Урок «Решение задач на закон преломления света» (11-й класс)

Разделы: Физика

Цели изучения темы: Закрепление знаний о законах отражения и преломления света, понимания явления полного внутреннего отражения, отработка умений решать стандартные физические задачи по данной теме.

1) Развитие умений решать задачи на законы преломления и отражения света.

2) Отработка элементов математики в физике применение вычислительных навыков при записи чисел в стандартном виде и действий с ними, использование знаний соотношений в прямоугольном треугольнике, повторение тригонометрических функций).

3) Развитие общешкольных умений: развитие устной монологической и диалогической научной речи.

Развивающие:

  • Развитие коммуникативных умений.
  • Дальнейшее развитие навыков самоконтроля и самооценки своего труда.
  • Развитие умений работать мобильно в команде.
  • Воспитательные:

  • Воспитание ответственности за результат своего труда.
  • Дальнейшее развитие навыков работы в команде на основе сотрудничества.
  • Воспитание чувства взаимопомощи.
  • Задачи первой группы

    1. Луч света, падающий нормально на поверхность воды, достигает дна за 2*10 -7 с. Показатель преломления воды 1,5. Определить глубину водоема. (0 м)

    2. Угол падения луча света на границу раздела воздух-стекло равен 60 0 . При этом угол между отраженным и преломленным лучами равен 90 0 . Определить показатель преломления стекла. (1,73)

    3. Определите толщину плоскопараллельной пластины с показателем преломления 1,6, если луч света, пройдя эту пластину, смещается на 1,4 см. Угол падения луча на пластину равен 30 0 . (6,5 см)

    4. Монета лежит в воде на глубине 2 м. На какой глубине мы увидим монету, если будем смотреть на нее сверху по вертикали? Показатель преломления воды равен 4/3. Для малых углов значения тангесов и синусов считать равными. (1,5 м)

    Задачи второй группы

    1. Скорость распространения света в некоторой жидкости 2,4*10 5 км/с. На поверхности этой жидкости из воздуха падает световой луч под углом 30 0 . Определите угол преломления луча. Считать показатель преломления воздуха равным единице. (24 градуса)

    2. Луч света направлен из воды в воздух под углом 60 0 . Определить угол преломления луча, если показатель преломления воды равен 1,33. (Угол отражения 60 градусов; на явления полного внутреннего отражения)

    3. Луч света падает на стеклянную пластину с показателем преломления 1,73 под углом 60 0 . Вышедший из пластины луч оказывается смещенным относительно падающего луча на 2 см. Какова в сантиметрах толщина пластины? (3,46 см)

    4. В дно водоема глубиной 2 м вбита свая, на 1м выступающая из воды. Найти длину тени от сваи на поверхности воды и на дне водоема при угле падения лучей 60 0 . Показатели преломления воды и воздуха соответственно 4/3 и 1. (1,72 ; 3,44 м)

    Задачи третьей группы

    1. Какой путь проходит световой луч в воде с показателем 4/3 за 0,1 мкс? (22,5 м)

    2. Луч падает на прямую треугольную призму АВС, изготовленную из алмаза, перпендикулярно грани АВ. Произойдет ли преломление луча на грани АС или он испытает полное внутреннее отражение, если угол ВАС = 25 0 , а показатель преломления алмаза 2,4? (Преломление луча не произойдет, он отразится)

    3. Угол падения луча света из воздуха на плоскопараллельную пластинку с показателем преломления 1,73 и толщиной 9 мм равен 60 0 . Найти в наносекундах время прохождения светом пластинки. (0,06 нс)

    4. На дне ручья лежит камень. Человек хочет толкнуть его палкой. Прицелясь , человек держит палку под углом 45 0 к поверхности воды. На каком расстоянии от камня воткнется палка в дно ручья, если глубина ручья 40 см. Показатели воды и воздуха соответственно 4/3 и 1. (15,2 см)

