Оптика

Повне внутрішнє відбиття

За критичним кутом світло не виходить — промінь повністю відбивається назад у густіше середовище (θc = arcsin(n₂/n₁)).

Повне внутрішнє відбиття — інтерактивне моделювання: Оптика. За критичним кутом світло не виходить — промінь повністю відбивається назад у густіше середовище (θc = arcsin(n₂/n₁)). Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Повне внутрішнє відбиття

За критичним кутом світло не виходить — промінь повністю відбивається назад у густіше середовище (θc = arcsin(n₂/n₁)).

Коли світло йде з густішого в менш густе середовище, зростання кута падіння зрештою сягає критичного кута, де заломлені промені лише ковзали б по поверхні. За θ_c уся енергія відбивається всередину — принцип волоконної оптики та блиску діаманта.

• θ_c = arcsin(n₂/n₁)
• Немає проходження за θ_c

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Світло, що йде з густішого середовища (як скло) в менш густе (як повітря), може відбитися повністю замість заломлення назовні, якщо кут падіння достатньо крутий. Чи має скло з вищим показником менший чи більший критичний кут?

Прогнози для зважування

• Скло з вищим показником має більший критичний кут.
• Критичний кут не залежить від показника скла.
• Скло з вищим показником має менший критичний кут — повне внутрішнє відбиття включається легше.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Показник скла n₁

Що ви вимірюєте:

• Критичний кут θ_c (°)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет tir та натисніть «Скинути». Світло йде зі скла в повітря (n₂ = 1.0 фіксований).
2. Увімкніть показ критичного кута.
3. Задайте показник заломлення скла для кожного заміру та запишіть критичний кут.

Керівне рівняння

Критичний кут повного внутрішнього відбиття — θc = arcsin(n₂/n₁)

Світло, що йде з густішого середовища (n₁) в менш густе (n₂ < n₁), повністю внутрішньо відбивається для будь-якого кута падіння за критичним кутом θ_c = asin(n₂/n₁). За цим кутом світло взагалі не передається — 100% відбиття.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть θ_c = asin(n₂/n₁) з n₂ = 1.0. Порівняйте з таблицею.
• Поясніть, чому скло з вищим показником (сильніше заломлюючи світло) має МЕНШИЙ критичний кут — повне внутрішнє відбиття відбувається для ширшого діапазону кутів падіння.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Оптичні волокна покладаються на повне внутрішнє відбиття, щоб тримати світло всередині високопоказникового скляного осердя, відбиваючи його вздовж довжини волокна майже без втрат. Поясніть, чому виробники волоконно-оптичних кабелів використовують скляні осердя з дуже високим показником, оточені оболонкою з нижчим показником.
• Діамант має незвично високий показник заломлення (близько 2.42), що дає йому дуже малий критичний кут (близько 24°). Поясніть, чому це робить добре огранований діамант виблискуюче яскравим — світло, що входить зверху, схильне повністю внутрішньо відбитися багато разів перед виходом.

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

1. Вітаємо у повному внутрішньому відбитті
2. Виберіть предмет
3. Натисніть «Запустити»
4. Нуль світла передається
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Закон Снелла