Принцип Гюйгенса. Законы отражения и преломления света

Цель урока:

1. На примере законов отражения и преломления света учащиеся знакомятся с общими законами отражения и преломления любых волн.

2. Для обоснования этих законов используется принцип Гюйгенса, описывающий поведение волн.

Ход урока:

• Для того, чтобы углубить, имеющиеся знания по волновой оптике, хочу немного рассказать вам о физиках, которые внесли весомый вклад в этот раздел физики.

На экране компьютера по мере рассказа появляются изображения ученых:

Максвелл Джеймс Клерк

Томас Онг

Френель Огюстен Жан

Исаак Ньютон

Христиан Гюйгенс

• Итак, в 17 веке возникли две теории о природе света. Одна из этих теорий связана с именем Ньютона, а другая с именем Гюйгенса. Ньютон придерживался так называемой корпускулярной теории света, согласно которой свет - это поток частиц, идущих от источника во все стороны. По Гюйгенсу свет-это волны. Обе теории длительное время существовали параллельно. Лишь авторитет Ньютона заставлял большинство ученых отдавать предпочтение корпускулярной теории. Такое неопределенное положение относительно природы света длилось до начала 19 века, когда было впервые изучено явление огибания светом препятствий (дифракция) и явление усиления или ослабления света при наложении световых пучков друг на друга (интерференция). Эти явления можно было объяснить только с помощью волновой теории света.

• Гюйгенс сформулировал чрезвычайно полезный принцип, который предсказать, как ведет себя световая волна в конкретной ситуации. Принцип Гюйгенса относится к волновым явлениям любой природы.

На экране появляется изображение волнового фронта

• Введем новые понятия:

волновой фронт-поверхность, все точки, которой колеблются в одинаковых фазах.

луч- линия, в каждой точке перпендикулярная волновому фронту и указывающая на направление распространения волны.

• Принцип Гюйгенса: каждая точка волнового фронта может рассматриваться как источник вторичных сферических волн, распространяющихся со скоростью света в данной среде.

• Исходя из этого принципа, легко доказать, что свет распространяется прямолинейно.

• Для механических волн принцип Гюйгенса имеет наглядное истолкование: частицы среды, до которых доходят колебания, колеблясь, сами приводят в движение соседние частицы, с которыми они взаимодействуют.

Отражение света

С помощью принципа Гюйгенса можно рассматривать закон отражения, известный вам из курса физики 8 класса.

На экране компьютера появляется изображение отражения плоской волны.

Учитель ведет рассказ:

1. АО и ВО - лучи падающей волны

2. Они перпендикулярны волновому фронту ОС

3. - угол между падающим лучом АО и перпендикуляром (нормалью), восстановленным в точке падения.

4. По принципу Гюйгенса появляются вторичные волны, центры которых лежат на границе раздела двух сред.

5. Проведя к ним огибающую получим ОД - волновой фронт отраженной волны

6. Отраженные лучи ОА и ОВ ОД

7. Из элементарных геометрических соображение следует, что:

Падающий луч, отраженный луч и нормаль к поверхности в точке падения лежат в одной плоскости. Угол падения равен углу отражения.

Преломление света

Аналогично, с помощью картинки на экране компьютера выводим закон преломления с помощью принципа Гюйгенса:

1. Преломление света при переходе из одной среды в другую вызвано различными скоростями распространения света в той и другой среде.

2. АО - луч падающий

3. АО - луч преломленный

4. ОС - волновой фронт падающей волны

5. ОС АО

6. ДО - волновой фронт преломленной волны.

7. ОД и ОС - радиусы сферических волн

8. ОД =

9. СО =

10. СОО и ОДО - прямоугольные, т.к. = СОО (стороны одного угла перпендикулярны сторонам другого), = ООД (аналогично)

Закон преломления:

1. Падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, выставленный в точке падения, лежат в одной плоскости.

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления, есть величина постоянная для двух сред.

Среду с меньшим показателем преломления называют оптически менее плотной средой.

Вопрос: как вы понимаете понятие "плотная среда"? Вспомните смысл плотности.

Рассматривается таблица абсолютных показателей плотностей.

Полное внутреннее отражение

Закон преломления света позволяет объяснить интересное явление - полное отражение света.

На экране компьютера возникает изображение полного внутреннего отражения. И рассматриваются случаи, когда:

Изображение, полученное на экране компьютера, рекомендую зарисовать в тетрадь.

В заключительной части урока учащиеся рассказывают об изученных явлениях в природе.

Вопросы для организации беседы:

• Какие ученые внесли весомый вклад в развитие волновой оптики?

• Сформулируйте понятие волнового фронта, луча.

• Как вы понимаете принцип Гюйгенса?

• Закон отражения света.

• Закон преломления света.

• Закон полного внутреннего отражения.

Муниципальное общеобразовательное учреждение лицей № 40

Урок

« Принцип Гюйгенса. Законы преломления и отражения света, Полное внутреннее отражение света »

с применением компьютерного диска

«Физика-репетитор»

Разработала Кораблева

Елена Викторовна,

учитель физики

Петрозаводск

2001 год