    Задачи четвертой группы

    1. Углы отражения и преломления света, падающего из воздуха на стеклянную пластинку, равны 60 и 30 0 соответственно. Определить скорость в пластинке в километрах за секунду. (173000 км/с)

    2. Найдите предельный угол падения луча на границе раздела стекла и воды. Начертите ход лучей. Показатели преломления стекла и воды соответственно равны 1,5 и 1,33. (62 градуса)

    3. Луч света падает на плоскопараллельную стеклянную пластину под углом а, синус которого равен 0,8. Вышедший из пластинки луч оказался смещенным относительно продолжения падающего пучка на расстояние 2 см. Какова толщина пластинки, если показатель преломления стекла 1,7? (4 см)

    4. На дне бассейна глубиной 1,8 м находится точечный источник света. На поверхности воды плавает круглый непрозрачный диск так, что его центр расположен над источником. При каком минимальном радиусе диска лучи от источника не будут выходить из воды? Квадрат показателя преломления воды считать 1,81. (2 м)

    Закон преломления света

    Преломление света — явление, при котором луч света, переходя из одной среды в другую, изменяет направление на границе этих сред.

    Преломление света происходит по следующему закону:
    Падающий и преломленный лучи и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред:
    ,
    где αугол падения,
    βугол преломления,
    nпостоянная величина, не зависящая от угла падения.

    При изменении угла падения изменяется и угол преломления. Чем больше угол падения, тем больше угол преломления.
    Если свет идет из среды оптически менее плотной в более плотную среду, то угол преломления всегда меньше угла падения: β

    Урок по физике 11 класс «Преломление света.Закон преломления.»

    Успейте воспользоваться скидками до 60% на курсы «Инфоурок»

    Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

    «Макаричская средняя общеобразовательная школа»

    Урок физики в 11 классе.

    Закон преломления света»

    — Вывод закона преломления света экспериментальным путем и с помощью принципа Гюйгенса;

    -выяснение физического смысла относительного и абсолютного показателей преломления;

    — применение закона преломления при решении физических задач.

    — комплексное развитие внимания, логического мышления, умения обобщать , делать выводы, добывать самостоятельно информацию;

    — развитие коммуникативных способностей учащихся.

    -повышение интереса к процессу познания;

    -воспитание аккуратности при выполнении чертежей;

    1.Формирование темы урока , его целей и задач.

    2. Экспериментальный вывод закона преломления света (демонстрация).

    3. Вывод закона преломления света с помощью принципа Гюйгенса (модель)

    4. Физически смысл относительного показателя преломления .

    5. Самостоятельная работа в группах.

    6. Итоги работы в группах.

    7. Итог урока. Рефлексия.

    1. Организационный момент.

    Здравствуйте ,ребята!Я прошу вас сосредоточиться и работать в обычном режиме.

    2. Формирование темы урока , его целей и задач.

    Слайд №1. Посмотрите, пожалуйста, на экран. Мы сегодня на уроке будем изучать явление ,которое вы видите на экране и закономерности этого явления.

    Какое физическое явление вы там наблюдаете? (преломление света)

    Итак, тема урока «Преломление света. Закон преломления света.» (Ученики записывают в тетрадях, учитель на доске)

    Давайте вспомним, что мы знаем уже о преломлении

    1. Что такое преломление?

    2. Что такое угол падения?

    3. Угол преломления?

    4. Чем объясняется преломление света?

    Чего не знаем о преломлении?

    1. Формулировка закона

    2. Вывод закона преломления

    3. Кто открыл закон преломления?

    4. Применение закона преломления при решении задач

    Значит вот это мы должны будем узнать на сегодняшнем уроке и на последующих.

    Пусть девизом нашего сегодняшнего урока будут слова Рене Декарта

    «Я мыслю , следовательно я существую»

    Эти слова не случайно выбраны, дело в том, что Рене Декарт имеет непосредственное отношение к нашемууроку. Закон преломления установлен

    голландским математиком и астрономом Снеллиусом в 1626 ,

    а французский ученый Декарт в 1637

    привел этот закон к более удобной математической форме .

