Демонстрация диффузного и зеркального отражения света
Введение.
Данная работа представляет собой теоретическую, практическую и методическую части.
Теоретическая часть содержит основные понятия данной темы, а именно отражение света и его виды: зеркальное и диффузное. Практическая часть представлена экспериментом, с помощью которого появляется возможность изучения явления на более высоком уровне, представляющем интерес для 11 классов и даже для факультатива. Кроме качественной оценки явления рассмотрена и количественная, что необходимо для углубленного изучения.
Задачами данной работы являются:
изучение явлений зеркального и диффузного отражения света;
представление карточки для эксперимента;
обоснование методики;
проведение демонстрационного эксперимента.
Цель данной работы: изучение зеркального и диффузного отражения света и проведение демонстрационного эксперимента.
Отражение света.
Луч движется прямолинейно до тех пор, пока среда является однородной. При переходе луча из одной среды в другую, на границе раздела луч меняет свое направление. Часть света, а иногда и весь свет (явление полного внутреннего отражения) возвращается в исходную среду.
Таким образом, при падении световых лучей на границе раздела двух сред, размеры которой значительно превышают мою длину волны, происходит явления отражения и преломления света. Углом падения называется угол между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела. Углом отражения называется угол между отраженным лучом и тем же перпендикуляром. Углом преломления называется угол между преломленным лучом и тем же перпендикуляром.
Виды отражения света.
От различных поверхностей световые лучи отражаются по-разному. Существует два вида отражения лучей: зеркальное отражение и диффузное отражение. При попадании световых лучей на идеальную плоскую отражающую поверхность, размеры неровностей которой не превышают длину световой волны наблюдается зеркальное отражение. При этом лучи, входящие в световой пучок, отражаясь остаются взаимно параллельными. Примерами поверхностей, по свойствам приближающимся к зеркальным, могут служить поверхность капли ртути, поверхность гладкого стекла, хорошо отполированная металлическая поверхность, или обыкновенное зеркало.
При попадании световых лучей на неровную, шероховатую отражающую поверхность (размеры неровностей превышают длину световой волны) наблюдается диффузное отражение. В этом случае отраженные лучи направлены хаотично относительно друг друга. Именно благодаря явлению диффузного (рассеянного) отражения мы можем различать предметы, которые сами не способны испускать свет. Предмет будет абсолютно невидимым, если рассеивание световых лучей равно нулю. На данный момент, даже идеально отполированные зеркала рассеивают незначительную часть световых лучей.
Эксперимент№1.
Карточка к эксперименту.
Цель эксперимента: продемонстрировать зеркальное и диффузное отражение, а так же переход рассеянного отражения в зеркальное за счет растяжения резиновой пленки.
Оборудование: полупроводниковый лазер от указки, пластмассовая баночка диаметром несколько сантиметров, плоский белый экран в форме полукруга с делениями через 100, тонкая резиновая пленка от детского надувного шарика и плоское зеркало.
Ход эксперимента:
Собираем установку (см. рис.1).
Рис. 1
1 – пластмассовая баночка; 2 – резиновая пленка; 3 – полудиск; 4 – лазерная указка.
Налаживаем установку. Для этого на поверхность баночки положим плоское зеркало. Развернем баночку с зеркалом так, чтобы отраженный пучок света попадал на белый полудиск, оставляя на нем след. За тем зеркало убирают.
Начинаем демонстрацию: кусок резины надувного шарика слегка натягивают, перекрывая отверстие баночки. При этом учащиеся наблюдают, что экран слабо и почти равномерно освещен рассеянным резиновой пленкой светом (см. рис. 2(а)).
Рис. 2
Резину растягивают дальше. Учащиеся видят, что пучок сжимается и, наконец, на экране появляется пучок отраженного света (см. рис. 2 (б)).
На баночку кладут плоское зеркало и убеждаются, что при зеркальном отражении на экране наблюдается та же самая картина.
Вывод: при уменьшении шероховатости резиновой пленки, вызванным ее растяжением, рассеянное или диффузное отражение переходит в зеркальное.
Эксперимент№2
Карточка к эксперименту.
Оборудование тоже.
Цель эксперимента: продемонстрировать переход диффузного отражения в зеркальное за счет увеличения угла падения пучка света.
Ход опыта:
Установка та же самая. Узкий пучок лазерного излучения направляют под углом 450 на слегка натянутую резиновую пленку. Учащиеся наблюдают диффузное отражение света, при котором индикатриса рассеяния напоминает полуокружность (см. рис. 3 (а)).
Рис. 3
Резину растягивают дальше. Учащиеся видят, что индикатриса рассеяния вытягивается, и формируется отраженный пучок (см. рис. 3 (б)).
Увеличивают угол падения света на пленку, поворачивая соответствующим образом лазерную указку. Учащиеся наблюдают, что диффузное отражение переходит в зеркальное.
Вывод: шероховатая поверхность отражает свет подобно зеркальной, если угол падения света достаточно велик.
Фрагмент урока. Тип урока: УИНФМ
Вид урока: урок-семинар
Цели:
Образовательные:
Развивающие:
способствовать развитию умения анализировать, выдвигать гипотезы, предположения, строить прогнозы, наблюдать и экспериментировать;
способствовать развитию логического мышления;
развитие умения выражать речью результаты собственной мыслительной деятельности.
Воспитательные:
способствовать формированию научного мировоззрения;
способствовать воспитанию культуры мышления и речи;
пробуждение познавательного интереса к предмету и окружающим явлениям;
формирование умений критически, но объективно оценивать предметы, явления.
