Конспект урока по теме 'Оптика'

Урок №4

Тема: Преломление света.

1. Цель урока: Обеспечить необходимые условия для усвоения учащимися основных понятий и законов распространения света.

2. Организовать учебно-воспитательную деятельность в ходе, которой наиболее полно будут усвоены основные законы распространения света.

3. Продолжить работу с учащимися по развитию навыков научного познания мира, устанавливать закономерности и зависимости.

Углубить и систематизировать знания учащихся об особенностях распространения света на границе раздела двух сред. Познакомить учащихся с законами преломления света.

Тип урока: Комбинированный урок.

Демонстрации: 1. Преломление света.

2. Прохождение света через плоскопараллельную

пластинку и призму.

План изложения нового материала:

1. Явление преломления света.

2. Законы преломления света.

3. Абсолютный и относительный показатели преломления.

Проверка знаний.

Самостоятельная работа «Изображение в плоском зеркале».

Изложение нового материала. Рассмотрим, как меняется направление луча при переходе его из воздуха в воду. В воде скорость света меньше, чем в воздухе. Среда, в которой скорость распространения света меньше, является оптически более плотной средой.

Таким образом, оптическая плотность среды характеризуется различной скоростью распространения света.

Когда световой пучок падает на поверхность, разделяющую две прозрачные среды с разной оптической плотностью, например воздух и воду, то часть света отражается от этой поверхности, а другая часть проникает во вторую среду. При переходе из одной среды в другую луч света изменяет направление на границе этих сред. Это явление называется преломлением света (демонстрация).

Закон преломления света: Лучи падающий, преломлённый и перпендикуляр, проведённый к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред.

Различают два случая: первый - луч падает из менее плотной оптической среды более плотную. В этом случае Угол падения больше угла преломления (случай воздух - вода), во втором случае, когда луч падает из более плотной оптической среды в менее плотную, угол падения меньше по сравнению с углом преломления.

Данное явление приводи к эффекту изменения видимого расстояния до предметов. Так при переходе светового потока, вакуум - воздух (атмосфера), мы видим звёзды и Солнце выше их истинного расположения на небе.

При пропускании луча через стеклянную призму получается два перехода: первый воздух - стекло, второй стекло воздух. В результате луч при прохождении через призму отклоняется к основанию призмы.

Проводят эксперимент совместно с учителем, фиксируют выводы на опорных листах. Делают вывод: «При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду по мере увеличения угла падения направление преломленного луча приближается к границе раздела. Когда угол падения превосходит некоторое предельное значение, преломленный луч не существует -- падающий на границу раздела свет полностью отражается. Это свойство называется полным внутренним отражением. n₁ > n₂»

1. Записывают в тетради все, что на доске и делают свои выводы.

2. Ученик выводит формулу :

, sin90°=1,

Закон преломления света был открыт экспериментально Снеллиусом:

а) падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости.

б) отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред:

Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления этой среды.

Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, т. е. от температуры вещества, его плотности, наличия в нем упругих напряжений. Показатель преломления зависит также и от характеристик самого света. Для красного света он меньше, чем для зеленого, а для зеленого меньше, чем для фиолетового.

Т.о. преломление света объясняется изменением скорости распространения света при его переходе из одной среды в другую.

Из двух сред та, в которой скорость света меньше, называется оптически более плотной, а та, в которой скорость света больше, - оптически менее плотной. Например, вода является оптически более плотной средой, чем воздух, а стекло - оптически более плотной средой, чем вода.

VII. Полное внутреннее отражение

Полное внутреннее отражение - явление отражения света от оптически менее плотной среды, при котором преломление отсутствует, а интенсивность отраженного света практически равна интенсивности падающего.

Явление полного внутреннего отражения используется, например, в световодах при передаче световых сигналов по тонким стеклянным нитям - световодам.("волоконная оптика"). Световод представляет собой стеклянное волокно цилиндрической формы, покрытое оболочкой из прозрачного материала с меньшим, чем у волокна показателем преломления За счет многократного полного отражения свет может быть направлен по любому (прямому или изогнутому) пути.

Волоконно-оптические устройства используются в медицине в качестве эндоскопов - зондов, вводимых в различные внутренние органы для непосредственного визуального наблюдения.

В технике световоды применяются для освещения недоступных мест, а также для передачи сигналов на большие расстояния. Модулируя световой пучок, идущий по световоду, можно по нему на значительные расстояния передавать информацию - речь, музыку, изображения, информацию от ЭВМ и т. п.

Видео волоконо-оптический кабель

Достоинство оптических каналов связи - возможность пере дачи по одному световоду в сотни и тысячи раз большего объема информации, чем по металлическим проводам. Кроме того, оптический канал связи помехоустойчив, он не реагирует ни на какие внешние воздействия. Наконец, замена металлических проводов световодами дает огромную экономию дорогостоящих цветных металлов. Полное внутреннее отражение используется в призматических биноклях, перископах, зеркальных фотоаппаратах, а также в световращателях (катафотах), обеспечивающих безопасную стоянку и движение автомобилей.

При падении пучка света на границу раздела двух сред пучок раздваивается: одна его часть возвращается в первую среду (и это явление называется отражением света), а другая - проникает во вторую среду, изменив свое направление (это явление называется преломлением света).

Формулируем законы преломления света:

25Луч падающий и луч преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, установленным к границе раздела двух сред в точке падения;

1. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для данных двух сред есть величина постоянная, зависящая только от оптических свойств этих сред.

Среда, в которой скорость света меньше, называется оптически более плотной средой. Если n₂<n₁ вторая среда оптически менее плотная.

Ход лучей при преломлении света также имеет свойство обратимости: если точечный объект и его изображение поменять местами, то ход лучей при этом не изменится, изменится лишь их направление.

Вопросы к учащимся в ходе изложения нового материала

1. Чем обусловлено преломление света на границе двух прозрачных сред?

2. От чего зависит абсолютный показатель преломления?

3. В каком случае относительный показатель преломления больше единицы? Меньше единицы?

Задачи, решаемые на уроке

1. Угол падения луча из воздуха в стекло равен 0°. Чему равен угол преломления?

2. Луч света падает на плоскую границу раздела двух сред. Угол падения равен 30°, угол между падающим лучом и преломленным 140°. В какой среде луч распространялся вначале: в оптически более плотной или менее плотной?

3. На дне аквариума с водой лежит плоское зеркало. На поверхность воды падает луч. Нарисуйте примерный ход луча, если угол падения равен 50°. Под каким углом к поверхности воды луч снова выйдет в воздух?

26Домашнее задание: § , дополнительный материал «Как возникают миражи», применение световодов.

3. Экспериментальное задание: положить на дно чайной чашки монету, затем расположить ее перед собой так, чтобы края чашки закрывали ее дно. Если не меняя взаимного расположения чашки и глаз, налить в нее воду, то монета становится видимой. Почему?