Transcript Παρουσίαση Ανάκλαση

Φυσική Γ λυκείου
Θετική & τεχνολογική κατεύθυνση
Σχολικό έτος 2011-2012
Χαρ. Τζόκας
ΑΝΑΚΛΑΣΗ - ΔΙΑΘΛΑΣΗ
ανάκλαση
- διάχυση
Νόμοι ανάκλασης

1. Η προσπίπτουσα και η
ανακλώμενη δέσμη ανήκουν στο
ίδιο επίπεδο (επίπεδο ανάκλασης),
το οποίο είναι κάθετο στην
ανακλαστική επιφάνεια.
2. Η γωνία πρόσπτωσης θα και
είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης
θr: θα=θr
Διάθλαση

Νόμος του Snell
Πειραματικά διαπιστώνουμε ότι:
1. H προσπίπτουσα, η ανακλώμενη και
η διαθλώμενη δέσμη ανήκουν στο ίδιο
επίπεδο, το οποίο είναι κάθετο στην
ανακλαστική επιφάνεια.
2. Aν nα ο δείκτης διαθλάσεως του
οπτικού μέσου της προσπίπτουσας
μονοχρωματικής ακτίνας και nb ο
αντίστοιχος του οπτικού μέσου της
διαθλώμενης ακτίνας, τότε η γωνία
πρόσπτωσης θα και η γωνία διάθλασης
θb, ικανοποιούν την εξίσωση:
νόμος Snell :
Σημαντικές Παρατηρήσεις στη διάθλαση
1. Όταν το φώς αλλάζει μέσο διάδοσης, η συχνότητα
του παραμένει σταθερή, αφού καθορίζεται από
την πηγή της ακτινοβολίας. Μεταβάλλεται όμως
η ταχύτητα διάδοση u, άρα και το μήκος
κύματος λ, ώστε να υπακούει στην κυματική
εξίσωση λ=u/f.
2. Αν nα < nb δηλαδή αν το φώς διέρχεται από
οπτικά αραιότερο προς οπτικά πυκνότερο
μέσο, τότε θα > θb.
Αντιστρόφως, αν nα > nb τότε θα < θb.
3. Αν θα=0 τότε και θb=0, δηλαδή όταν το φώς
προσπίπτει κάθετα στη διαχωριστική επιφάνεια
τότε η διαθλώμενη ακτίνα έχει την ίδια
διεύθυνση με την προσπίπτουσα.
4. O δείκτης διαθλάσεως ενός οπτικού μέσου
μπορεί να γραφτεί
5. Για δύο οπτικά μέσα ισχύει:
6. Τα φαινόμενα της ανάκλασης και της διάθλασης
δεν αφορούν μόνο το οπτικό φάσμα, αλλά το
σύνολο των ακτινοβολιών αλλά και τα
μηχανικά κύματα. Χαρακτηριστικό
παράδειγμα αποτελούν τα ραδιοκύματα τα
οποία ανακλώνται στις μεταλλικές επιφάνειες.
Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούμε παραβολικά
κάτοπτρα τόσο για να αποκτήσουν τα
εκπεμπόμενα ραδιοκύματα συγκεκριμένη
κατεύθυνση όσο και για να εστιαστούν σε μία
κεραία.
Ολική ανάκλαση


Παρατήρηση
Το φαινόμενο της ολικής
ανάκλασης δεν μπορεί να
παρατηρηθεί αν το φώς
διέρχεται από οπτικά
αραιότερο σε οπτικά
πυκνότερο μέσο.
Η γωνία πρόσπτωσης για την
οποία η γωνία διάθλασης
ισούται με 900 ονομάζεται
κρίσιμη γωνία θcr.
Ερώτηση 1.

Μονοχρωματική ακτίνα φωτός προσπίπτει σε ανακλαστική
επιφάνεια, έτσι ώστε η προσπίπτουσα ακτίνα να είναι κάθετη
στην ανακλώμενη. Η γωνία ανάκλασης ισούται με:
α. 30
β. 45
γ. 60
Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας.
(Θέμα Β)
Ερώτηση 2





