ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Fale i optykaklasa 2 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/2/fizyka/odbicie-zalamanie-i-swiatlowod/

Fizyka · Fale i optyka · kl. 2

Odbicie, załamanie i światłowód

Promień światła na granicy dwóch ośrodków częściowo się odbija, a częściowo przechodzi dalej, zmieniając kierunek – a w światłowodzie potrafi odbić się w całości.

ok. 3 min czytania9 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Odbicie

  • Oznaczenia: α – kąt padania; α′ – kąt odbicia; β – kąt załamania (kąty w stopniach, mierzone od normalnej); v – prędkość fali [m/s]; λ – długość fali [m]; f – częstotliwość [Hz]; n – współczynnik załamania ośrodka (bez jednostki; większe n – wolniejsze światło).
  • Normalna to prosta prostopadła do granicy ośrodków w punkcie padania. Od niej mierzymy wszystkie kąty.
  • Na granicy dwóch ośrodków fala jednocześnie odbija się i załamuje: część energii wraca, a część przechodzi do drugiego ośrodka.
Zapamiętaj

Prawo odbicia: kąt odbicia jest równy kątowi padania (α′ = α), a promień padający, promień odbity i normalna leżą w jednej płaszczyźnie.

αα′βnormalnapadającyodbityzałamanypowietrzeszkło (światło wolniejsze)
Promień pada z powietrza na szkło: odbija się pod tym samym kątem, a w szkle załamuje się bliżej normalnej

2Załamanie

  • Załamanie zachodzi, bo w drugim ośrodku zmienia się prędkość fali. Gdy światło wchodzi do ośrodka, w którym jest wolniejsze (np. z powietrza do wody lub szkła), promień zbliża się do normalnej; gdy do szybszego – oddala się od niej.
  • Przy zmianie ośrodka zmieniają się prędkość i długość fali, a częstotliwość zostaje taka sama.
  • Przykład. Dane: f = 5 · 1014 Hz; w powietrzu v1 = 3 · 108 m/s, w szkle v2 = 2 · 108 m/s. Wzór: λ = v przez f.
  • Obliczenia: λ1 = 3 · 108 przez 5 · 1014 m = 600 nm; λ2 = 2 · 108 przez 5 · 1014 m = 4 · 10−⁠7 m = 400 nm.
  • Odpowiedź: w szkle λ = 400 nm, a f się nie zmienia.
Sprawdź, czy rozumiesz

Światło o f = 5 · 10^14 Hz przechodzi z powietrza do szkła. Co się zmieni?

3Całkowite wewnętrzne odbicie

  • Gdy światło przechodzi z ośrodka, w którym jest wolniejsze (większe n), do ośrodka, w którym jest szybsze (mniejsze n), promień załamany oddala się od normalnej. Przy kącie granicznym biegnie już wzdłuż granicy.
  • Dla kątów padania większych od granicznego promienia załamanego nie ma – całe światło wraca do pierwszego ośrodka. To całkowite wewnętrzne odbicie.
powietrze (mniejsze n)szkło (większe n)1: α < αgr2: α = αgr3: α > αgr – całkowite odbicie
Światło ze szkła do powietrza: przy małym kącie padania promień wychodzi, przy kącie granicznym biegnie wzdłuż granicy, przy większym odbija się całkowicie
  • Światłowód ma rdzeń o większym współczynniku załamania niż płaszcz. Światło odbija się całkowicie od granicy rdzenia i płaszcza i biegnie wzdłuż włókna, nawet gdy ono się zagina (internet światłowodowy, endoskop).
Uwaga na błąd

„kąty mierzy się od powierzchni”

Kąt padania, odbicia i załamania mierzymy od normalnej.

✎Ściąga: Odbicie, załamanie i światłowód

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • Prawo odbicia: kąt odbicia jest równy kątowi padania (α′ = α), a promień padający, promień odbity i normalna leżą w jednej płaszczyźnie.
  • Oznaczenia: α – kąt padania; α′ – kąt odbicia; β – kąt załamania (kąty w stopniach, mierzone od normalnej); v – prędkość fali [m/s]; λ – długość fali [m]; f – częstotliwość [Hz]; n – współczynnik załamania ośrodka (bez jednostki; większe n – wolniejsze światło).
  • Normalna to prosta prostopadła do granicy ośrodków w punkcie padania. Od niej mierzymy wszystkie kąty.
  • Przykład. Dane: f = 5 · 1014 Hz; w powietrzu v1 = 3 · 108 m/s, w szkle v2 = 2 · 108 m/s. Wzór: λ = v przez f.
  • Światłowód ma rdzeń o większym współczynniku załamania niż płaszcz. Światło odbija się całkowicie od granicy rdzenia i płaszcza i biegnie wzdłuż włókna, nawet gdy ono się zagina (internet światłowodowy, endoskop).

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Kąt padania promienia wynosi 40°. Ile wynosi kąt odbicia?

