Оптика

Полное внутреннее отражение

За критическим углом свет не выходит наружу — луч полностью отражается обратно в более плотную среду (θc = arcsin(n₂/n₁)).

Полное внутреннее отражение — интерактивная симуляция (Оптика). За критическим углом свет не выходит наружу — луч полностью отражается обратно в более плотную среду (θc = arcsin(n₂/n₁)). Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Полное внутреннее отражение

За критическим углом свет не выходит наружу — луч полностью отражается обратно в более плотную среду (θc = arcsin(n₂/n₁)).

Когда свет идёт из более плотной среды в менее плотную, рост угла падения в конце концов достигает предельного угла, где преломлённый луч скользил бы по поверхности. За θ_c вся энергия отражается внутрь — принцип волоконной оптики и блеска бриллиантов.

• θ_c = arcsin(n₂/n₁)
• За θ_c прохождения нет

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Свет, идущий из более плотной среды (как стекло) в менее плотную (как воздух), может полностью отражаться вместо выхода, если угол падения достаточно крут. У стекла с более высоким показателем предельный угол меньше или больше?

Прогнозы для взвешивания

• У более высокого показателя предельный угол больше.
• Предельный угол не зависит от показателя стекла.
• У более высокого показателя предельный угол меньше — полное внутреннее отражение наступает легче.

Роли переменных

Что вы задали:

• Показатель стекла n₁

Что вы измеряете:

• Предельный угол θ_c (°)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет tir и нажмите «Сброс». Свет идёт из стекла в воздух (n₂ = 1.0 зафиксировано).
2. Включите показание предельного угла.
3. Задайте показатель преломления стекла для каждой пробы и запишите предельный угол.

Определяющее уравнение

Предельный угол полного внутреннего отражения — θc = arcsin(n₂/n₁)

Свет, идущий из более плотной среды (n₁) в менее плотную (n₂ < n₁), испытывает полное внутреннее отражение при любом угле падения сверх критического θ_c = asin(n₂/n₁). За этим углом свет не проходит вовсе — отражение 100%.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите θ_c = asin(n₂/n₁) при n₂ = 1.0. Сравните с таблицей.
• Объясните, почему у стекла с более высоким показателем (сильнее преломляющего свет) МЕНЬШИЙ предельный угол — полное внутреннее отражение случается для более широкого диапазона углов падения.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Оптоволокно полагается на полное внутреннее отражение, удерживая свет внутри сердцевины с высоким показателем, отражая его вдоль волокна почти без потерь. Объясните, почему производители волокна используют сердцевины из стекла с очень высоким показателем в оболочке с более низким.
• У алмаза необычно высокий показатель (около 2.42), дающий очень малый предельный угол (около 24°). Объясните, почему это заставляет хорошо огранённый алмаз ослепительно сверкать — свет, вошедший сверху, стремится многократно полностью отражаться, прежде чем выйти.

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

1. Добро пожаловать к ПВО
2. Выберите предмет
3. Нажмите Play
4. Свет не передаётся
5. Откройте панель свойств
6. Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Закон преломления Снелла