    3.Опыт по преломлению света(демонстрация)

    Закон преломления света был открыт экспериментально.

    И мы сейчас с вами попробуем экспериментально установить закон преломления света,как это сделали когда –то Снеллиус и Декарт.

    Слайд №5 .У вас есть таблички «Закон преломления света». Сейчас вы пронаблюдаете эксперимент и должны будите заполнить 2-й и 3-й столбцы этой таблицы. (α и β)

    Видиофрагмент «Закон преломления света».(Ученики наблюдают и заполняют таблицы)

    (Делается вывод о том , что луч падающий , преломленный и перпендикуляр к границе раздела 2-х сред восстановленный в точке падения лежат в одной плоскости)

    А теперь возьмите в руки калькуляторы и заполните всю таблицу. Sin считайте до 4-х значащих цифр после запятой, а отношение sin α/ sin β округлите до одной значащей цифры (Самостоятельная работа в парах)

    Слайд №7 Проверьте, так ли у вас получилось.

    Закон преломления света

    К какому выводу мы с вами пришли? (Отношение sin угла падения к sin угла преломления есть постоянная величина)

    А теперь сформулируем закон преломления света полностью.

    Слайд №8 Луч падающий, преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

    Отношение синуса угла падения луча к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред.

    4. Вывод закона преломления света с помощью принципа Гюйгенса (модель)

    Выведем закон преломления света с помощью принципа Гюйгенса.

    Вспомним принцип Гюйгенса.

    (Каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн.)

    Что такое волновой фронт? (Это геометрическое место точек до которых дошли возмущения в данный момент времени)

    Что такое волновая поверхность? (Это поверхность равной фазы)

    Что такое плоская волна?(Поверхность равной фазы представляют собой плоскость)

    Что такое луч? (Линия нормальная к волновой поверхности называется лучом)

    Модель. «Вывод закона преломления» (ученики наблюдают, слушают и делают чертежи и записи в тетрадях)

    Итак сформулируем закон преломления света но немного уточнив его.

    (Луч падающий, преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

    Отношение синуса угла падения луча к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная относительному показателю преломления второй среды относительно первой)

    4. Физически смысл относительного показателя преломления .

    Из принципа Гюйгенса не только следует закон преломления света, но с помощью этого принципа раскрывается физический смысл относительного показателя преломления.

    Что показывает относительный показатель преломления второй среды относительно первой? (Во сколько раз скорость света в одной среде больше ,чем во второй. Во сколько раз отличаются скорости света в средах)

    Пусть свет переходит из 1-й среды во вторую. В каждой среде своя скорость света .

    Каждая среда характеризуется абсолютным показателем преломления.

    Что показывают абсолютные показатели преломления сред? ( Во сколько раз скорость света в вакууме больше чем в среде)

    Подставляем

    Как вы думаете какая среда называется оптически более плотной и какая оптически менее плотной?(Больше показатель преломления, более плотная среда, меньше –менее плотная среда.)

    Рассмотрим случаи, когда n1 > n 2, n1 * (Рымкевич)

    Преломление света. Закон преломления света

    Решебник к сборнику задач по физике для 7- 9 классов, Перышкин А.В.

    1317. Возможно ли, чтобы луч проходил через границу раздела двух различных сред, не преломляясь? Если да, то при каком условии?
    Да. При условии вертикального падения на границу раздела двух различных сред.

    1318. Какова скорость света:
    а) в воде,
    б) в стекле,
    в) в алмазе?

    1319. Вычислите показатель преломления стекла относительно воды при прохождении луча света из воды в стекло.

    1320. На рисунке 161 изображен луч, который идет наклонно к грани стеклянной пластинки, а затем выходит в воздух. Начертите ход луча в воздухе.

    1321. На рисунке 162 показан луч, который падает из воздуха на грань стеклянной пластинки, проходит ее и выходит в воздух. Начертите ход луча.

