Вода оптически более плотная чем воздух

Вода оптически более плотная чем воздух

Тип 29 № 3049

У самой поверхности воды в реке летит комар, стая рыб находится на расстоянии 2 м от поверхности воды. Каково максимальное расстояние до комара, на котором он еще виден рыбам на этой глубине? Относительный показатель преломления света на границе воздух — вода равен 1,33.

Рыба видит комара, если существует световой луч от него, который, переломившись на границе раздела воздух — вода, попадет ей в глаз. Вода — среда оптически более плотная чем воздух, поэтому угол преломления всегда меньше, чем угол падения. Так как комар находится над самой водой, максимальное расстояние между комаром и рыбой определяется предельным углом преломления, который можно найти при помощи закона преломления Снеллиуса: Из рисунка видно, что расстояние между комаром и рыбой равно

1) верно записаны формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном решении — закон преломления Снеллиуса для полного внутреннего отражения);

— необходимые математические преобразования и вычисления логически верны, не содержат ошибок, но не закончены;

— не представлены преобразования, приводящие к ответу, но записан правильный числовой ответ или ответ в общем виде;

— представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа;

— в решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

Преломление света. Закон преломления света

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Преломление света. Закон преломления света»

На прошлых уроках мы говорили о том, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно. Если пучок света падает на границу раздела двух прозрачных сред, то часть его отражается и возвращается в первоначальную среду. Это явление называется отражением света.

Однако, свет, падая на границу раздела двух сред, не только отражается от неё, но и частично проходит во вторую среду и распространяется в ней. И сегодня мы с вами рассмотрим это явление более подробно.

Для начала проведём такой опыт. Возьмём стакан с водой, опустим в него карандаш так, чтобы он был расположен вертикально. Изменив угол наклона увидим, что на границе воды и воздуха карандаш кажется переломленным.

Это объясняется тем, что световой пучок при переходе из одной среды в другую изменяет направление распространения.

Изменение направления распространения света при переходе из одной среды в другую называют преломлением света.

Преломление света вы можете наблюдать, когда опускаете ложку в стакан с чаем, входите в воду в реке или в море.

А каким законам подчиняется преломление света? Чтобы ответить на этот вопрос, проведём такой опыт. В центре оптического диска закрепим тонкую стеклянную пластинку и направим на неё узкий пучок света.

Часть света отразиться от пластинки, а часть света проникает через пластинку. Этот луч света называется преломлённым лучом.

Угол между перпендикуляром, восставленным к границе раздела двух сред в точке падения луча, и преломлённым лучом называется углом преломления.

Сравнив углы падения и преломления, мы видим, что угол преломления меньше угла падения.

Увеличим угол падения — угол преломления тоже увеличивается, но по-прежнему он меньше угла падения.

Если стекло заменить, например, водой и пустить световой луч под тем же углом, что и на стеклянную пластинку, то угол преломления в воде будет несколько больше, чем в стекле, но всё равно меньше угла падения.

Различие углов падения и преломления обусловлено тем, что стекло, вода и воздух имеют разную оптическую плотность.

Не путайте оптическую плотность с плотностью вещества. Есть вещества, у которых плотность меньше, чем плотность воды, например, скипидар. В то же время скипидар оптически более плотный, чем вода. Дело в том, что оптическая плотность среды характеризуется скоростью распространения света в ней. Чем больше скорость распространения света в среде, тем меньше её оптическая плотность.

Следовательно, оптическая плотность стекла больше, чем оптическая плотность воздуха, так как скорость распространения света в нём меньше.

Рассмотрим ещё один пример. Стеклянный сосуд, на дне которого находится плоское зеркало, заполним водой, подкрашенной флюоресцирующей жидкостью.

На поверхность воды под некоторым углом к ней направим пучок света. Он изменяет своё направление, поскольку вода — среда оптически более плотная, чем воздух.

Из опыта видно, что при переходе света из воздуха в воду угол падения больше угла преломления, а при переходе из воды в воздух угол падения меньше угла преломления.

На основании проделанных опытов мы можем сделать следующие выводы. Во-первых, если луч света переходит из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную, то угол преломления меньше угла падения. То есть преломлённый луч как бы прижимается к перпендикуляру

Если свет переходит из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную, то угол преломления больше угла падения. То есть преломлённый луч прижимается к границе раздела двух сред. Этот вывод логически следует из свойства обратимости, которое характерно не только для падающего и отражённого лучей, но и для падающего и преломлённого лучей.

И вновь обратимся к опыту. В центре оптического диска закрепим сосуд с водой и направим на него узкий пучок света. Будем менять угол падения света и следить за изменением угла преломления.

