Отражение внутреннего состояния и размышления ученика называется: Рефлексия это
Учебник по физике: Закон отражения
Известно, что свет ведет себя очень предсказуемо. Если бы можно было наблюдать луч света, приближающийся к плоскому зеркалу и отражающийся от него, то поведение света при отражении подчинялось бы предсказуемому закону , известному как закон отражения . Диаграмма ниже иллюстрирует закон отражения.
На диаграмме луч света, приближающийся к зеркалу, известен как падающий луч (обозначен на схеме I ). Луч света, выходящий из зеркала, известен как отраженный луч (обозначен на схеме R ). В точке падения луча на зеркало можно провести линию, перпендикулярную поверхности зеркала. Эта линия известна как нормальная линия (обозначена на схеме N ). Нормальная линия делит угол между падающим и отраженным лучами на два равных угла. Угол между падающим лучом и нормалью называется угол падения .
Часто можно наблюдать действие этого закона в лаборатории по физике, например той, что описана в предыдущей части Урока 1. Чтобы увидеть изображение карандаша в зеркале, вы должны смотреть вдоль линии в месте расположения изображения. . Когда вы смотрите на изображение, свет проходит к вашему глазу по пути, показанному на диаграмме ниже. На диаграмме видно, что свет отражается от зеркала таким образом, что угол падения равен углу отражения.
Так уж получилось, что свет, попадающий по линии зрения к вашему глазу, подчиняется закону отражения.
Например, на диаграмме А выше глаз смотрит вдоль линии на позицию выше фактического местоположения изображения. Чтобы свет от объекта отражался от зеркала и попадал в глаз, свет должен отражаться таким образом, чтобы угол падения был меньше угла отражения. На приведенной выше диаграмме B глаз направлен вдоль линии в положение на ниже фактического местоположения изображения. В этом случае, чтобы свет от объекта отразился от зеркала и попал в глаз, свет должен отражаться таким образом, чтобы угол падения был больше, чем угол отражения.
1. Рассмотрите схему справа. Какой из углов (А, В, С или D) является углом падения? ______ Какой из углов является углом отражения? ______
2. Луч света падает на плоское зеркало под углом 30 градусов к поверхности зеркала. Каким будет угол отражения?
3. Возможно, вы наблюдали изображение солнца в окнах отдаленных зданий во время восхода или захода солнца. Однако в окнах дальнего здания в полдень не видно изображения солнца. Используйте диаграмму ниже, чтобы объяснить, нарисовав соответствующие световые лучи на диаграмме.
4. Луч света приближается к набору из трех зеркал, как показано на схеме. Луч света подходит к первому зеркалу под углом 45 градусов к поверхности зеркала. Проследите путь луча света, когда он отражается от зеркала. Продолжайте отслеживать луч, пока он, наконец, не выйдет из зеркальной системы. Сколько раз отразится луч, прежде чем он, наконец, выйдет?
Следующий раздел:
Перейти к следующему уроку:
Учебник по физике: полное внутреннее отражение
Обычная лабораторная работа по физике заключается в том, чтобы смотреть через длинную сторону равнобедренного треугольника на булавку или другой объект, удерживаемый за противоположной стороной. При этом наблюдается необычное наблюдение — противоречивое событие. Диаграмма слева ниже изображает физическую ситуацию.
Луч света вошел в грань треугольного блока под прямым углом к границе. Этот луч света проходит через границу без преломления, поскольку он падает по нормали (вспомните страницу «Если бы я был рыбой-лучником»). Затем луч света проходит через стекло по прямой линии, пока не достигнет второй границы. Теперь вместо того, чтобы проходить через эту границу, кажется, что весь свет отражается от границы и излучает противоположную грань равнобедренного треугольника. Это несоответствующее событие беспокоит многих, поскольку они тратят несколько минут на поиски преломления света через вторую границу. Потом, наконец, к своему изумлению, они посмотрели сквозь третью грань глыбы и ясно увидели луч. Что случилось? Почему свет не преломлялся через вторую грань?
Явление, наблюдаемое в этой части лаборатории, известно как полное внутреннее отражение. Полное внутреннее отражение , или ПВО , как его еще называют, — это отражение общего количества падающего света на границе между двумя средами.
МДП является темой урока 3.
Чтобы понять полное внутреннее отражение, мы начнем с мысленного эксперимента. Предположим, что лазерный луч погружен в резервуар с водой (не делайте этого дома) и направлен вверх к границе вода-воздух. Затем предположим, что угол, под которым луч направлен вверх, медленно изменяется, начиная с малых углов падения и двигаясь к все большим и большим углам падения. Что будет наблюдаться в таком эксперименте? Если мы поймем принципы поведения границ, мы ожидаем, что будем наблюдать как отражение, так и преломление. И действительно, это то, что наблюдается (в основном). Но это не единственное наблюдение, которое мы можем сделать. Мы также заметили бы, что интенсивность отраженных и преломленных лучей не остается постоянной. При угле падения, близком к 0 градусов, большая часть световой энергии проходит через границу и очень мало отражается. По мере того, как угол увеличивается до все больших и больших углов, мы начинаем наблюдать меньше преломления и больше отражения.
То есть с увеличением угла падения яркость преломленного луча уменьшается, а яркость отраженного луча увеличивается. Наконец, мы заметили бы, что углы отражения и преломления не равны. Поскольку световые волны будут преломляться от нормали (случай принципа преломления SFA), угол преломления будет больше, чем угол падения. А если бы это было так, то угол преломления также был бы больше угла отражения (поскольку углы отражения и падения одинаковы). По мере увеличения угла падения угол преломления в конечном итоге достигнет 9Угол 0 градусов. Эти принципы изображены на диаграмме ниже.
