Optik
Totalreflexion
Jenseits des kritischen Winkels entweicht kein Licht — der Strahl wird total in das dichtere Medium reflektiert (θc = arcsin(n₂/n₁)).
Totalreflexion — interaktive Optik-Simulation. Jenseits des kritischen Winkels entweicht kein Licht — der Strahl wird total in das dichtere Medium reflektiert (θc = arcsin(n₂/n₁)). Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Totalreflexion
Jenseits des kritischen Winkels entweicht kein Licht — der Strahl wird total in das dichtere Medium reflektiert (θc = arcsin(n₂/n₁)).
Wenn Licht von einem dichteren in ein dünneres Medium wandert, erreicht ein zunehmender Einfallswinkel schließlich den Grenzwinkel, bei dem gebrochene Strahlen die Oberfläche streifen würden. Jenseits von θ_c wird alle Energie intern reflektiert — das Prinzip hinter Glasfasern und dem Glanz von Diamanten.
- θ_c = arcsin(n₂/n₁)
- Keine Transmission jenseits θ_c
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Fahrfrage
Licht, das von einem dichteren Medium (wie Glas) zu einem weniger dichten Medium (wie Luft) wandert, kann vollständig reflektiert statt gebrochen werden, wenn der Einfallswinkel steil genug ist. Hat ein Glas mit höherem Brechungsindex einen kleineren oder größeren kritischen Winkel?
Vorhersagen zum Abwägen
- Ein Glas mit höherem Brechungsindex hat einen größeren kritischen Winkel.
- Der kritische Winkel hängt nicht vom Brechungsindex des Glases ab.
- Ein Glas mit höherem Brechungsindex hat einen kleineren kritischen Winkel – die Totalreflexion tritt leichter ein.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Glasindex n₁
Was Sie messen:
- Kritischer Winkel θ_c (°)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie die Reifenvoreinstellung und drücken Sie Zurücksetzen. Licht wandert vom Glas in die Luft (n₂ = 1.0 fixed).
- Aktivieren Sie die Anzeige des kritischen Winkels.
- Stellen Sie den Brechungsindex des Glases für jeden Versuch ein und notieren Sie den kritischen Winkel.
Maßgebende Gleichung
Kritischer Winkel für die Totalreflexion — θc = arcsin(n₂/n₁)
Licht, das sich von einem dichteren Medium (n₁) zu einem weniger dichten Medium (n₂ < n₁) bewegt, wird bei jedem Einfallswinkel jenseits des kritischen Winkels θ_c = asin(n₂/n₁) vollständig intern reflektiert. Außerhalb dieses Winkels wird überhaupt kein Licht mehr durchgelassen – 100 % Reflexion.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie für einen Versuch θ_c = asin(n₂/n₁) mit n₂ = 1.0. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
- Erklären Sie, warum ein Glas mit höherem Index (das Licht stärker beugt) einen KLEINEREN kritischen Winkel hat – Totalreflexion tritt bei einem größeren Bereich von Einfallswinkeln auf.
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Optische Fasern nutzen die Totalreflexion, um Licht in einem hochbrechenden Glaskern einzufangen und es nahezu verlustfrei entlang der Faserlänge zu reflektieren. Erklären Sie, warum Hersteller von Glasfaserkabeln Glaskerne mit sehr hohem Index verwenden, die von einer Ummantelung mit niedrigerem Index umgeben sind.
- Diamant hat einen ungewöhnlich hohen Brechungsindex (ungefähr 2.42), was ihm einen sehr kleinen kritischen Winkel verleiht (ungefähr 24°). Erklären Sie, warum dadurch ein gut geschliffener Diamant strahlend glitzert – Licht, das von oben einfällt, neigt dazu, intern mehrmals vollständig reflektiert zu werden, bevor es wieder austritt.
- AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- Willkommen bei der Totalreflexion
- Objekt auswählen
- Abspielen drücken
- Kein Licht tritt aus
- Inspektor öffnen
- Geschafft!
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.