Utilizarea fibrei optice în lecțiile de fizică
Școala înțelege experiența fizică doar atunci când este bună atunci când o face el însuși. Dar chiar mai bine, el o înțelege, dacă face dispozitivul pentru experiment.
Experiment fizic. Stabilirea ei în lecție permite învățătorului nu numai să examineze în detaliu fenomenele fizice, ci și să atragă atenția studenților asupra celei mai importante trăsături a legilor fizice specifice - limitarea fundamentală a oricăruia dintre ele.
1. Legea propagării luminii rectilinii și a ghidului de lumină
Fenomenul propagării luminii este descris, în special, de legea propagării rectilinii. În manualul de fizică pentru clasa a VIII-a, această lege este tipărită cu caractere aldine: "Lumina într-un mediu transparent omogen se propagă rectiliniu". Se menționează că formarea umbrei este una dintre dovezile experimentate ale acestei legi. Cu toate acestea, umbra poate fi obținută numai dacă un corp diferit de acesta este introdus în mediul omogen, adică, când mediul devine din punct de vedere optic neuniform.
În manualul de instruire pentru clasa a XI-a, studiul propagării luminii rectilinii se realizează folosind principiul Huygens-Fresnel. În manualele profesorilor, puteți găsi recomandări pentru efectuarea de experimente relevante. Cu toate acestea, lumina nu se propagă întotdeauna rectilinar într-un mediu omogen.
Să ne întoarcem, de exemplu, la o fibră optică din sticlă sau din plexiglas. Pentru lumină, acesta este un mediu transparent, omogen, dar lumina se propagă în ghidul de lumină. nu simplă. Mai degrabă, în interiorul miezului *, lumina se propagă într-o manieră rectilinie, dar când atinge granița miez-coajă, ea suferă o reflexie internă completă și schimbă direcția propagării.
Aici este timpul să vorbim despre domeniul aplicabilității anumitor legi fizice. Acestea includ legea propagării rectilinii a luminii, este aplicabilă numai în cazul unui mediu omogen fără limite. Prin urmare, formularea sa trebuie rafinată: lumina se propagă rectiliniu într-un mediu transparent transparent, omogen, transparent. Oarecum mai târziu, elevii află că, dacă mediul este limitat, pot apărea pe interfață fenomene precum reflexia, refracția și absorbția luminii. Aceleași fenomene apar dacă se introduce o neomogenitate într-un mediu optic omogen, în acest caz se produc interferențe, difracție și dispersie luminată.
2. Cum să faceți un ghid de lumină
Aspectul fibrei optice în funcționare și metoda de fixare a sursei de lumină sunt prezentate în Fig. Pe o placă din plexiglas, groasă de 4 mm, se taie două benzi de aproximativ 50 cm lungime și 10 mm lățime. Capetele și suprafețele laterale înguste ale benzilor sunt șlefuite succesiv cu un șmirghel fin și mai fin. Pânză groasă sau o bucată de pâslă ușor umezită cu kerosen și se șlefuiește pasta de lustruire GOI și se tratează mai întâi capetele ambelor benzi și apoi - suprafețele laterale ale uneia dintre ele. Polizarea este necesară până când suprafețele care trebuie tratate sunt complet transparente.
Luând una din benzi până la capete, puneți-le pe soba electrică fierbinte. Mutarea și răsucirea benzii, țineți-o deasupra plăcii până când se înmoaie complet și apoi se îndoaie repede, astfel încât două genunchi îndoiți să iasă. Fixați produsul astfel încât atunci când se răcește, acesta își păstrează forma. A doua bandă este curbată în același mod, utilizând prima ca șablon. În general, forma ghidului de lumină poate fi arbitrară, cea recomandată este pur și simplu mai convenabilă în experimentele de pregătire. Este de dorit ca raza de curbură a coturilor să nu fie mai mică de 15 mm.
Alege tub din PVC, cu un diametru de aproximativ 10 mm și o tensiune de bulb de 3,5 sau 6,5 V. Prin postament bulb de lipire fire flexibile de aproximativ 60 cm. Din decupat piesa tubulară de 40 mm în lungime și introduceți becul astfel încât acesta este complet plecat. Cartușul rezultat cu un bec se află pe unul din capetele ghidajului de lumină. Dispozitivul pentru experimente este gata.
