Optyka geometryczna — odbicie i załamanie światła
Prawo Snella, CWO, dyspersja i tęcza
Po tej lekcji będziesz umieć
Konstruować promień padający, odbity i załamany
kąty od normalnej
Stosować prawo odbicia i prawo Snella
α = α', n1sinα = n2sinβ
Obliczać współczynnik załamania i prędkość w ośrodku
n = c/v
Rozpoznawać warunki całkowitego wewnętrznego odbicia
n1 > n2, α >
Obliczać kąt krytyczny
sin = n2/n1
Wyjaśniać dyspersję i powstawanie tęczy
n zależy od λ
Po co Ci to na maturze?
W zadaniach CKE często trzeba narysować normalną, poprawnie odczytać kąty, zastosować prawo Snella albo sprawdzić, czy zachodzi całkowite wewnętrzne odbicie.
Najważniejsza idea
Najważniejsza idea: Pojawiają się również zadania o światłowodach, współczynniku załamania, prędkości światła w ośrodku, dyspersji i rozszczepieniu światła.
Intuicja zjawiska
Odbicie zmienia kierunek promienia bez zmiany ośrodka. Załamanie pojawia się wtedy, gdy światło przechodzi do ośrodka, w którym porusza się z inną prędkością.
Zwalnianie → do normalnej
Gdy światło wchodzi do ośrodka gęstszego optycznie i zwalnia, promień załamuje się w stronę normalnej.
Przyspieszanie → od normalnej
Gdy przechodzi do ośrodka rzadszego i przyspiesza, promień odchyla się od normalnej.
CWO
Przy przejściu z gęstszego do rzadszego i dużym kącie padania promień w ogóle nie opuszcza ośrodka.
Dyspersja
Współczynnik załamania zależy od długości fali, więc barwy załamują się pod różnymi kątami.
Wielkości i jednostki
Kąt padania α :: [rad lub °] :: między promieniem a normalną Kąt załamania β :: [rad lub °] :: promienia załamanego względem normalnej Kąt krytyczny \alpha \text{kr} :: [rad lub °] :: najmniejszy kąt padania dający CWO Współczynnik załamania n :: [—] :: n =…
Modele i zasady
:rule Kąty i prawo odbicia Kąty optyczne mierzymy względem normalnej (prostopadłej do granicy). Prawo odbicia: kąt padania równy kątowi odbicia (α = α') — obowiązuje na każdej granicy odbijającej.
Mapa optyki geometrycznej
Słownictwo
Teoria: wzory i interpretacje
Prawo odbicia: \alpha = \alpha' Prawo Snella: n 1\sin\alpha = n 2\sin\beta Współczynnik załamania: n = \frac{c}{v} Kąt krytyczny (dla n₁ n₂): \sin\alpha {kr} = \frac{n 2}{n 1} Długość fali w ośrodku: \lambda = \frac{v}{f} Przy przejściu do ośrodka o większy…
Solver optyki geometrycznej
:solver-opt-geo
Doświadczenie: wyznaczenie współczynnika załamania
Cel: wyznaczyć współczynnik załamania przezroczystego bloku. Przyrządy: laser niskiej mocy, półokrągły blok szklany lub akrylowy, kartka, kątomierz, linijka.
Przykład
Przykład rozwiązany
Promień przechodzi ze szkła (n₁ = 1,5) do powietrza (n₂ = 1) pod kątem α = 30°. Oblicz β i sprawdź, czy zajdzie CWO.
Mini-praktyka CKE — przeanalizuj sam
-praktyka Promień pada z powietrza (n₁ = 1) do wody (n₂ = 1,33) pod α = 40°. Oblicz β.
Częste błędy
Kąty do granicy, nie normalnej :: Kąty ZAWSZE mierzymy od normalnej (prostopadłej do granicy). Podanie kąta do granicy daje błąd o 90°.
Powtórka w 30 sekund
kąty od normalnej :: nie od granicy α = α' :: prawo odbicia n₁sinα = n₂sinβ :: prawo Snella n = c/v ≥ 1 :: zwalnianie w ośrodku do większego n → do normalnej :: do mniejszego → od normalnej CWO: n₁ n₂, α \alpha \text{kr} :: sinα kr = n₂/n₁ :key Na granicy c…
Kluczowe pojęcia
Normalna :: prosta prostopadła do granicy ośrodków; względem niej mierzymy wszystkie kąty Prawo odbicia :: kąt padania równy kątowi odbicia (α = α'); f i λ niezmienne Prawo Snella :: n₁sinα = n₂sinβ; opisuje zmianę kierunku na granicy; częstotliwość stała W…
Sprawdź się i przećwicz
sub :: Optyka geometryczna to konstrukcje promieni i prawo Snella — sprawdź, czy pewnie liczysz kąty i rozpoznajesz CWO. sprawdzian :: Prawo odbicia, prawo Snella, CWO i dyspersja :: 15 min zbior :: Zadania maturalne z rozwiązaniami krok po kroku — przećwi…
Wzory w tablicach
Powiązane wzory maturalne
Powtórka do matury
Ten temat na maturze
Źródła, format CKE i materiały ZPE
men :: Fizyka ZR, dział: Optyka. Zakres: odbicie, załamanie i prawo Snella, współczynnik załamania, całkowite wewnętrzne odbicie, dyspersja.
W tej lekcji
DOŚWIADCZENIE