Kirik_usi_uroki_fiziki_11_klas_ak_riven_Optika

4. Плоске дзеркало

Закон відбиття світла справедливий для відбивної поверхні будь-якої форми: плоскої, сферичної й т. ін. Закон дзеркального відбиття справедливий для ідеальної плоскої поверхні.

¾¾ Відбивну поверхню називають плоским дзеркалом, якщо падаючий на неї пучок паралельних променів після відбиття залишається паралельним.

Якщо перед плоским дзеркалом знаходиться світна точка A , то із законів відбиття світла випливає: промені від цієї точки після відбиття утворюють розбіжний пучок, а продовження цих променів

У цьому випадку точку A1 називають уявним зображенням точ-

ки A. Якщо частина відбитих променів потрапляє нам в очі, ми сприймаємо їх як ті, що вийшли із точки A1, тобто «побачимо» за

дзеркалом світлову точку. Точно так само з окремих точок утворюється зображення протяжних предметів.

А

А1

Зображення предмета в плоскому дзеркалі є уявним, рівним за розміром власне предмету; зображення розташоване симетрично предмету відносно площини дзеркала.

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1.Завдяки чому ми бачимо предмети?

2.Чому плоске дзеркало віддає точне зображення предмета?

3.Які особливості має зображення предмета в плоскому дзеркалі?

4.Чому зображення в дзеркалі є уявним?

Другий рівень

1.Чим відрізняється дзеркальне відбиття від розсіяного?

2.За якого кута падіння променя на дзеркало падаючий і відбитий промені збігаються?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1.Якісні питання

1.Чому не можна використовувати плоске дзеркало як кіно­ екран?

2.Як за допомогою законів відбиття побудувати зображення точкового джерела в плоскому дзеркалі?

2.Навчаємося розв’язувати задачі

1.Кут між падаючим і відбитим променями становить 80°. Чому дорівнює кут падіння променя?

2.Сонячний промінь відбивається від поверхні озера. Кут між падаючим променем і горизонтом удвічі більший, ніж кут між падаючими й відбитим променями. Чому дорівнює кут падіння променя?

3.Два плоских прямокутних дзеркала утворюють двогранний кут 150°. На відстані 10 см від лінії дотикання дзеркал і на однаковій відстані від кожного з них розташоване точкове джерело світла. Визначте відстань між уявними зображеннями джерела світла в дзеркалах.

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

yy Закон відбиття світла:

промінь падаючий, промінь відбитий і перпендикуляр до поверхні в точці падіння лежать в одній площині. Кут відбиття дорівнює куту падіння.

yy Відбивну поверхню називають плоским дзеркалом, якщо пучок паралельних променів, що падає на неї, після відбиття залишається паралельним.

yy Зображення предмета в плоскому дзеркалі є уявним, дорівнює за розміром власне предмету; зображення розташоване симетрично предмету відносно площини дзеркала.

Домашнє завдання

1.Підр-1: § 39 (п. 2, 3, 4, 5); підр-2: § 19 (п. 2).

2.Зб.:

Рів1 № 13.2; 13.3; 13.16; 13.17. Рів2 № 13.30; 13.31; 13.32; 13.34. Рів3 № 13.33, 13.35; 13.66; 13.67.

308 Усі уроки фізики. 11 клас. Академічний рівень

УРОК 4/62

Тема.  Заломлення світла. Повне відбиття Мета уроку:  ознайомити учнів із законом заломлення світла. Тип уроку:  урок вивчення нового матеріалу.

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1.Явище заломлення світла

Здослідів випливає, що під час падіння вузького пучка світла на границю розділу двох середовищ пучок розділяється: одна його частина повертається в перше середовище (і це явище називається відбиттям світла), а інша — проникає в друге середовище, змінивши свій напрямок (це явище називається заломленням світла).

У разі зміни кута падіння пучка спостерігається зміна яскравості відбитого й заломленого пучків: яскравість одного збільшується, а іншого — зменшується. За нормального падіння пучка світла на плоску границю заломлення немає. Відповідно до збільшення кута падіння збільшується й кут заломлення.

Кількісний закон, що описує заломлення світла, був установлений 1621 року голландським ученим Снелліусом.

2. Закон заломлення світла

Розглянемо падіння світла із середовища 1 на границю розділу із прозорим середовищем 2 (наприклад, із повітря на поверхню води). Якщо кут α падіння променя на границю розділу відмінний від нуля, то після переходу в середовище 2 напрямок променя змінюється.

Кутом заломлення γ називається кут між заломленим проме-

нем і перпендикуляром до границі розділу двох середовищ.

На початку XVII ст. було відкрито закон заломлення світла:

¾¾ промінь падаючий, промінь заломлений і перпендикуляр до поверхні в точці падіння променя лежать в одній площині. Відношення синуса кута падіння променя до синуса кута заломлення є величиною постійною для двох певних середовищ:

sinα = n. sin γ

Величина n називається відносним показником заломлення двох певних середовищ. Якщо середовище 1 є вакуумом, то n називають абсолютним показником заломлення середовища 2.