При изменении угла падения, угол преломления тоже меняется и соотношение между углами не сохраняется. Однако, если составить отношение синусов углов падения и преломления, то мы увидим, что оно остаётся постоянным:

Таким образом, для любой пары веществ можно записать, что отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред:

Эту величину называют относительным показателем преломления для двух сред. Чем он больше, тем сильнее преломляется свет на границе раздела двух сред.

Мы уже говорили, что преломляющая способность вещества зависит от его оптической плотности, которая, в свою очередь, зависит от скорости распространения света в веществе. Таким образом, относительный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света в первой по ходу луча среде отличается от скорости распространения света во второй среде:

Если свет падает из вакуума в вещество, то вводится величина, называемая абсолютным показателем преломления. Он показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше чем в данной среде.

где с = 3 ∙ 10 8 м/с.

Теперь мы можем сформулировать закон преломления света: лучи, падающий и преломлённый, лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведённым в точке падения луча к границе раздела двух сред. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред:

Примечательно, что закон преломления света был открыт опытным путём голландским учёным В. Снеллиусом ещё в 1621 г. Однако результаты многочисленных экспериментов по оптике им опубликованы не были. Позже, после смерти учёного, они были обнаружены в архивах Р. Декартом, который использовал их при написании своих «Рассуждений о методе . » в приложении "Диоптрика" в1637 г.

Отметим и то, что когда луч падает перпендикулярно на границу раздела двух сред, он не испытывает преломления, что можно подтвердить опытом:

Разумеется, что не будет преломления и на границе, разделяющей две среды с одинаковой оптической плотностью, т. е. на границе раздела сред, в которых скорость света одинакова.

Пример решения задач.

Задача. На дне водоёма глубиной 3 м находится источник света. На какой глубине увидит источник света наблюдатель, если он смотрит с лодки вертикально вниз, а показатель преломления воды равен 1,33?

Закон преломления света. Полное внутреннее отражение

Оборудование: стеклянные пластинки, иголки, картонки, проектор, экран, компьютер.

1. Организационный момент-1 мин.
2. Фронтальный опрос учащихся-5 мин.
3. Самостоятельная работа-6
4. Объяснение нового материала-7
5. Лабораторная работа-7
6. Решение задачи-6
7. Полное внутреннее отражение-10
8. Домашнее задание-1
9. Рефлексия-2

Ход урока

I. Организационный момент

1. Сформулируйте принцип Гюйгенса.
2. Что такое световой луч?
3. Что происходит со световым лучом при его распространении в среде?
4. Что происходит со световым лучом на границе раздела сред?
5. Сформулируйте закон отражения света.
6. Нарисуйте на доске световой луч, падающий на отражающую поверхность; угол падения; нарисуйте отраженный луч, угол отражения.
7. Объясните обратимость лучей.
8. Какие два вида отражений вам известны?
9. Начертить на доске диффузное и зеркальное отражение

III. Самостоятельная работа

Самостоятельная работа проводится дифференцировано: один ряд решает тестовые задания, второй — задачи, третий ряд — задачу из 10 класса на повторение.

I ряд — тест

Тест по теме «Закон отражения»

1 вариант

1. В однородной прозрачной среде свет распространяется

2. На границе раздела двух сред свет частично

1) отражается, 2) преломляется, 3) отражается и преломляется

3. При переходе из вакуума в среду скорость света

1) уменьшается в п раз, 2) увеличивается в п раз, 3) не изменяется.

4. Человек стоял перед зеркалом, затем отошел от него на расстояние 1 м. На сколько увеличилось при этом расстояние между человеком и его изображением.

5. Луч света падает на поверхность зеркала под углом 30 градусов к горизонту, чему равен угол отражения?

2 вариант

1. Скорость распространения электромагнитных вол в вакууме равна:

1) 200 км/ч 2) 300000000 м/с 3)301 м/с

1) Электромагнитные волны, способные вызывать у человека зрительные ощущения;

2) волны, которые распространяются только в пределах прямой видимости;

3) линия, вдоль которой распространяется энергия световой волны.

3. Назовите явления, вызванные прямолинейным распространением света.

1) отражение и преломление света; 2) образование тени и полутени от точечных и протяженных источников

4. Угол падения луча равен 25 градусов. Чему равен угол между падающим и отраженным лучами?

5. Человек стоял перед зеркалом, затем отошел от него на расстояние 1,5 м. На сколько увеличилось при этом расстояние между человеком и его изображением.

II ряд — задачи

Закон отражения света.

Вариант №1

1. Угол между падающим лучом и отраженным лучом 60°. Чему равен угол падения? Начертить в тетради.

2. Построить в тетради отраженный луч.

Вариант №2

Угол между падающим лучом и отраженным лучом 45°. Чему равен угол падения? Начертить в тетради.

Будут ли параллельны отраженные лучи?