Максимально возможный угол преломления 90 градусов. Если подумать (практика, которая всегда помогает), то признаешь, что если бы угол преломления был больше 90 градусов, то преломленный луч ложился бы на падающую сторону среды — это просто невозможно. Таким образом, в случае лазерного луча в воде существует определенное значение угла падения (назовем его углом 9°).0003 критический угол ), что дает угол преломления 90 градусов.
Это конкретное значение угла падения можно рассчитать с помощью закона Снеллиуса (n i = 1,33, n r = 1,000, = 90 градусов, = ???) и получить 48,6 градуса. Любой угол падения больше 48,6 градусов не приведет к преломлению. Вместо этого, когда углы падения больше 48,6 градусов (критический угол), вся энергия ( полных энергии), переносимая падающей волной к границе, остается в воде ( внутри исходной среды) и претерпевает отражение от границы. Когда это происходит, происходит полное внутреннее отражение.
Два требования к полному внутреннему отражению
Полное внутреннее отражение (ПВО) — это явление, при котором весь падающий свет отражается от границы. МДП имеет место только при соблюдении обоих следующих двух условий:
- свет находится в более плотной среде и приближается к менее плотной среде.
- угол падения больше, чем так называемый критический угол.
Полного внутреннего отражения не будет, если только падающий свет не распространяется внутри более оптически плотной среды по направлению к менее оптически плотной среде. МДП произойдет для света, движущегося из воды в воздух, но не для света, движущегося из воздуха в воду. TIR произойдет для света, идущего из воды в воздух, но этого не произойдет для света, идущего из воды (n = 1,333) к краун-стеклу (n = 1,52). ПВО происходит потому, что угол преломления достигает 90 градусов до того, как угол падения достигнет 90 градусов. Единственный способ, которым угол преломления может быть больше угла падения, — это отклонение света от нормали. Поскольку свет отклоняется от нормали только при переходе из более плотной среды в менее плотную, то это было бы необходимым условием для полного внутреннего отражения.
Полное внутреннее отражение происходит только при больших углах падения. Вопрос: Насколько велик большой? Ответ: больше критического угла. Как упоминалось выше, критический угол для границы вода-воздух составляет 48,6 градуса.
Таким образом, при углах падения более 48,6 градусов возникает TIR. Но 48,6 градуса — это критический угол только для границы вода-воздух. Фактическое значение критического угла зависит от двух материалов по обе стороны от границы. Для границы стекло-воздух венца критический угол равен 41,1 градуса. Для границы алмаз-воздух критический угол равен 24,4 градуса. Для границы алмаз-вода критический угол равен 33,4 градуса. Критический угол различен для разных сред. В следующей части урока 3 мы рассмотрим, как определить критический угол для любых двух материалов. А пока давайте усвоим идею о том, что TIR может возникнуть только в том случае, если угол падения больше критического угла для конкретной комбинации материалов.
Световоды и оптические волокна
Полное внутреннее отражение часто демонстрируется на уроках физики с помощью различных демонстраций. В одной из таких демонстраций луч лазерного излучения направляется на свернутую в спираль пластиковую приспособление «вещь-а-ма» .
Пластик служил световодом , направляя свет через катушки до тех пор, пока он, наконец, не вышел на противоположный конец. Как только свет попал в пластик, он оказался в более плотной среде. Каждый раз, когда свет приближается к границе пластик-воздух, он приближается под углами, превышающими критический угол. Два условия, необходимые для TIR, соблюдены, и весь свет, падающий на границу пластик-воздух, остается внутри пластика и претерпевает отражение. И когда свет в классе выключен, каждый ученик быстро осознает древнюю истину, что физика лучше наркотиков.
Эта демонстрация помогает проиллюстрировать принцип работы оптических волокон . Использование длинной нити из пластика (или другого материала, такого как стекло) для передачи света от одного конца среды к другому является основой современного использования оптических волокон. Оптические волокна используются в системах связи и микрохирургических операциях. Поскольку внутри волокон происходит полное внутреннее отражение, падающая энергия никогда не теряется из-за прохождения света через границу.
Другая распространенная демонстрация физики включает в себя использование большого кувшина, наполненного водой, и лазерного луча. В кувшине просверлено отверстие размером с горошину, так что, когда пробка удаляется из верхней части кувшина, вода начинает вытекать из кувшина. Затем луч лазерного света направляется в кувшин с противоположной стороны отверстия, через воду и в падающий поток. Лазерный свет выходит из кувшина через отверстие, но все еще находится в воде. Когда поток воды начинает падать как снаряд по параболической траектории на землю, лазерный свет попадает в воду из-за полного внутреннего отражения. Находясь в более плотной среде (воде) и направляясь к границе с менее плотной средой (воздухом), и находясь под углами падения больше критического, свет никогда не покидает поток воды. По сути, поток воды действует как световод, направляющий лазерный луч по его траектории. Студенты, наблюдающие за демонстрацией, еще раз убеждаются в том, что физика лучше наркотиков.
Показано, как лазерный луч проходит через полуцилиндрическую посуду, наполненную водой. Свет попадает в воду (с изогнутой стороны тарелки) по нормали; при входе не происходит изгиба. Свет проходит через воду по прямой линии, пока не достигнет границы с воздухом (у плоской стороны тарелки). Угол падения в воду 50°. Поскольку угол падения больше критического угла воздух-вода, составляющего около 48 °, он подвергается полному внутреннему отражению (ПВО). Вместо того, чтобы преломляться от тарелки с водой на плоской стороне, лазерный свет отражается и выходит вдоль изогнутой стороны тарелки.
Мы хотели бы предложить …
Зачем просто читать об этом и когда вы могли бы взаимодействовать с ним? Взаимодействие — это именно то, что вы делаете, когда используете один из интерактивов The Physics Classroom.