Optyka

Całkowite wewnętrzne odbicie

Powyżej kąta granicznego żadne światło nie ucieka — promień całkowicie odbija się z powrotem do ośrodka gęstszego (θc = arcsin(n₂/n₁)).

Całkowite wewnętrzne odbicie — interaktywna symulacja: Optyka. Powyżej kąta granicznego żadne światło nie ucieka — promień całkowicie odbija się z powrotem do ośrodka gęstszego (θc = arcsin(n₂/n₁)). Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.

Całkowite wewnętrzne odbicie

Za kątem krytycznym żadne światło nie ucieka — promień jest całkowicie odbijany z powrotem do gęstszego ośrodka (θc = arcsin(n₂/n₁)).

Gdy światło biegnie z ośrodka gęstszego do rzadszego, wzrost kąta padania w końcu osiąga kąt graniczny, przy którym promień załamany ślizgałby się po powierzchni. Powyżej θ_c cała energia odbija się wewnętrznie — zasada światłowodów i blasku diamentu.

• θ_c = arcsin(n₂/n₁)
• Brak transmisji za θ_c

Krótki opis badania

Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię

Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.

Pytanie badawcze

Światło biegnące z ośrodka gęstszego (jak szkło) ku rzadszemu (jak powietrze) może odbić się w całości zamiast wyjść, jeśli kąt padania jest dostatecznie stromy. Czy szkło o wyższym współczynniku ma mniejszy czy większy kąt graniczny?

Prognozy do rozważenia

• Szkło o wyższym współczynniku ma większy kąt graniczny.
• Kąt graniczny nie zależy od współczynnika szkła.
• Szkło o wyższym współczynniku ma mniejszy kąt graniczny — całkowite odbicie wewnętrzne zaczyna działać łatwiej.

Role zmiennych

Co ustawiasz:

• Współczynnik szkła n₁

Co mierzysz:

• Kąt graniczny θ_c (°)

Jak przebiega badanie

1. Otwórz preset tir i naciśnij Reset. Światło biegnie ze szkła do powietrza (n₂ = 1.0 ustalone).
2. Włącz odczyt kąta granicznego.
3. Ustaw współczynnik załamania szkła dla każdej próby i zapisz kąt graniczny.

Równanie rządzące

Kąt graniczny całkowitego odbicia wewnętrznego — θc = arcsin(n₂/n₁)

Światło biegnące z gęstszego ośrodka (n₁) ku rzadszemu (n₂ < n₁) ulega całkowitemu wewnętrznemu odbiciu przy każdym kącie padania ponad kąt graniczny θ_c = asin(n₂/n₁). Za tym kątem żadne światło nie przechodzi wcale — odbicie 100%.

Co karta do druku każe uczniom wyliczyć

• Dla jednej próby oblicz θ_c = asin(n₂/n₁) przy n₂ = 1.0. Porównaj z tabelą.
• Wyjaśnij, dlaczego szkło o wyższym współczynniku (mocniej gnące światło) ma MNIEJSZY kąt graniczny — całkowite odbicie wewnętrzne zachodzi dla szerszego zakresu kątów padania.

Gdzie to wychodzi poza pracownię

• Światłowody polegają na całkowitym odbiciu wewnętrznym, by uwięzić światło w rdzeniu z wysokoindeksowego szkła, odbijając je wzdłuż długości włókna z niemal zerową stratą. Wyjaśnij, dlaczego producenci kabli światłowodowych używają rdzeni o bardzo wysokim współczynniku otoczonych płaszczem o niższym.
• Diament ma niezwykle wysoki współczynnik załamania (około 2.42), dający bardzo mały kąt graniczny (około 24°). Wyjaśnij, dlaczego to czyni dobrze szlifowany diament olśniewającym — światło wchodzące od góry ma tendencję do wielokrotnego całkowitego odbicia wewnętrznego przed wyjściem.

• AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Witamy w odbiciu całkowitym
2. Zaznacz obiekt
3. Naciśnij Play
4. Żadne światło nie wychodzi
5. Otwórz panel Właściwości
6. Udało się!

Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.

Otwórz interaktywną pracownię →

Pobierz kartę pracy →

Prawo Snelliusa załamania