Полное внутреннее отражение: предельный угол
1 · Прогноз
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?
- 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.
2 · Подготовка
- Откройте пресет tir и нажмите «Сброс». Свет идёт из стекла в воздух (n₂ = 1.0 зафиксировано).
- Включите показание предельного угла.
- Задайте показатель преломления стекла для каждой пробы и запишите предельный угол.
3 · Сбор данных
| Показатель стекла n₁ | Предельный угол θ_c (°) |
|---|---|
| 1.30 | |
| 1.50 | |
| 1.70 |
Постройте предельный угол θ_c (ось y) против 1/n₁ (ось x) для трёх проб.
4 · Анализ
- 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.
5 · Развитие
- 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.
Физика этого эксперимента
Предельный угол полного внутреннего отражения
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%.