    1. A80°
    2. B50°
    3. C140°
    4. D40°
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: 40° – Kąt odbicia jest równy kątowi padania; oba mierzymy od normalnej.

  2. Od czego mierzymy kąty padania i odbicia?

    1. AOd normalnej do granicy ośrodków
    2. BOd poziomu stołu
    3. COd powierzchni granicy
    4. DOd promienia załamanego
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: Od normalnej do granicy ośrodków – Kąty mierzy się od prostej prostopadłej do granicy w punkcie padania.

  3. Dlaczego światło załamuje się na granicy powietrze – szkło?

    1. ASzkło pochłania światło
    2. BW szkle ma inną prędkość niż w powietrzu
    3. CW szkle zmienia się jego częstotliwość
    4. DZmienia się amplituda fali
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: W szkle ma inną prędkość niż w powietrzu – Zmiana prędkości fali w nowym ośrodku powoduje zmianę kierunku jej rozchodzenia się.

  4. Światło biegnie w szkle i pada na granicę z powietrzem pod kątem większym od granicznego. Co się dzieje?

    1. ACałe światło się odbija, nie ma promienia załamanego
    2. BCałe światło przechodzi do powietrza
    3. CŚwiatło zostaje pochłonięte na granicy
    4. DPromień przechodzi bez zmiany kierunku
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: Całe światło się odbija, nie ma promienia załamanego – Dla kąta padania większego od granicznego zachodzi całkowite wewnętrzne odbicie.

  5. Światło przechodzi z powietrza do szkła. Promień załamany

    1. Azbliża się do normalnej
    2. Boddala się od normalnej
    3. Cbiegnie wzdłuż granicy
    4. Dwraca do powietrza
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: zbliża się do normalnej – W szkle światło jest wolniejsze, więc promień załamany zbliża się do normalnej.

  6. Kiedy może zajść całkowite wewnętrzne odbicie?

    1. APrzy przejściu do ośrodka, w którym światło jest szybsze, i dostatecznie dużym kącie padania
    2. BTylko w próżni
    3. CZawsze, gdy kąt padania jest równy zero
    4. DPrzy przejściu do ośrodka, w którym światło jest wolniejsze
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: Przy przejściu do ośrodka, w którym światło jest szybsze, i dostatecznie dużym kącie padania – Warunkiem jest przejście do ośrodka o mniejszym współczynniku załamania i kąt padania większy od granicznego.

  7. Dlaczego światło nie wydostaje się z włókna światłowodu?

    1. AWłókno jest pokryte lustrem metalowym
    2. BPłaszcz pochłania całe światło
    3. CRdzeń ma większy współczynnik załamania niż płaszcz, więc na granicy zachodzi całkowite odbicie
    4. DŚwiatło biegnie po prostej przez płaszcz
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Rdzeń ma większy współczynnik załamania niż płaszcz, więc na granicy zachodzi całkowite odbicie – Przejście z rdzenia (większe n) do płaszcza (mniejsze n) przy dużym kącie padania daje całkowite wewnętrzne odbicie.

  8. Światło o f = 5 · 10^14 Hz przechodzi z powietrza do szkła. Co się zmieni?

    1. ANic się nie zmieni
    2. BCzęstotliwość zmaleje, długość fali pozostanie ta sama
    3. CObie wielkości zmaleją tyle samo razy
    4. DDługość fali zmaleje, częstotliwość pozostanie ta sama
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: Długość fali zmaleje, częstotliwość pozostanie ta sama – Prędkość w szkle jest mniejsza, a f stała, więc z λ = v/f długość fali maleje.

Cały dział „Fale i optyka”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Rozwiąż quiz · 8 pytańFiszki · 9🔊 Posłuchaj notatki

Więcej: Fizyka, klasa 2

Okres, częstotliwość i amplitudaSiła przywracająca i energia w drganiachWahadło i badanie okresuTłumienie, wymuszenie i rezonansFala i transport energiiDźwięk i efekt DoppleraDyfrakcja, superpozycja i interferencjaŚwiatło, widmo i polaryzacjaZjawiska optyczne w atmosferzeEnergia wewnętrzna, temperatura i rozszerzalnośćCiepło, praca i I zasada termodynamikiCiepło właściwe i kalorymetrPrzemiany fazoweSzczególne właściwości wodyOdległości w kosmosie: au, rok świetlny, GalaktykaWielki Wybuch i rozszerzanie WszechświataPomiar, wykres i niepewnośćModel fizyczny i uzasadnianie w zadaniachŚrodek masy i równowaga bryły sztywnejKinematyka ruchu obrotowego i analogie do ruchu postępowegoMoment bezwładności i II zasada dynamiki ruchu obrotowegoMoment pędu i jego zachowanieToczenie bez poślizguPrawo grawitacji i przyspieszenie na planecieEnergia potencjalna w polu grawitacyjnymOrbity i prędkości kosmiczneNieważkość i przeciążeniePrawa KepleraPrawo Hubble'a i Wielki Wybuch