    1322. Луч из воздуха идет в среду А (рис. 163). Найдите показатель преломления среды А.

    1323. Оптическая плотность воздуха увеличивается с приближением к поверхности Земли. Как это повлияет на ход луча, входящего в атмосферу:
    а) вертикально,
    б) наклонно?
    А) для луча входящего в атмосферу вертикально будет уменьшаться скорость
    Б) для луча входящего в атмосферу наклонно будет уменьшаться скорость и искривляться траектория.

    1324. Когда вы смотрите через толстое стекло, предметы кажутся вам смещенными. Почему?
    Потому что проходя через стекло лучи света преломляются. Тем самым меняя свое направление.

    1325. Почему планеты на небе светятся ровным светом, а звезды мерцают?

    1326. Луна имеет форму шара, но нам с Земли ее поверхность кажется плоской, а не выпуклой. Почему?

    1327. Когда мы смотрим сквозь воду вниз, на дно водоема, она кажется ближе, чем есть на самом деле. Почему?

    1328*. Прочтите предыдущую задачу. Определите, во сколько раз действительная глубина больше кажущейся.

    1329*. Камень лежит на дне реки на глубине 2 м (рис. 164). Если смотреть на него сверху, то на какой глубине он нам будет казаться?

    1330. Прямой стержень опущен в воду (рис. 165). Наблюдатель смотрит сверху. Каким ему представится конец стержня?

    Стержень под водой будет казаться ближе, чем он есть на самом деле. Из-за преломления лучей на границе вода-воздух.

    1331. В воде находится полая стеклянная призма, заполненная воздухом. Начертите ход луча, падающего на одну из преломляющих граней такой призмы. Можно ли сказать, что такая призма дважды отклоняет к основанию проходящий через нее луч света?

    1332. Показатель преломления воды 1,33, скипидара 1,51. Найдите показатель преломления скипидара относительно воды.

    1333. Определите, во сколько раз кажущаяся глубина озера меньше действительной, если смотреть вертикально вниз с лодки.

    1334. Определите скорость света в алмазе, показатель преломления которого 2,4.

    1335. Начертите ход луча при переходе его из стекла в воздух, если угол падения составляет 45°, а показатель преломления стекла 1,72.

    1336. Найдите предельный угол полного внутреннего отражения для каменной соли (n=1.54).

    1337. Определите смещения луча при прохождении через плоскопараллельную стеклянную пластинку толщиной d=3 см, если луч падает под углом 60°. Показатель преломления стекла n=1,51.

    1338. Найдите положение изображения объекта, расположенного на расстоянии 4 см от передней поверхности плоскопараллельной пластинки толщиной 1 см, посеребренной с задней стороны, считая, что показатель преломления вещества пластинки равен 1,51.

    1339. Толстая стеклянная пластинка плашмя целиком погружена в воду. Начертите ход луча, идущего из воздуха через воду и пластинку. (Стекло – среда оптически более плотная, чем вода).

    1340. Иногда предметы, наблюдаемые нами через окно, кажутся искривленными. Почему?
    Потому что стекло не идеально ровное и гладкое. Это из-за неодонородного распределения оптической плоскости стекла.

    1341. На рисунке 166 показан точечный источник света S, расположенный перед трехгранной призмой. Если смотреть на S через призму, то в каком месте нам будет казаться эта точка? Начертите ход лучей.

    1342. Световой луч идет перпендикулярно одной из граней стеклянной прямоугольной трехгранной призмы (рис. 167). Начертите ход луча через призму.

    1343*. Пустая стеклянная пробирка опущена в стакан с водой. Свет падает так, как показывает стрелка на рисунке 168. В этом случае пробирка, если смотреть на нее сверху, кажется зеркальной. Почему?

    Из-за полного отражения она кажется блестящей как зеркало. При переходе зеркала из воздуха в пробирке в воду он полностью отражается.

