Завдання 4 Дослід 4. Повне відбивання світла

Устаткування: 1) оптичний диск із скляним напівциліндром, 2) проекційний апарат, 3) ванна скляна, 4) екран для ванни, 5) столик підйомний.

Збирають установку по Рис. 383 і повторюють демонстрацію заломлення світла, що йде з середовища оптично щільнішою в середовище оптично менш щільне. Спостереження ведуть одночасно за трьома променями: що падає, відбитим і заломленим.

Зі збільшенням кута падіння доля відбитого світла на плоскій поверхні скла зростає, а заломленого — зменшується. Як тільки кут падіння досягне деякого граничного значення (42°), заломлений пучок ковзає уздовж плоскої грани напівциліндра і при незначному збільшенні кута падіння зникає зовсім. При цьому яскравість відбитого пучка різко зростає і стає однаковою з яскравістю пучка, що падає.

При подальшому збільшенні кута падіння спостерігається тільки відбитий пучок. Він виходить із скла без заломлення і залишає на поверхні диска хороший видимий слід (Рис. 386). Ці явища називають повним відбиванням світла.

Учням повідомляють, що повне відбивання знаходить широке застосування в різноманітних оптичних приладах, зокрема світлопроводах. Просту модель світлопроводу демонструють на установці, зібраній по Рис. 387.

/ОЗНАЙОМИТИСЯ/

Поряд з проекційним апаратом на підйомному столику поміщають скляну ванну, склеєну з листового органічного скла. У ванну наливають шар води завглибшки приблизно 7 - 8см. Перед конденсором проекційного апарату ставлять горизонтально розсувну щілину, а на оправу об'єктиву надівають плоске дзеркало. За допомогою дзеркала направляють вузький пучок світла на бічну стінку ванни. У воді пучок заломлюється, а потім повністю відбивається від поверхні води і виходить з ванни з протилежного боку, ще раз заломившись. Щоб краще бачити слід пучка, у ванну вносять білий екран або підливають розчин флюоресцена.

Змінюючи за допомогою дзеркала кут падіння, демонструють багатократне повне відбивання пучка ось поверхні води і дна ванни - модель поширення світла у світлопроводі (Рис. 388).

Завдання 5 Дослід 5. Заломлення і повне відбивання світла в призмі

Устаткування 1) оптичний диск, 2) проекційний апарат, 3) діафрагми з однією розсувною і з двома щілинами, 4) пластинка і призма скляні, 5) світлофільтр, 6) діапозитив.

На оптичному диску встановлюють скляну пластинку, що має форму трапеції. Вершина гострого кута в 45° повинна небагато виступати за центр диска (Рис. 390). На грань пластинки, що грає роль призми, направляють вузький горизонтальний пучок світла, як це робилося в попередніх дослідах (рис 383). Пучок світла, зазнавши подвійне заломлення, виходить в повітря, помітно відхилившись від первинного напряму. Кут відхилення відліковують приблизно по градусних поділках диска.

Повертаючи повільно диск з призмою навкруги горизон-тальной осі, показують, що кут відхилення заломленого пучка змінює свою величину. Він досягає мінімального значення у тому випадку, коли кут входу пучка дорівнює куту виходу.

Потім у центрі диска встановляють пластинку гострим кутом в 60° і повторюють дослід. Виявляється, чим більше заломлюючий кут призми, тим більше кут найменшого відхилення пучка. Для призм із заломлюючими кутами в 45 і 60° кути найменшого відхилення відповідно рівні 25 і 40°.

Пластинку у вигляді трапеції замінюють рівнобедреною прямокутною призмою. Її закріплюють на диску так, щоб грань, що лежить проти прямого кута, співпала з діаметром диска.

Розсувну щілину в проекційному апараті замінюють саморобною діафрагмою з двома щілинами, укріпленою в рамці для діапозитивів. Відстань між щілинами має бути приблизно 15 мм

Два вузьких, горизонтальних променя світла направляють на призму, причому на шляху одного пучка ставлять червоний світлофільтр.

Спочатку промені світла направляють на катет призми під деяким гострим кутом і спостерігають звичайне заломлення світла. Заломлені промені відхиляються у бік основи призми (рис 391, а).

Потім промені направляють перпендикулярно до одного з катетів. Увійшовши до призми без заломлення, промені падають на гіпотенузу під кутом 45°. Тут відбувається повне відбивання, оскільки кут падіння більше граничного. Відбиті промені виходять з призми перпендикулярно другому катету і тому не змінюють свого напряму (рис 391, б). Таким чином, призма повертає промені світла на 90°.

Після цього промені направляють перпендикулярно грані, що лежить проти прямого кута (гіпотенузі призми). Промені проходять цю грань без зміни напряму, двічі відбиваються і виходять з призми, як показано на Рис. 391, в, причому промені міняються місцями, верхній пучок стає нижнім.

Нарешті промені направляють паралельно основі (гіпотенузі) призми на один з її катетів. Після подвійного заломлення і одноразового повного відбивання промені виходять з призми по тому ж напряму, помінявшись місцями (Рис. 391, г).

Далі показують застосування явищ, що спостерігалися вище, для перенесення зображення за допомогою призм. Для цього спочатку отримують на екрані зображення якого-небудь діапозитива Потім до об'єктиву підносять призму повного відбивання і розташовують її так, як показано на малюнках 391, б в, г. При цьому зображення переміщається то на стелю, то на протилежну стіну, то залишається на екрані, але перевертається на 180°.