3. Принцип Гюйгенса й закон заломлення світла

Розглянемо плоску хвилю, що падає на границю розділу MN двох середовищ.

Напрямок поширення хвилі задамо променями A1 A і B1B, які

паралельні один до одного й перпендикулярні до хвильової поверхні AC.

310 Усі уроки фізики. 11 клас. Академічний рівень

ла в першому середовищі. У момент, коли вторинна хвиля в точці B тільки почне збуджуватися, хвиля від точки A вже пошириться в іншому середовищі на відстань AD = v2 t, де v2 — швид-

кість світла в другому середовищі. Провівши площину BD, дотичну до всіх вторинних хвиль, одержимо хвильову поверхню заломленої хвилі.

Розглянемо прямокутні трикутники ACB і ADB. У трикутнику ACB кут CAB дорівнює куту падіння α , отже, CB = ABsinα. З огляду на те, що CB = v1 t, знаходимо AB:

Аналогічно в трикутнику ADB кут ABD дорівнює куту заломлення γ, отже, AD = ABsin γ. З огляду на те, що AD = v2 t, знахо-

димо AB:

4. Показник заломлення

Фізична величина n21 називається відносним показником за-

ломлення, або показником заломлення другого середовища відносно першого. Відносний показник заломлення показує, у скільки разів швидкість світла v1 в першому середовищі більше швидкості

світла v2 в другому середовищі: n21 = v1 . v2

Саме зміна швидкості поширення світла у випадку його переходу з одного прозорого середовища в інше є причиною заломлення світла.

Уведемо поняття оптичної густини середовища: чим менше швидкість світла в середовищі, тим більша її оптична густина.

Фізичну величину, що визначає, у скільки разів швидкість світла в середовищі менше, ніж у вакуумі, називають абсолютним показником заломлення середовища.

¾¾ Абсолютний показник заломлення середовища n — це фізична величина, що характеризує оптичну густину середовища й дорівнює відношенню швидкості світла c у вакуумі до швидкості світла v в середовищі:

n = vc .

Абсолютний показник заломлення залежить від фізичного стану середовища (температури, густини й ін.) і від властивостей світлової хвилі (довжини або частоти).

Необхідно звернути увагу: відносний показник заломлення до-

n

рівнює n21 = n2 .

1

5. Повне відбиття

Якщо падаючий промінь напрямлений з оптично більш густого середовища в оптично менш густе (наприклад, з води в повітря), то

sinα < 1. Це означає, що в цьому випадку кут заломлення γ більsin γ

ше кута падіння α . У разі збільшення кута падіння інтенсивність відбитого променя збільшується, а інтенсивність заломленого променя зменшується. І за такого кута падіння α0 , коли заломлений

промінь повинен був би йти уздовж поверхні розділу двох середовищ, тобто при γ = 90°, заломлений промінь повністю зникає.

Цей кут падіння α0 називається граничним кутом повного відбит-

тя, тому що якщо кут падіння дорівнює цьому куту або є більшим за нього, промінь світла повністю відбивається від границі розділу двох середовищ. Це явище називається повним відбиттям:

¾¾ явище відбиття світла від оптично менш густого середовища, за якого заломлення відсутнє, а інтенсивність відбитого світла практично дорівнює інтенсивності падаючого.

Таким чином, заломлення не зможе відбуватися, якщо α > α0 ,

де α0 = arcsin n2 — граничний кут повного відбиття. Наприклад, n1

кут повного відбиття для границі розділу вода–повітря дорівнює 49°, для границі скло–повітря цей кут дорівнює 39°, а для границі алмаз–повітря α0 = 24°.

Явище повного відбиття використовують, наприклад, у світловодах під час передання світлових сигналів по тонких скляних нитках («волоконна оптика»). За рахунок багаторазового повного відбиття світло може бути напрямлено будь-яким (прямим або вигнутим) шляхом.

Волоконно-оптичні пристрої використовують у медицині як ендоскопи — зонди, що вводять у різні внутрішні органи для безпосереднього візуального спостереження.

У цей час волоконна оптика витісняє металеві провідники в системах передання інформації.

Повне відбиття використовують у призматичних біноклях, перископах, дзеркальних фотоапаратах, а також у світлообертувачах (катафотах), що забезпечують безпечну стоянку й рух автомобілів.

6. Заломлення світла в призмі

Спрямуємо промінь світла на скляну призму, як показано на рисунку. Проходячи крізь призму, промінь заломлюється двічі. У результаті він відхиляється до основи призми. Нижче показані призми повного відбиття й хід світлових променів у них.

Такі призми замінюють дзеркала в перископах, дозволяють перевернути зображення в оптичному пристрої й т. ін.

Заломлення світла в призмі призводить до тим більшого відхилення променя, що більший кут між гранями призми, на яких відбувається заломлення. Цей кут називають заломлювальним кутом призми.

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1.Що відбувається з пучком світла на границі розділу двох сере­ довищ?

2.У якому випадку відносний показник заломлення більше від одиниці? менше від одиниці? Наведіть приклади.

3.Наведіть приклади спостереження повного відбиття світла.

4.У яку сторону відхиляється промінь світла, проходячи крізь призму?