    1344. Луч света падает из воздуха в стекло так, что при угле падения, равном 45°, угол преломления равен 28°. Определите показатель преломления стекла.

    1345. Каков угол преломления луча света при переходе из воздуха в воду, если угол его падения равен 50°?

    1346. Луч света падает на поверхность воды из воздуха. Угол преломления луча в воде равен 30°. Каков угол падения?

    1347. Определите угол преломления луча света, который переходит из воды в воздух, падая под углом 45°.

    1348*. При падении луча света на кварцевую пластинку (показатель преломления 1,54) угол между отраженным и преломленным лучами равен 90°. Определите угол падения луча.

    Тест по физике Преломление света 8 класс

    Тест по физике Преломление света, Закон преломления света для учащихся 8 класса с ответами. Тест включает в себя 13 заданий с выбором ответа.

    1. Оптически более плотная среда — это среда, в которой

    1) скорость распространения света больше
    2) скорость распространения света меньше
    3) плотность ее вещества больше
    4) плотность ее вещества меньше

    2. Преломлением света называют явление

    1) его перехода через границу раздела двух сред
    2) распространения света сначала в одном, а потом в другом веществе
    3) изменения направления светового луча на границе раздела сред, имеющих разные оптические плотности

    3. Угол преломления — это угол между

    1) преломленным лучом и границей раздела сред
    2) преломленным лучом и перпендикуляром к границе раздела сред в точке падения на нее светового луча
    3) преломленным лучом и продолжением падающего луча

    4. Если свет переходит из среды менее оптически плотной в оптически более плотную среду, то угол преломления светового луча всегда

    1) равен углу падения (α = γ)
    2) меньше угла падения (α > γ)
    3) больше угла падения (α γ)
    3) больше угла падения (α

    Задачи закон преломления света

    «Физика — 11 класс»

    Напомним, в чем состоит явление преломления света.
    Выведем затем закон преломления с помощью принципа Гюйгенса.

    Наблюдение преломления света

    На границе двух сред свет меняет направление своего распространения.
    Часть световой энергии возвращается в первую среду, т. е. происходит отражение света.
    Если вторая среда прозрачна, то свет частично может пройти через границу сред, также меняя при этом, как правило, направление распространения.

    Это явление называется преломлением света.

    Вследствие преломления наблюдается кажущееся изменение формы предметов, их расположения и размеров.
    В этом нас могут убедить простые наблюдения.
    Положим на дно пустого непрозрачного стакана монету или другой небольшой предмет.
    Подвинем стакан так, чтобы центр монеты, край стакана и глаз находились на одной прямой.
    Не меняя положения головы, будем наливать в стакан воду.
    По мере повышения уровня воды дно стакана с монетой как бы приподнимается.
    Монета, которая ранее была видна лишь частично, теперь будет видна полностью.
    Установим наклонно карандаш в сосуде с водой.
    Если посмотреть на сосуд сбоку, то можно заметить, что часть карандаша, находящаяся в воде, кажется сдвинутой в сторону.

    Эти явления объясняются изменением направления лучей на границе двух сред — преломлением света.

    Закон преломления света определяет взаимное расположение падающего луча АВ, преломленного луча DB и перпендикуляра СЕ к поверхности раздела сред, восставленного в точке падения.
    Угол α называется углом падения, а угол β — углом преломления.

    Падающий, отраженный и преломленный лучи нетрудно наблюдать, сделав узкий световой пучок видимым.
    Ход такого пучка в воздухе можно проследить, если пустить в воздух немного дыма или же поставить экран под небольшим углом к лучу.

    Преломленный пучок виден также в подкрашенной флюоресцином воде аквариума.

    Вывод закона преломления света

    Закон преломления света был установлен опытным путем в XVII в.
    Мы его выведем с помощью принципа Гюйгенса.

    Преломление света при переходе из одной среды в другую вызвано различием в скоростях распространения света в той и другой среде.
    Обозначим скорость волны в первой среде через υ1, а во второй через υ2.