III ряд — разбираем одну задачу на повторение (слайд 3)

IV. Объяснение нового материала (слайд 4-6)

Изменение направления распространения света при его прохождении через границу раздела двух сред называется преломлением света.

Закон преломления света был открыт экспериментально Снеллиусом:

а) падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости.

б) отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред:

Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления этой среды.

Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, т. е. от температуры вещества, его плотности, наличия в нем упругих напряжений. Показатель преломления зависит также и от характеристик самого света. Для красного света он меньше, чем для зеленого, а для зеленого меньше, чем для фиолетового.

Т.о. преломление света объясняется изменением скорости распространения света при его переходе из одной среды в другую.

Из двух сред та, в которой скорость света меньше, называется оптически более плотной, а та, в которой скорость света больше, — оптически менее плотной. Например, вода является оптически более плотной средой, чем воздух, а стекло — оптически более плотной средой, чем вода.

V. Лабораторная работа «Определение показателя преломления стекла» (слайд 7)

VI. Решение задачи (слайд 8)

Луч света падает на плоскопараллельную стеклянную пластинку под углом 60°. Какова толщина пластинки, если при выходе из нее луч сместился на 20 мм?

VII. Полное внутреннее отражение (слайд 9)

Видео полного внутреннего отражения

Если падающий луч направлен из оптически более плотной среды в оптически менее плотную (например, из воды в воздух), n_2,1<1. Это означает, что в этом случае угол преломления больше угла падения.

При увеличении угла падения интенсивность отраженного луча увеличивается, а интенсивность преломленного луча уменьшается. При некотором угле падения преломленный луч скользит вдоль поверхности раздела двух сред, (угол преломления максимален = 90°) При > преломление света невозможно, значит луч полностью отразится.

Угол падения называется предельным углом полного отражения(слайд 10)

Полное внутреннее отражение — явление отражения света от оптически менее плотной среды, при котором преломление отсутствует, а интенсивность отраженного света практически равна интенсивности падающего.

Явление полного внутреннего отражения используется, например, в световодах при передаче световых сигналов по тонким стеклянным нитям -световодам.(«волоконная оптика»). Световод представляет собой стеклянное волокно цилиндрической формы, покрытое оболочкой из прозрачного материала с меньшим , чем у волокна показателем преломления За счет многократного полного отражения свет может быть направлен по любому (прямому или изогнутому) пути.

Волоконно-оптические устройства используются в медицине в качестве эндоскопов — зондов, вводимых в различные внутренние органы для непосредственного визуального наблюдения.

В технике световоды применяются для освещения недоступных мест, а также для передачи сигналов на большие расстояния. Модулируя световой пучок, идущий по световоду, можно по нему на значительные расстояния передавать информацию — речь, музыку, изображения, информацию от ЭВМ и т. п.

Видео волоконо-оптический кабель (слайд 11)

Достоинство оптических каналов связи — возможность пере дачи по одному световоду в сотни и тысячи раз большего объема информации, чем по металлическим проводам. Кроме того, оптический канал связи помехоустойчив, он не реагирует ни на какие внешние воздействия. Наконец, замена металлических проводов световодами дает огромную экономию дорогостоящих цветных металлов. Полное внутреннее отражение используется в призматических биноклях, перископах, зеркальных фотоаппаратах, а также в световращателях (катафотах), обеспечивающих безопасную стоянку и движение автомобилей.

VIII. Домашнее задание (слайд 12)

2. Трехуровневое задание. Рымкевич Сборник задач:

3. Экспериментальное задание: положить на дно чайной чашки монету, затем расположить ее перед собой так, чтобы края чашки закрывали ее дно. Если не меняя взаимного расположения чашки и глаз, налить в нее воду, то монета становится видимой. Почему?

Вода оптически более плотная чем воздух

Нужна помощь по физике за 9 класс. Нужно решить задачу.

На рисунке даны графики скоростей двух тел. Определите:

а) начальную конечную скорости каждого из тел;

б) с каким ускорением двигались тела;

в) напишите уравнения скорости и перемещения для каждого тела;

г) через сколько секунд оба тела приобрели одинаковую скорость (определить арифметически).

Никак не получается решить задачу, помогите.

Тело двигается вдоль оси ОХ, уравнение его движения имеет вид:

а) опишите движение тела (направление, характер движения);

в) определить координату тела через 0,5мин, после начала движения;

г) составить уравнение скорости и построить график скорости;

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Нужна помощь по физике за 9 класс. Нужно решить задачу.

На рисунке даны графики скоростей двух тел. Определите:

а) начальную конечную скорости каждого из тел;

б) с каким ускорением двигались тела;

в) напишите уравнения скорости и перемещения для каждого тела;

г) через сколько секунд оба тела приобрели одинаковую скорость (определить арифметически).