите, пожалуйста, в тетрадях. Выясним, при каком угле падения исчезает явление преломления (Рисунок 5).

Рисунок 5

Из формулы закона преломления выедем формулу закона полного отражения:

(при условии n₁ > n₂).

Угол α₀ - предельный угол полного отражения.

Из этого равенства можно найти значение предельного угла полного отражения некоторых сред. Часто свет распространяется из среды в воздух (n₂ = 1). См. таблицу.

Запишите в тетрадях: явление полного отражения наблюдается при переходе света из оптически более плотной среды в менее плотную, если угол падения α > α₀.

Явление полного отражения легко наблюдать на простом опыте. На ваших столах стоят приборы. Поднимите лабораторный стакан с водой несколько выше уровня глаз. Поверхность воды при рассматривании ее снизу сквозь стенку кажется блестящей, словно посеребренной, вследствие полного отражения света.

Опыт с калориметром.

Стенки стакана и пробирки не влияют на ход лучей, т.к. очень тонкие. Если посмотреть на стакан с пробиркой сверху, мы видим часть пробирки, которая находится в воде, и кажется нам посеребренной (пробирка невидима) в следствии полного отражения света. Опустим в пробирку карандаш. Та часть карандаша, которая находится в посеребренной части пробирки, также невидима. Возьмем лабораторный стакан и нальем в пробирку пару капель воды. Мы замечаем появление маленькой части карандаша.

Постепенно увеличиваем объем воды в пробирке, карандаш полностью становится видимым. Среда стала однородной и прозрачной. Выполняется главный закон, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно (Рисунок 6).

Рисунок 6

А теперь открыли дневники и записали домашнее задание: § 62, № 1055-1057 из сборника задач по физике под редакцией А.П. Рымкевича.

А сейчас мы посмотрим видеофрагмент, который обобщит нашу сегодняшнюю тему урока (ГУП "Центрнаучфильм", Видеостудия "КВАРТ").

После фрагмента включить волоконно-оптическую лампу, которая наглядно демонстрирует рис.160 и рис. 161 в учебнике физика 11 класс под редакцией Г.Я.Мякишева.

Урок окончен, спасибо за внимание. До свидания.