    Пусть на плоскую границу раздела двух сред (например, из воздуха в воду) падает плоская световая волна.
    Обозначим через АС фронт волны в тот момент, когда волна достигнет точки А.
    Луч В1В достигнет границы раздела двух сред спустя время Δt:

    Когда волна достигнет точки В, вторичная волна во второй среде от источника, находящегося в точке А, уже будет иметь вид полусферы радиусом

    AD = υ2Δt

    Фронт преломленной волны можно получить, проведя поверхность, касательную ко всем фронтам вторичных волн во второй среде, источники которых находятся на границе раздела сред.
    В данном случае это плоскость BD.
    Она является огибающей вторичных волн.

    Угол падения α луча А1А равен углу САВ в треугольнике АВС (углы между двумя взаимно перпендикулярными сторонами).
    Следовательно,

    СВ = υ1Δt = АВ sin α

    Угол преломления β равен углу ABD треугольника ABD.
    Поэтому

    AD = υ2Δt = АВ sin β

    Разделив почленно одно уравнение на другое, получим

    где
    n — постоянная величина, не зависящая от угла падения.

    Сформулируем законы преломления света.

    1) Падающий луч, преломленный луч и нормаль к границе раздела двух сред в точке падения лежат в одной плоскости.

    2) Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для этих двух сред, равная относительному показателю преломления второй среды относительно первой.

    Убедиться в справедливости закона преломления можно экспериментально, измеряя углы падения и преломления и вычисляя отношение их синусов при различных углах падения.
    Это отношение остается неизменным.

    Показатель преломления

    Из принципа Гюйгенса не только следует закон преломления, но с помощью этого принципа раскрывается физический смысл показателя преломления.
    Он равен отношению скоростей света в средах, на границе между которыми происходит преломление:

    Если угол преломления β меньше угла падения α, то согласно уравнению скорость света во второй среде меньше, чем в первой.

    Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления этой среды.
    Он показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в среде, и равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления при переходе светового луча из вакуума в данную среду:

    Пользуясь формулой, можно выразить относительный показатель преломления через абсолютные показатели преломления n1 и n2 первой и второй сред.

    Действительно, так как и где с — скорость света в вакууме, то

    Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее плотной средой.

    Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физических свойств и состояния среды, т. е. от температуры вещества, его плотности, наличия в нем упругих напряжений.
    Показатель преломления зависит также и от длины волны λ света.
    Для красного света он меньше, чем для зеленого, а для зеленого меньше, чем для фиолетового.
    Поэтому в таблицах значений показателей преломления для разных веществ обычно указывается, для какого света приведено данное значение n и в каком состоянии находится среда.
    Если таких указаний нет, то это означает, что зависимостью от приведенных факторов можно пренебречь.

    В большинстве случаев приходится рассматривать переход света через границу воздух — твердое тело или воздух — жидкость, а не через границу вакуум — среда.
    Однако абсолютный показатель преломления n2 твердого или жидкого вещества отличается от показателя преломления того же вещества относительно воздуха незначительно.
    Так, абсолютный показатель преломления воздуха при нормальных условиях для желтого света равен примерно n1 ≈ 1,000292.
    Следовательно,

    Значения показателей преломления для некоторых веществ относительно воздуха приведены ниже в таблице (данные относятся к желтому свету).

    Ход лучей в треугольной призме

    С помощью закона преломления света можно рассчитать ход лучей в различных оптических устройствах, например в треугольной призме, изготовленной из стекла или другого прозрачного материала.

    На рисунке изображено сечение стеклянной призмы плоскостью, перпендикулярной ее боковым ребрам.
    Луч в призме отклоняется к основанию, преломляясь на гранях ОА и ОВ.
    Угол φ между этими гранями называют преломляющим углом призмы.
    Угол θ отклонения луча зависит от преломляющего угла φ призмы, показателя преломления n материала призмы и угла падения α.
    Он может быть вычислен с помощью закона преломления.

    Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

    Световые волны. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика