اپتیک
بازتاب کلی درونی
فراتر از زاویهٔ بحرانی هیچ نوری نمیگریزد — پرتو بهکلی به درون محیط چگالتر بازمیتابد (θc = arcsin(n₂/n₁)).
بازتاب کلی درونی — شبیهسازی تعاملی اپتیک. فراتر از زاویهٔ بحرانی هیچ نوری نمیگریزد — پرتو بهکلی به درون محیط چگالتر بازمیتابد (θc = arcsin(n₂/n₁)). آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
بازتاب کلی درونی
فراتر از زاویهٔ بحرانی هیچ نوری نمیگریزد — پرتو بهکلی به درون محیط چگالتر بازمیتابد (θc = arcsin(n₂/n₁)).
وقتی نور از محیطی چگالتر به رقیقتر میرود، افزایش زاویهٔ تابش سرانجام به زاویهٔ بحرانی میرسد که در آن پرتوهای شکسته سطح را میسایند. فراتر از θ_c تمام انرژی درونی بازمیتابد — اصل پشت فیبر نوری و درخشش الماس.
- θ_c = arcsin(n₂/n₁)
- پس از θ_c گذری نیست
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
نورِ در حال گذر از محیط چگالتر (مثل شیشه) به کمچگالتر (مثل هوا) اگر زاویهٔ تابشش بهاندازهٔ کافی تند باشد، میتواند کامل بازتاب شود بهجای شکست بیرون. آیا شیشهٔ ضریببالاتر زاویهٔ حدّی کوچکتر یا بزرگتری دارد؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- شیشهٔ ضریببالاتر زاویهٔ حدی بزرگتری دارد.
- زاویهٔ حدی به ضریب شیشه بستگی ندارد.
- شیشهٔ ضریببالاتر زاویهٔ حدی کوچکتری دارد — بازتاب کامل زودتر و آسانتر رخ میدهد.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- ضریب شیشه n₁
آنچه اندازه میگیرید:
- زاویهٔ بحرانی θ_c (°)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیمی tir را باز کنید و Reset را بفشارید. نور از شیشه به هوا میرود (n₂ = 1.0 ثابت).
- قرائت زاویهٔ حدی را فعال کنید.
- ضریب شکست شیشه را برای هر آزمایش تنظیم کنید و زاویهٔ حدی را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
زاویهٔ حدی بازتاب کامل — θc = arcsin(n₂/n₁)
نوری که از محیط متراکمتر (n₁) به سمت محیط کمتراکمتر (n₂ < n₁) میرود، برای هر زاویهٔ تابش فراتر از زاویهٔ بحرانی θ_c = asin(n₂/n₁) کاملاً درونی بازتاب میکند. فراتر از این زاویه هیچ نوری گذر نمیکند — بازتاب 100%.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، θ_c = asin(n₂/n₁) را با n₂ = 1.0 حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا شیشهٔ ضریببالاتر (که نور را محکمتر میشکند) زاویهٔ حدّی «کوچکتری» دارد — بازتاب کامل برای دامنهٔ وسیعتری از زاویههای تابش رخ میدهد.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- فیبرهای نوری به بازتاب کامل تکیه دارند تا نور را درون مغزی شیشهای ضریببالا به دام بیاندازند و با تقریباً هیچ اتلافی در طول فیبر بجهانند. توضیح دهید چرا سازندگان کابل فیبر نوری مغزیِ شیشهای ضریبخیلیبالا با غلاف ضریبکمتر دورش به کار میبرند.
- الماس ضریب شکست غیرعادی بالایی دارد (حدود 2.42) که زاویهٔ حدی بسیار کوچکی (حدود 24°) میدهد. توضیح دهید چرا این ویژگی الماسِ خوبتراش را درخشان میکند — نوری که از بالا وارد میشود میل دارد بارها بازتاب کامل شود پیش از بیرونآمدن.
- AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
- General High School Physics — Light & optics
- NGSS High School Physics — Wave properties
- به بازتاب کلی درونی خوش آمدید
- انتخاب جسم
- Play را بفشارید
- هیچ نوری منتقل نمیشود
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.