Temat

Zjawisko załamania światła na granicy ośrodków

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

IX. Optyka. Uczeń:

6) opisuje jakościowo zjawisko załamania światła na granicy dwóch ośrodków różniących się prędkością rozchodzenia się światła; wskazuje kierunek załamania.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Opisuje zjawisko załamania światła na granicy dwóch ośrodków.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Wyjaśnia zjawisko całkowitego odbicia wewnętrznego.

2. Rekonstruuje bieg promienia świetlnego przez płytkę równoległościenną.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- wyjaśnia zjawisko załamania światła na granicy dwóch ośrodków różniących się prędkością rozchodzenia się światła,

- rekonstruuje bieg promienia świetlnego przechodzącego przez ośrodki różniące się gęstością optyczną.

Metody kształcenia

1. Dyskusja.

2. Analiza tekstu.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca grupowa.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Przypomnij prawo załamania światła.

Co oznacza, że jeden ośrodek jest gęstszy optycznie od drugiego ośrodka?

Realizacja lekcji

Zjawisku załamania światła towarzyszy zawsze zjawisko odbicia światła.

Część promienia świetlnego ulega załamaniu, a część odbiciu od powierzchni rozdzielającej dwa ośrodki. Dlatego np. stojąc na brzegu jeziora widzimy swoje odbicie lub połyskujące fale, a nurkując możemy obserwować, co dzieje się pod jego powierzchnią.

Dla pewnych wartości kąta padania promienie świetlne poruszające się w ośrodku gęstszym optycznie nie załamują się, lecz odbijają się w pełni od powierzchni rozgraniczającej dwa ośrodki.

Polecenie 1

Oglądnij pokaz slajdów i zapoznaj się z przykładami całkowitego wewnętrznego odbicia.

[Slideshow 1]

Zjawisko całkowitego odbicia wewnętrznego zachodzi przy przejściu promienia świetlnego z ośrodka gęstszego optycznie do ośrodka rzadszego. Im ośrodek gęstszy optycznie, tym mniejsza jest w nim prędkość światła.

Jeśli będziemy stopniowo zwiększać kąt padania promienia świetlnego w ośrodku gęstszym optycznie, to zauważymy, że dla pewnej wartości kąta, zwanego kątem granicznym, promień załamany zaczyna poruszać się dokładnie po granicy dwóch ośrodków. Jeśli będziemy nadal zwiększać kąt padania, to nie zaobserwujemy już więcej zjawiska załamania promienia świetlnego, jedynie jego całkowite odbicie wewnętrzne.

Polecenie 2

Zapoznaj się z pokazem slajdów i prześledź proces powstawania zjawiska całkowitego odbicia wewnętrznego.

[Slideshow 2]

Zależność między kątem padania i załamania obrazuje poniższy wykres. Pokazane są na nim krzywe dla różnych ośrodków: powietrze‑szkło, powietrze‑woda, woda‑szkło.

Wartości kątów granicznych są różne dla różnych ośrodków.

[Ilustracja 1]

Polecenie 3

Odczytaj, ile wynosi wartość kąta granicznego dla pokazanych na wykresie ośrodków. Porównaj swój odczyt z umieszczonym poniżej rozwiązaniem.

Odpowiedź:

Kąt graniczny dla:

- powietrze‑szkło: 41°,

- woda‑powietrze: 49°,

- woda‑szkło: 60,5°.

Promienie świetlne na swojej drodze spotykają różne ośrodki i wielokrotnie przekraczają ich granice np. przejście promienia świetlnego przez szybę okienną (powietrze‑szkło‑powietrze), światło oświetlające wnętrze akwarium (powietrze‑szkło‑woda).

Prostym elementem pozwalającym prześledzić zachowanie promienia świetlnego, jest płytka równoległościenna. Stanowi ona dla światła jednorodny optycznie ośrodek. Najczęściej zbudowana jest ze szkła lub pleksi. Ważne jest, by taka płytka miała przynajmniej dwa płaskie boki równoległe względem siebie.

Polecenie 4

Wykonaj w zeszycie rysunek według poniższego wzoru. Używając kątomierza i linijki narysuj dokładnie przebieg promienia świetlnego przechodzącego przez płytki. Odczytaj potrzebne kąty z wykresu znajdującego się powyżej.

Pod jakim kątem skierowany jest promień wychodzący z płytki? Jaki wniosek możesz sformułować?

[Ilustracja 2]

Odpowiedź:

Promień wychodzący z płytki biegnie równolegle do swojego poprzedniego toru. Jego kąt załamania po wyjściu z wody/szkła wynosi 55°.

Podsumowanie lekcji

Promień przechodzący z ośrodka optycznie gęstszego do rzadszego może ulec całkowitemu wewnętrznemu odbiciu.

Promień przechodzący przez płytkę równoległościenną zachowuje swój pierwotny kierunek.