Οριζόντια μονοχρωματική
ακτίνα φωτός προσπίπτει σε
επίπεδη ανακλαστική
επιφάνεια, η οποία
σχηματίζει γωνία θ με τον
ορίζοντα. Αν η ανακλώμενη
δέσμη είναι κατακόρυφη
τότε η γωνία θ ισούται με:
30
45
60
Δικαιολόγηση
Ερώτηση 3
Μονοχρωματική ακτίνα φωτός διαδίδεται σε οπτικό μέσο (Α) και διέρχεται σε οπτικό
μέσο (Β).
Το πηλίκο του πλάτους της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου προς το πλάτος της ένταση
του μαγνητικού πεδίου όταν το φως διαδίδεται στο μέσο (Α) είναι μεγαλύτερο από
το αντίστοιχο πηλίκο, όταν διαδίδεται στο μέσο (Β).
Τότε ο δείκτης διαθλάσεως του μέσου (Α) σε σχέση με τον αντίστοιχο του μέσου (Β)
είναι:
α. μεγαλύτερος.
β. μικρότερος.
γ. ίσος.
Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας.

Ερώτηση 4.

Μονοχρωματική ακτίνα φωτός
διαδίδεται σε οπτικό μέσο (Α)
προσπίπτει στη διαχωριστική επιφάνεια
με οπτικό μέσο (Β). Η προσπίπτουσα με
την ανακλώμενη ακτίνα σχηματίζουν
γωνία 120 μοίρες ενώ η διαθλώμενη
εκτρέπεται κατά 30 μοίρες σε σχέση με
την προσπίπτουσα. Αν (Α) οπτικά
αραιότερο του (Β) τότε ο λόγος na/ nb
ισούται με:
α.

β.
γ.

Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας.
Ερώτηση 5

Τι σχέση έχουν οι
γωνίες θα και θd ;
Ερωτήσεις 6 και 7




Μονοχρωματική ακτίνα φωτός
προσπίπτει σε πρίσμα του οποίου
η τομή είναι ορθογώνιο ισοσκελές
τρίγωνο. Το φως προσπίπτει
κάθετα στη μία κάθετη πλευρά του
πρίσματος και διαθλάται. Η
κρίσιμη γωνία της ακτινοβολίας
για το συγκεκριμένο πρίσμα
ισούται με 40 μοίρες . Η
εξερχόμενη ακτίνα σε σχέση με την
προσπίπτουσα σχηματίζει γωνία:

α. Η φωτεινή ακτίνα είναι δυνατό
να υποστεί ολική ανάκλαση.
β. Το μήκος κύματος της
διαθλώμενης ακτίνας είναι
μεγαλύτερο από το αντίστοιχο της
προσπίπτουσας.
60 μοίρες
180 μοίρες
90 μοίρες
γ. Η γωνία διάθλασης θα είναι
μικρότερη από τη γωνία
πρόσπτωσης.


Δικαιολόγηση
Μονοχρωματική φωτεινή ακτίνα
που διαδίδεται στον αέρα
προσπίπτει πλάγια στην ήρεμη
επιφάνεια μιας λίμνης.
Δικαιολόγηση
Ερώτηση 8
Ένας μαθητής παρατηρεί ένα
ψάρι που κολυμπά στη γυάλα
του. Ο μαθητής βλέπει το ψάρι:
α. σε μικρότερο βάθος από
αυτό στο οποίο βρίσκεται το
ψάρι.
β. στη θέση που πράγματι
βρίσκεται το ψάρι.
γ. σε μεγαλύτερο βάθος από
αυτό στο οποίο βρίσκεται το
ψάρι.
Δικαιολόγηση
Άσκηση 1

Μονοχρωματική δέσμη παράλληλων ακτίνων φωτός
διαδίδεται στον αέρα όπου έχει μήκος κύματος
λ0=600nm. Η δέσμη συναντά την ήρεμη επιφάνεια μίας
λίμνης υπό γωνία πρόσπτωσης 60ο, όπου μέρος της
διαθλάται. Η γωνία διάθλασης ισούται με 30o.
α. Να υπολογίσετε τη γωνία κατά την οποία η
διαθλώμενη ακτίνα εκτρέπεται σε σχέση με την
προσπίπτουσα, καθώς και το δείκτη διαθλάσεως του
νερού.
β. Να υπολογίσετε το μήκος κύματος της ακτινοβολίας
στο νερό.
γ. Να υπολογίσετε την ταχύτητα διάδοσης της
ακτινοβολίας στο νερό.
δ. Αν το φως διαδιδόταν από το νερό προς τον αέρα με
την ίδια γωνία πρόσπτωσης να υπολογίσετε ποια θα ήταν
τότε η γωνία εκτροπής της δέσμης.
Δίνεται η ταχύτητα διάδοσης του φωτός στο κενό: c=
3∙108 m/s
Άσκηση 2

Μονοχρωματική ακτίνα φωτός
διαδίδεται στο κενό με μήκος
κύματος λ0=520nm και προσπίπτει
σε γυάλινο πρίσμα του οποίου η
τομή είναι ορθογώνιο ισοσκελές
τρίγωνο (ΑΒ=ΑΓ=0,39m). Το φώς
προσπίπτει κάθετα στη μία κάθετη
πλευρά του πρίσματος, στο μέσο
αυτής και διαθλάται. Η κρίσιμη
γωνία της ακτινοβολίας για το
συγκεκριμένο πρίσμα ισούται με
40,5ο (ημ40,5ο≈0,65 &
συν40,5ο≈0,76).