Изучение нового материала.
| Учитель | Ученики |
| Какие же особенности имеет изображение предмета в плоском зеркале? | Изображение предмета в плоском зеркале имеет следующие особенности: это изображение мнимое, прямое, равное по размерам предмету, находится оно на таком же расстоянии за зеркалом, на каком предмет расположен перед зеркалом. |
| Отлично, таким образом, в плоском зеркале мы видим изображение, мало отличающееся от самого предмета. Это объясняется тем, что поверхность зеркала плоская и гладкая, и тем, что зеркало отражает большую часть падающего на него света. Но, например, снег и белая бумага тоже отражают значительную часть света. Однако они не дают изображение предмета, и, глядя на эти тела, мы видим не свечу (или лампу), освещающую их, а белую поверхность. Как вы думаете почему? Чем белая бумага и снег отличаются от плоского зеркала? |
Белая бумага и снег не обладают главным свойством плоского зеркала – гладкой поверхностью.
|
| Зеркальная поверхность отражает падающий на нее пучок света направленно. Если на зеркало падает пучок параллельных лучей, то как они отразятся? | Лучи отражаются также параллельным пучком. |
| Всякая не зеркальная т. е. шероховатая, негладкая поверхность рассеивает свет: отражает падающий на нее пучок параллельных лучей по всем направлениям. Проведем эксперимент. На столе вы видите установку: на штатив прикреплен белый полудиск. Снизу с помощью лапки прикреплена пластмассовая баночка с ровными краями, на поверхности которой лежит обычная резиновая пленка от воздушного шарика. Так же в лапке штатива закреплена лазерная указка. |
|
Далее учитель демонстрирует опыт.
| Мы видим, что пучок света рассеивается. Как вы думаете, почему? | Пучок света рассеивается, потому что поверхности резиновой пленки неровная. |
| Верно, а если мы растянем резиновую пленку, как вы думаете, что произойдет? | Если резиновую пленку растянуть, то ее поверхность станет более гладкой и свет начнет отражаться. |
Учитель растягивает резиновую пленку.
| Действительно, мы видим, что пучок света полностью отразился. Сделаем вывод о том, что при уменьшении шероховатостей поверхности резиновой пленки, вызванное ее растяжением, рассеянное или диффузное отражение света перейдет в зеркальное. |
|
| Уделим внимание количественной характеристике этого явления. Ответим на вопрос, а при каком же условии будет выполняться зеркальное отражение? Для этого мы проведем некоторые вычисления. Обратимся к рисунку. |
|
Рисунок либо начерчен на доске, либо представлен на экране.
Рис. 4
| Найдем зависимость зеркального отражения от размера шероховатостей поверхности. Пусть параллельный пучок света падает на плоскую зеркальную поверхность под углом падения i(рис ? а). выберем в падающем пучке два луча 1 и 2. после отражения они превратятся в лучи 1' и 2' соответственно, а плоская волновая поверхность падающего пучка АВ превратится в А'В' так, что разность хода между волнами, идущими в направлении лучей 1' и 2' равна нулю. Поэтому в направлении отраженного пучка все волны дадут максимум интенсивности света. Теперь представим себе, что плоская зеркальная поверхность превратилась в шероховатую(рис? б). Не ограничивая общности рассуждений, можно считать, что лучи 1 и 2 идут по-прежнему, причем луч 1 отражается от впадины, а луч 2 – от горба шероховатости поверхности, который находится в точке В. Теперь уже между отраженными лучами 1' и 2' имеется разность хода δ, которая, как нетрудно видеть, равна  . Так как  , то  . Как только высота шероховатости станет настолько большой, что разность хода достигнет половины длины волны света λ/2, в направлении отраженного пучка будет минимум интенсивности. Значит, свет в этом направлении распространяться не будет и по закону сохранения энергии рассеется в сторону. Итак, зеркальное отражение будет наблюдаться при условии  |
|
| Это нам нужно проверить на опыте. |
|
Учитель демонстрирует еще один опыт на той же установке.
| Экспериментальная установка остается прежней. Узкий пучок лазерного излучения направляем под углом около 45° на слегка натянутую резиновую пленку. Что мы наблюдаем? | Мы наблюдаем диффузное отражение света. |
| Что произойдет, если я растяну резиновую пленку?
Верно, поэтому я не буду растягивать пленку, а увеличу угол падения на нее света. | Сформируется отраженный пучок и диффузное отражение света перейдет в зеркальное. |
(учитель поворачивает лазерную указку соответствующим образом)
| Что же сейчас происходит? | Диффузное отражение переходит в зеркальное. |
| Итак, на основе двух проделанных опытов, какой можно сделать вывод? | Шероховатая поверхность отражает свет подобно зеркальной, если величина шероховатостей достаточно мала или угол падения света на поверхность достаточно велик. |
Заключение.
Проанализировав литературу можно сделать следующие выводы:
Зеркально отражение возникает при попадании световых лучей на идеальную плоскую отражающую поверхность, размеры неровностей которой не превышают длину световой волны.
Диффузное отражение возникает при попадании световых лучей на неровную, шероховатую отражающую поверхность (размеры неровностей превышают длину световой волны).
В данной курсовой работе представлены карточки к экспериментам с подробным описанием хода работы, а так же методической части.
Разработан фрагмент урока – изучение нового материала, где мною были предложены речь учителя и ожидаемые ответы учеников на вопросы.
Библиографический список.
Лансберг Г. С. Оптика. М., 1976
Майер В. В. Демонстрация зеркального и рассеянного отражения света\\ Учебная физика. 2000, №1
Перышкин А. В., Родина Н. А. Физика: Учеб. Для 8 кл. ср. шк., М. 1993
10
Получите свидетельство
Вход
Материал по физике на тему "Демонстрация диффузного и зеркального отражения света" (2.95 MB)
0
1351
70
Нравится
0
