Версия 18:15, 22 декабря 2009

Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 11 клас>> Фізика: Повне внутрішнє відбивання

ПОВНЕ ВНУТРІШНЄ ВІДБИВАННЯ

ПОВНЕ ВІДБИВАННЯ

Згідно із законом  заломлення електромагнітних хвиль їх заломлення не залежить від напрямку поширення. У попередніх параграфах розглянуто випадки, коли хвиля для світлових променів властива поширювалася з оптично менш густого се-    оборотність редовища в оптично густіше.

Важливі ефекти спостерігаються в разі, коли хвиля поширюється з оптично густішого середовища в оптично менш густе. Проаналізуємо закон заломлення для цього випадку:

якщо .

Це означає, що при переході з оптично більш густішого середовища в оптично менш густе пучок електромагнітних хвиль відхиляється від перпендикуляра. На мал. 4.43 наведено залежність siny від since. Оскільки відношення  не залежить від напрямку поширення хвилі, то це залежністьy = kx за .

Із графіка видно, що siny досягне значення siny = 1 раніше, ніж sina, тобто заломленого пучка не буде. При цьому в міру подальшого збільшення кута падіння спостерігатиметься явище повного відбивання. Межа двох середовищ у цьому разі діятиме як ідеальне дзеркало.

Явище повного відбивання легко спостерігати в дослідах зі світлом. Для цього розмістимо тонкий скляний півциліндр на оптичному диску так, як показано на мал. 4.44 Спрямуємо тонкий пучок світла на бічну поверхню півциліндра так, щоб він проходив через геометричний центр О (мал. 4.44, а). Якщо пучок у півциліндрі буде перпендикулярним до площини зрізу АВ, то жодних змін у напрямку його поширення не буде. Якщо ж кут падіння поступово збільшувати (мал. 4.44, б), то пучок заломлюватиметься. При цьому кут заломленняу завжди буде більшим від кута падіння а. За певного значення кута а кут у дорівнюватиме 90° (мал. 4.44, в). У цьому разі кут падіння пучка світла називають граничним. Відбитий всередині скла пучок при цьому буде найяскравішим, і в міру подальшого збільшення кута падіння не змінюватиме своєї яскравості.

За значенням граничного кута можна знайти відносний показник заломлення середовища. Скористаємося результатами експерименту, коли світло переходить зі скла в повітря. Для повітря показник заломлення близький до одиниці. Тому в разі повного відбивання закон заломлення запишемо так:

Явище повного відбивання широко застосовують у сучасній оптичній техніці. У багатьох оптичних приладах потрібно змінювати напрямок поширення світлових пучків із мінімальними втратами енергії на поверхнях оптичних деталей. З цією метою застосовують так звані призми повного відбиванння (мал. 4.45). У цій призмі світло падає перпендикулярно до однієї із заломлюючих поверхонь, а тому без заломлення переходить у речовину призми. На другу її грань пучок уже падає під кутом, більшим від граничного і зазнає повного відбивання. Подібне стається і на третій грані призми. Зазнавши двічі повного відбивання, пучок виходить із призми, змінивши напрямок поширення на протилежний.

Особливо важливого практичного застосування повне відбивання набуло у волоконній оптиці.

Промінь світла, спрямований на торець скляного стрижня, поширюватиметься в ньому на значні відстані практично без послаблення. При цьому світло не виходитиме за межі скляного стрижня, зазнаючи численних відбивань на межі скло—повітря (мал. 4.46). На   поширення   світла   не   впливає   форма стрижня. З багатьох таких стрижнів-волокон виготовляють волоконні світловоди, за допомогою яких передають зображення. Прикладом може бути волоконний ендоскоп, який допомагає лікарям досліджувати внутрішні органи людини, не пошкоджуючи їх.

Волоконно-оптичні світловоди використовують для побудови кабелів зв'язку, в яких кожне волокно відіграє роль окремого провідника. Проте якщо металевим провідником можна передавати лише одну якусь інформацію, то кожне скляне волокно оптичного кабелю здатне передавати сотні таких інформацій за рахунок використання світлового сигналу різних довжин хвиль. Тому волоконно-оптичний кабель за однакових розмірів забезпечує передавання значно більшої за обсягом інформації, ніж металевий. Використання світла для передачі інформації істотно підвищило пропускну здатність ліній зв'язку.

Сукупність волоконних світловодів дозволяє передавати зображення

Волоконно-оптичні світловоди мають суттєву перевагу перед металевими лініями зв'язку

Волоконні технології впроваджуються і в комп'ютерну техніку, витісняючи напівпровідникові електронні елементи. При цьому якість комп'ютерів значно підвищується.

ЗАДАЧІ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО РОЗВ'ЯЗУВАННЯ 20
1. Чи може відбутися повне відбивання в разі переходу світла з води у скло?
2. Яке значення граничного кута в разі переходу світла з алмазу у воду?
3. Чи вийде світловий пучок з води в повітря, якщо кут падіння дорівнює 45°; 60°.
4. Граничний кут падіння в разі переходу променя світла зі скипидару в повітря дорівнює 42°23' Яка швидкість світла у скипидарі?
5. Точкове джерело світла розміщене на дні акваріума, наповненого водою до висоти 20 см. Непрозорий диск якого радіуса потрібно покласти на воду, щоб світло не виходило з неї?

ЗАПИТАННЯ
1. За яких умов відбувається повне відбивання світла?
2. Яке співвідношення між енергією падаючої і відбитої хвиль у разі повного відбивання?
3. Як можна спостерігати повне відбивання?
4. Як визначити показник заломлення речовини за повного відбивання?
5. Якого практичного застосування набуло явище повного відбивання?

Є.В. Коршак, О.І. Ляшенко, В.Ф. Савченко, Фізика, 11 клас
Вислано читачами з інтернет-сайтів  

_{Матеріали з фізики, завдання та відповіді по класам, плани конспектів уроків з фізики для 11 класу}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.