Να υπολογίσετε:
α. τη γωνία κατά την οποία έχει
εκτραπεί η εξερχόμενη από το πρίσμα
ακτίνα σε σχέση με τη διεύθυνση της
προσπίπτουσας στην πλευρά ΑΓ.
β. το μήκος κύματος της ακτινοβολίας
όσο αυτή βρίσκεται εντός του
πρίσματος.
γ. το χρόνο που χρειάζεται η ακτίνα από
τη στιγμή που εισέρχεται στο πρίσμα
μέχρι να εξέλθει.
δ. τη γωνία που πρέπει να σχηματίζει η
προσπίπτουσα δέσμη με την πλευρά ΑΓ,
ώστε το φώς να διέρχεται
εφαπτομενικά της ΒΓ.
Δίνονται: c= 3∙108 m/s,
Σχήματα άσκησης 2
Άσκηση 3


Μονοχρωματική φωτεινή ακτίνα
διαδίδεται στον αέρα όταν
προσπίπτει στην έδρα ΑΒ του
πρίσματος του σχήματος υπό γωνία
θα=45o. Ο δείκτης διαθλάσεως ισούται
με 2 , ενώ το πρίσμα περιβάλλεται
από αέρα.
α. Να υπολογίσετε τη γωνία μεταξύ
ανακλώμενης και διαθλώμενης στο
σημείο (Σ).
β. Να εξετάσετε αν το φώς
προσπίπτοντας στην ΔΓ του
πρίσματος, εξέρχεται στον αέρα.
γ. Να υπολογίσετε το ποσοστό
μεταβολής της ταχύτητας της
ακτινοβολίας όταν αυτή εισέρχεται
από τον αέρα στο πρίσμα.
Δίνεται: .
Άσκηση 4
Δύο πρίσματα με ίσες ορθογώνιες τριγωνικές τομές εφάπτονται όπως φαίνεται στο
σχήμα, σχηματίζοντας ένα «διπλό» πρίσμα με τομή ισόπλευρου τριγώνου. Το
πρίσμα (1) έχει δείκτη διαθλάσεως
ενώ το πρίσμα (2) έχει δείκτη
διαθλάσεως n2 . Βυθίζουμε το πρίσμα σε δοχείο το οποίο περιέχει υγρό με δείκτη
διαθλάσεως n=n1 . Μονοχρωματική ακτινοβολία συχνότητας
που διαδίδεται στο υγρό, προσπίπτει κάθετα στην έδρα ΑΒ του πρίσματος (1) και
ακολουθεί την πορεία που φαίνεται στο σχήμα.
Α. Να υπολογίσετε το δείκτη διαθλάσεως n2 .
Β. Αλλάζουμε το πρίσμα με δείκτη διαθλάσεως n2 με άλλο πρίσμα που έχει
δείκτη διαθλάσεως n3<n έτσι ώστε η ακτινοβολία να διέρχεται σε αυτό και
συναντώντας την έδρα ΜΓ να διαθλάται στο υγρό με γωνία διαθλάσεως
i. Να υπολογίσετε το δείκτη διαθλάσεως n3.
ii. Να υπολογίσετε το ποσοστό μεταβολής του μήκους κύματος της ακτινοβολίας
κατά τη διέλευση της από το πρίσμα (1) στο πρίσμα (2) (
iii. Να εξετάσετε αν και σε ποιο οπτικό μέσο η ακτινοβολία είναι ορατή αν
θεωρήσετε γνωστό ότι το ορατό φάσμα αφορά την ηλεκτρομαγνητική
ακτινοβολία της οποίας το μήκος κύματος στο κενό κυμαίνεται περίπου από τα
400nm έως τα 700nm.
Δίνονται η ταχύτητα διάδοσης του φωτός στον αέρα και η τριγωνομετρική
ιδιότητα
(Θέμα Γ)