3. Experimente demonstrative
Acestea vor avea cel mai mare efect dacă studenții au ocazia de a efectua simultan experiențele elevilor în locurile lor de muncă.
Experiență 1. Arătați studenților ghidul de lumină și becul. Pe bulb, puneți capacul și conectați-l la un capăt al ghidajului de lumină. Porniți alimentarea și arătați că lumina ieșită numai prin cel de-al doilea capăt al ghidajului de lumină (Figura 1).
Când demonstrează această experiență, elevii clasei a VIII-a observă imediat contradicția dintre ceea ce au văzut și ceea ce a fost menționat în manual. Se creează o situație unică care permite profesorului să vorbească despre limitele aplicabilității legilor fizice în general și în special a legii propagării luminii rectilinii. În același timp, nu ne putem limita la afirmarea faptului că legea propagării rectilinii a luminii este limitată. Este necesar să se indice motivul pentru care lumina se propagă în interiorul fibrei, practic fără pierderi: de fiecare dată când ajunge la suprafață, lumina trece printr-o reflexie internă completă și revine înapoi în fibră.
Experiența 2. Scoateți carcasa cu becul din ghidajul de lumină și înlocuiți ghidajul de lumină cu altul care are fețe înguste. Porniți sursa și studenții vor găsi cu uimire că lumina trece printr-o astfel de fibră (figura 2)!
La început ele sunt complet descurajate: aceste benzi înguste înguste pe laturile ghidului de lumină reprezintă adevăratul motiv pentru care lumina nu trece prin el. Dar o examinare atentă arată că a doua fibră nu diferă de prima, astfel încât acestea să ajungă la concluzia că, de fapt, obtinerea pe fata mat, lumina împrăștiate de acestea, într-o mare măsură, merge dincolo de fibre. La aceste fete nu va primi doar acele raze care sunt strict pe axa fibrei și astfel de raze este mai mic, cu atât mai mult fibra optică și mai mică decât secțiunea sa transversală.
Elevii formulează o ipoteză: dacă fețele mat sunt făcute transparente, atunci ghidul de lumină începe să transmită lumina.
Experiența 3. Folosind o cârpă înmuiată în uleiul de motor, trageți de-a lungul marginilor mată ale ghidajului de lumină și demonstrați că lumina începe să curgă prin ea.
Prin urmare, această ipoteză este corectă: un film subțire de ulei pe suprafața mată împiedică împrăștierea luminii și rezultatul este aproape același ca și cum toate fețele fibrei au fost lustruite.
Experimentul 4. Sub waveguide optic cu suprafețe lustruite pus sticlă cu glicerol (fig. 3), având un indice de refracție apropiat de indicele de refracție al plexiglass (cu cele mai slabe rezultate se pot folosi o soluție saturată de sare). Porniți becul și arătați că lumina trece prin ghidajul luminos. Umpleți partea inferioară curbată a ghidajului de lumină într-un pahar cu lichid și demonstrați că intensitatea fasciculului transmis va scădea brusc.
Explicați rezultatul experimentului prin faptul că lumina din plexiglas trece în glicerină, deoarece aceste două medii diferă puțin optic și, prin urmare, în contact, formează un mediu apropiat de optic omogen. Într-un astfel de mediu, lumina se propagă rectiliniu la limita ei. În cazul în care elevii sunt familiarizați cu fenomenul de reflexie internă totală de lumină, rezultatul experimentului poate fi explicată prin faptul că în interiorul delimitării lumina plexiglass glicerol este incident de la un unghi mai mic decât limita, astfel refractate spre interior Plexiglas glicerol.
Faptul că lumina pătrunde în glicerină, pe care elevii o găsesc plasând un pahar de hârtie albă sub pahar.
Experiența 5. Demonstrați ghidajul luminos și apoi atașați o bucată de bandă electrică întunecată la genunchiul superior (Figura 4). Lumina se oprește prin ghidajul de lumină! Înlăturați banda electrică - apare lumină, reaplică - dispare.
Experimentul se explică prin faptul că compoziția adezivă a benzii izolatoare are un indice de refracție apropiat de indicele de refracție al plexiglasului. Prin urmare, lumina de la îndoire iese din plexiglas și este absorbită de stratul colorat de bandă electrică.
Referințe
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: