انعكاس الضوء. قانون انعكاس الضوء

يصعب تخيل بعض قوانين الفيزياء دون استخدام الوسائل البصرية. هذا لا ينطبق على الضوء المعتاد الذي يسقط على أشياء مختلفة. لذلك، عند الحد الفاصل بين الوسطين، يحدث تغير في اتجاه أشعة الضوء إذا كان هذا الحد أعلى بكثير، ويحدث الضوء عندما يعود جزء من طاقته إلى الوسط الأول. إذا اخترقت بعض الأشعة وسطًا آخر، فإنها تنكسر. في الفيزياء، تسمى الطاقة الساقطة على حدود وسطين مختلفين حادثة، والطاقة التي تعود منها إلى الوسط الأول تسمى منعكسة. إن الموقع النسبي لهذه الأشعة هو الذي يحدد قوانين انعكاس وانكسار الضوء.

شروط

تسمى الزاوية بين الشعاع الساقط والخط المتعامد على السطح البيني بين الوسطين، والتي يتم استعادتها إلى نقطة حدوث تدفق الطاقة الضوئية، وهناك مؤشر مهم آخر. هذه هي زاوية الانعكاس ويحدث بين الشعاع المنعكس والخط العمودي المستعاد إلى نقطة سقوطه. لا يمكن للضوء أن ينتشر في خط مستقيم إلا في وسط متجانس. تمتص الوسائط المختلفة الضوء وتعكسه بشكل مختلف. الانعكاس هو الكمية التي تميز انعكاس المادة. يوضح مقدار الطاقة التي يجلبها الإشعاع الضوئي إلى سطح الوسط هي تلك التي ينقلها الإشعاع المنعكس عنه. ويعتمد هذا المعامل على مجموعة متنوعة من العوامل، من أهمها زاوية السقوط وتركيبة الإشعاع. يحدث الانعكاس الكامل للضوء عند سقوطه على أجسام أو مواد ذات سطح عاكس. على سبيل المثال، يحدث هذا عندما تصطدم الأشعة بطبقة رقيقة من الفضة والزئبق السائل المترسب على الزجاج. يحدث الانعكاس الكلي للضوء في كثير من الأحيان في الممارسة العملية.

القوانين

صاغ إقليدس قوانين انعكاس وانكسار الضوء في القرن الثالث. قبل الميلاد ه. تم تأسيسها جميعًا تجريبيًا ويمكن تأكيدها بسهولة من خلال مبدأ Huygens الهندسي البحت. ووفقا له، فإن أي نقطة في الوسط يصل إليها الاضطراب هي مصدر للموجات الثانوية.

الضوء الأول: يقع الشعاع الساقط والشعاع المنعكس، وكذلك الخط العمودي على الواجهة، المعاد بناؤه عند نقطة سقوط شعاع الضوء، في نفس المستوى. تسقط موجة مستوية على سطح عاكس تكون أسطحه الموجية عبارة عن خطوط.

وينص قانون آخر على أن زاوية انعكاس الضوء تساوي زاوية السقوط. يحدث هذا لأن لديهم جوانب متعامدة بشكل متبادل. واستنادا إلى مبادئ تساوي المثلثات، يترتب على ذلك أن زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس. ويمكن بسهولة إثبات أنهما يقعان في نفس المستوى مع استعادة الخط العمودي إلى الواجهة عند نقطة سقوط الحزمة. هذه القوانين الأكثر أهمية تسري أيضًا على المسار العكسي للضوء. ونظرًا لقابلية انعكاس الطاقة، فإن الشعاع المنتشر على طول مسار الشعاع المنعكس سوف ينعكس على طول مسار الشعاع الساقط.

خصائص الأجسام العاكسة

الغالبية العظمى من الأجسام تعكس فقط الإشعاع الضوئي الساقط عليها. ومع ذلك، فهي ليست مصدرا للضوء. تكون الأجسام المضاءة جيدًا مرئية بوضوح من جميع الجوانب، حيث ينعكس الإشعاع الصادر عن سطحها وينتشر في اتجاهات مختلفة. وتسمى هذه الظاهرة انعكاس منتشر (مبعثر). ويحدث عندما يضرب الضوء أي سطح خشن. لتحديد مسار الشعاع المنعكس عن الجسم عند نقطة سقوطه، يتم رسم مستوى يلامس السطح. ثم يتم بناء زوايا سقوط الأشعة والانعكاس بالنسبة لها.

انعكاس منتشر

فقط بسبب وجود انعكاس متناثر (منتشر) للطاقة الضوئية فإننا نميز الأشياء غير القادرة على انبعاث الضوء. سيكون أي جسم غير مرئي تمامًا بالنسبة لنا إذا كان تشتت الأشعة صفرًا.

الانعكاس المنتشر للطاقة الضوئية لا يسبب أحاسيس غير سارة في العين. يحدث هذا لأنه لا يعود كل الضوء إلى الوسط الأصلي. لذا فإن حوالي 85% من الإشعاع ينعكس من الثلج، و75% من الورق الأبيض، و0.5% فقط من القطيفة السوداء. عندما ينعكس الضوء من الأسطح الخشنة المختلفة، يتم توجيه الأشعة بشكل عشوائي بالنسبة لبعضها البعض. اعتمادًا على مدى عكس الأسطح لأشعة الضوء، يطلق عليها اسم غير لامع أو مرآة. لكن لا تزال هذه المفاهيم نسبية. يمكن أن تكون نفس الأسطح معكوسة أو غير لامعة عند أطوال موجية مختلفة من الضوء الساقط. يعتبر السطح الذي ينثر الأشعة بالتساوي في اتجاهات مختلفة غير لامع تمامًا. على الرغم من عدم وجود مثل هذه الأشياء عمليًا في الطبيعة، إلا أن الخزف غير المزجج والثلج وورق الرسم قريب جدًا منها.

انعكاس المرآة

ويختلف الانعكاس المرآوي لأشعة الضوء عن الأنواع الأخرى في أنه عندما تسقط أشعة الطاقة على سطح أملس بزاوية معينة، فإنها تنعكس في اتجاه واحد. هذه الظاهرة مألوفة لأي شخص استخدم مرآة تحت أشعة الضوء. في هذه الحالة هو سطح عاكس. الهيئات الأخرى تقع أيضا في هذه الفئة. يمكن تصنيف جميع الأجسام الملساء بصريًا على أنها أسطح مرآة (عاكسة) إذا كان حجم عدم التجانس والمخالفات عليها أقل من 1 ميكرون (لا يتجاوز الطول الموجي للضوء). تنطبق قوانين انعكاس الضوء على جميع هذه الأسطح.

انعكاس الضوء من أسطح المرآة المختلفة

في التكنولوجيا، غالبا ما تستخدم المرايا ذات السطح العاكس المنحني (المرايا الكروية). مثل هذه الأجسام هي أجسام على شكل قطعة كروية. يتم تعطيل توازي الأشعة في حالة انعكاس الضوء من هذه الأسطح بشكل كبير. هناك نوعان من هذه المرايا:

مقعر - يعكس الضوء من السطح الداخلي لقطعة من الكرة، ويطلق عليهم اسم التجميع، حيث يتم جمع أشعة الضوء المتوازية، بعد الانعكاس منها، عند نقطة واحدة؛

محدبة - تعكس الضوء من السطح الخارجي، بينما تتشتت الأشعة المتوازية على الجوانب، ولهذا تسمى المرايا المحدبة بالتشتت.

خيارات لتعكس أشعة الضوء

يلامسه شعاع يسقط بشكل موازٍ تقريبًا للسطح، ثم ينعكس بزاوية منفرجة جدًا. ثم يستمر على طول مسار منخفض جدًا، الأقرب إلى السطح. ينعكس الشعاع الذي يسقط عموديًا تقريبًا بزاوية حادة. في هذه الحالة، سيكون اتجاه الشعاع المنعكس بالفعل قريبًا من مسار الشعاع الساقط، وهو ما يتوافق تمامًا مع القوانين الفيزيائية.

انكسار الضوء

ويرتبط الانعكاس ارتباطًا وثيقًا بظواهر أخرى من البصريات الهندسية، مثل الانكسار والانعكاس الداخلي الكلي. في كثير من الأحيان يمر الضوء عبر الحدود بين وسطين. انكسار الضوء هو التغير في اتجاه الإشعاع البصري. يحدث عندما ينتقل من بيئة إلى أخرى. إن انكسار الضوء له نمطان:

يقع الشعاع الذي يمر عبر الحدود بين الوسائط في مستوى يمر عبر العمودي على السطح والحزمة الساقطة ؛

ترتبط زاوية السقوط والانكسار.

يصاحب الانكسار دائمًا انعكاس الضوء. مجموع طاقات حزم الأشعة المنعكسة والمنكسرة يساوي طاقة الحزمة الساقطة. تعتمد شدتها النسبية على الشعاع الساقط وزاوية السقوط. يعتمد تصميم العديد من الأجهزة البصرية على قوانين انكسار الضوء.

أولا، دعونا نتخيل قليلا. تخيل يومًا صيفيًا حارًا قبل الميلاد، يستخدم رجل بدائي رمحًا لصيد الأسماك. يلاحظ موقعه، ويصوب ويضرب لسبب ما في مكان لم تكن فيه السمكة مرئية على الإطلاق. مٌفتَقد؟ لا، الصياد لديه فريسة في يديه! الشيء هو أن سلفنا فهم بشكل حدسي الموضوع الذي سندرسه الآن. في الحياة اليومية، نرى أن الملعقة الموضوعة في كوب من الماء تبدو ملتوية، وعندما ننظر من خلال وعاء زجاجي، تبدو الأشياء ملتوية. كل هذه الأسئلة سنتناولها في الدرس وموضوعه: "انكسار الضوء. قانون انكسار الضوء. انعكاس داخلي كامل."

تحدثنا في الدروس السابقة عن مصير الشعاع في حالتين: ماذا يحدث إذا انتشر شعاع الضوء في وسط متجانس وشفاف؟ الإجابة الصحيحة هي أنها ستنتشر في خط مستقيم. ماذا يحدث عندما يسقط شعاع من الضوء على السطح البيني بين وسطين؟ تحدثنا في الدرس السابق عن الشعاع المنعكس، واليوم سننظر إلى ذلك الجزء من الشعاع الضوئي الذي يمتصه الوسط.

ما هو مصير الشعاع الذي اخترق من الوسط الشفاف الأول إلى الوسط الشفاف بصريا الثاني؟

أرز. 1. انكسار الضوء

إذا سقط شعاع على الواجهة بين وسطين شفافين، فإن جزءًا من طاقة الضوء يعود إلى الوسط الأول، مما يخلق شعاعًا منعكسًا، ويمر الجزء الآخر إلى الداخل إلى الوسط الثاني، وكقاعدة عامة، يغير اتجاهه.

يسمى التغير في اتجاه انتشار الضوء عند مروره عبر السطح البيني بين وسطين انكسار الضوء(رسم بياني 1).

أرز. 2. زوايا السقوط والانكسار والانعكاس

في الشكل 2 نرى شعاعًا واردًا، ويُشار إلى زاوية السقوط بالرمز α. الشعاع الذي سيحدد اتجاه شعاع الضوء المنكسر سيسمى الشعاع المنكسر. الزاوية بين العمودي على السطح البيني، المعاد بناؤها من نقطة السقوط، والشعاع المنكسر تسمى زاوية الانكسار؛ في الشكل هي الزاوية γ. ولإكمال الصورة، سنعطي أيضًا صورة للشعاع المنعكس، وبالتالي زاوية الانعكاس β. ما هي العلاقة بين زاوية السقوط وزاوية الانكسار، وهل يمكن التنبؤ بمعرفة زاوية السقوط والوسط الذي مرت به الحزمة، ما هي زاوية الانكسار؟ اتضح أنه ممكن!

نحصل على قانون يصف كميا العلاقة بين زاوية السقوط وزاوية الانكسار. دعونا نستخدم مبدأ هويجنز، الذي ينظم انتشار الموجات في الوسط. يتكون القانون من جزأين.

الشعاع الساقط والشعاع المنكسر والعمودي المستعاد إلى نقطة السقوط يقعون في نفس المستوى.

إن نسبة جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار هي قيمة ثابتة لوسيطين محددين وتساوي نسبة سرعات الضوء في هذه الوسائط.

ويسمى هذا القانون بقانون سنيل تكريما للعالم الهولندي الذي صاغه لأول مرة. سبب الانكسار هو اختلاف سرعة الضوء في الأوساط المختلفة. يمكنك التحقق من صحة قانون الانكسار عن طريق توجيه شعاع من الضوء بزوايا مختلفة بشكل تجريبي إلى السطح البيني بين وسطين وقياس زوايا السقوط والانكسار. إذا قمنا بتغيير هذه الزوايا، وقياس الجيب وإيجاد نسبة جيب هذه الزوايا، فسنقتنع بأن قانون الانكسار صحيح بالفعل.

إن إثبات قانون الانكسار باستخدام مبدأ هويجنز هو تأكيد آخر للطبيعة الموجية للضوء.

يوضح معامل الانكسار النسبي n 21 عدد المرات التي تختلف فيها سرعة الضوء V 1 في الوسط الأول عن سرعة الضوء V 2 في الوسط الثاني.

يعد معامل الانكسار النسبي دليلاً واضحًا على حقيقة أن سبب تغير اتجاه الضوء عند المرور من وسط إلى آخر هو اختلاف سرعة الضوء في الوسطين. غالبًا ما يستخدم مفهوم "الكثافة الضوئية للوسط" لوصف الخصائص البصرية للوسط (الشكل 3).

أرز. 3. الكثافة البصرية للوسط (α > γ)

إذا مر شعاع من وسط له سرعة ضوء أعلى إلى وسط له سرعة ضوء أقل، فكما يتبين من الشكل 3 وقانون انكسار الضوء، سيتم ضغطه على العمودي، أي ، زاوية الانكسار أقل من زاوية السقوط. في هذه الحالة، يقال أن الشعاع قد انتقل من وسط بصري أقل كثافة إلى وسط أكثر كثافة بصريًا. مثال: من الهواء إلى الماء؛ من الماء إلى الزجاج.

الوضع المعاكس ممكن أيضًا: سرعة الضوء في الوسط الأول أقل من سرعة الضوء في الوسط الثاني (الشكل 4).

أرز. 4. الكثافة البصرية للوسط (α< γ)

عندها ستكون زاوية الانكسار أكبر من زاوية السقوط، ويقال إن مثل هذا التحول يتم من وسط أكثر كثافة بصريًا إلى وسط أقل كثافة بصريًا (من الزجاج إلى الماء).

يمكن أن تختلف الكثافة البصرية لوسيلتين بشكل كبير، وبالتالي يصبح الوضع الموضح في الصورة ممكنًا (الشكل 5):

أرز. 5. الاختلافات في الكثافة الضوئية للوسائط

لاحظ كيف يتم إزاحة الرأس بالنسبة للجسم في السائل، في بيئة ذات كثافة بصرية أعلى.

ومع ذلك، فإن معامل الانكسار النسبي ليس دائمًا خاصية ملائمة للعمل بها، لأنه يعتمد على سرعة الضوء في الوسطين الأول والثاني، ولكن يمكن أن يكون هناك الكثير من هذه المجموعات ومجموعات الوسائط (الماء - الهواء، الزجاج - الماس، الجلسرين - الكحول، الزجاج - الماء، وهكذا). ستكون الجداول مرهقة للغاية، وسيكون من غير المناسب العمل، ثم قدموا وسيلة مطلقة واحدة، بالمقارنة مع سرعة الضوء في الوسائط الأخرى. تم اختيار الفراغ باعتباره مطلقًا وتمت مقارنة سرعة الضوء بسرعة الضوء في الفراغ.

معامل الانكسار المطلق للوسط n- وهي الكمية التي تميز الكثافة الضوئية للوسط وتساوي نسبة سرعة الضوء معفي الفراغ إلى سرعة الضوء في بيئة معينة.

يعد معامل الانكسار المطلق أكثر ملاءمة للعمل، لأننا نعرف دائمًا سرعة الضوء في الفراغ؛ وهي تساوي 3·10 8 م/ث وهي ثابتة فيزيائية عالمية.

يعتمد معامل الانكسار المطلق على عوامل خارجية: درجة الحرارة والكثافة وأيضًا على الطول الموجي للضوء، وبالتالي تشير الجداول عادةً إلى متوسط ​​معامل الانكسار لنطاق معين من الطول الموجي. إذا قارنا معامل انكسار الهواء والماء والزجاج (الشكل 6)، نرى أن الهواء له معامل انكسار قريب من الوحدة، لذلك سنعتبره وحدة عند حل المسائل.

أرز. 6. جدول معاملات الانكسار المطلقة للوسائط المختلفة

ليس من الصعب الحصول على علاقة بين معامل الانكسار المطلق والنسبي للوسائط.

ومعامل الانكسار النسبي، أي للشعاع الذي يمر من الوسط الأول إلى الوسط الثاني، يساوي نسبة معامل الانكسار المطلق في الوسط الثاني إلى معامل الانكسار المطلق في الوسط الأول.

على سبيل المثال: = ≈ 1,16

إذا كانت معاملات الانكسار المطلقة لوسائطين متماثلة تقريبًا، فهذا يعني أن معامل الانكسار النسبي عند المرور من وسط إلى آخر سيكون مساويًا للوحدة، أي أن شعاع الضوء لن ينكسر فعليًا. على سبيل المثال، عند المرور من زيت اليانسون إلى حجر البريل الكريم، لن ينحني الضوء عمليًا، أي أنه سيتصرف بنفس الطريقة التي يتصرف بها عند المرور عبر زيت اليانسون، نظرًا لأن معامل انكسارهما هو 1.56 و1.57 على التوالي، لذلك يمكن أن يكون الحجر الكريم كما لو كانت مخبأة في سائل، فهي ببساطة لن تكون مرئية.

فإذا سكبنا الماء في كوب شفاف ونظرنا من خلال جدار الزجاج إلى الضوء سنرى لمعاناً فضياً على السطح بسبب ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي، وهو ما سنتحدث عنه الآن. عندما يمر شعاع ضوئي من وسط بصري أكثر كثافة إلى وسط بصري أقل كثافة، يمكن ملاحظة تأثير مثير للاهتمام. وللتأكد من ذلك، سنفترض أن الضوء يأتي من الماء إلى الهواء. لنفترض أنه يوجد في أعماق الخزان مصدر نقطي للضوء S، ينبعث منه أشعة في جميع الاتجاهات. على سبيل المثال، يضيء الغواص مصباحًا يدويًا.

يسقط شعاع SO 1 على سطح الماء بأصغر زاوية، وينكسر هذا الشعاع جزئيًا - شعاع O 1 A 1 وينعكس جزئيًا مرة أخرى في الماء - شعاع O 1 B 1. وبالتالي، يتم نقل جزء من طاقة الشعاع الساقط إلى الشعاع المنكسر، ويتم نقل الطاقة المتبقية إلى الشعاع المنعكس.

أرز. 7. الانعكاس الداخلي الكلي

كما أن شعاع SO 2، الذي تكون زاوية سقوطه أكبر، ينقسم أيضًا إلى شعاعين: منكسر ومنعكس، ولكن طاقة الشعاع الأصلي تتوزع بينهما بشكل مختلف: الشعاع المنكسر O 2 A 2 سيكون أضعف من الشعاع O 1 شعاع 1 ، أي أنه سيتلقى حصة أصغر من الطاقة ، وبالتالي سيكون الشعاع المنعكس O 2 B 2 أكثر سطوعًا من الشعاع O 1 B 1 ، أي أنه سيحصل على حصة أكبر من الطاقة. مع زيادة زاوية السقوط، يتم ملاحظة نفس النمط - حصة أكبر بشكل متزايد من طاقة الحزمة الساقطة تذهب إلى الحزمة المنعكسة وحصة أصغر وأصغر إلى الحزمة المنكسرة. تصبح الحزمة المنكسرة باهتة أكثر فأكثر وفي مرحلة ما تختفي تمامًا، ويحدث هذا الاختفاء عندما تصل إلى زاوية السقوط التي تقابل زاوية الانكسار البالغة 90 درجة. في هذه الحالة، يجب أن يكون الشعاع المنكسر OA موازيًا لسطح الماء، ولكن لم يتبق شيء ليذهب - كل طاقة الشعاع الساقط SO ذهبت بالكامل إلى الشعاع المنعكس OB. وبطبيعة الحال، مع زيادة أخرى في زاوية الإصابة، سوف يكون الشعاع المنكسر غائبا. الظاهرة الموصوفة هي الانعكاس الداخلي الكلي، أي أن الوسط البصري الأكثر كثافة عند الزوايا المدروسة لا يصدر أشعة من نفسه، بل تنعكس جميعها داخله. تسمى الزاوية التي تحدث فيها هذه الظاهرة الزاوية الحدية للانعكاس الداخلي الكلي

يمكن العثور بسهولة على قيمة الزاوية الحدية من قانون الانكسار:

= => = أركسين للماء ≈ 49 0

التطبيق الأكثر إثارة للاهتمام والأكثر شعبية لظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي هو ما يسمى بأدلة الموجات، أو الألياف الضوئية. هذه هي بالضبط طريقة إرسال الإشارات التي تستخدمها شركات الاتصالات الحديثة على الإنترنت.

لقد حصلنا على قانون انكسار الضوء، وقدمنا ​​مفهوماً جديداً - معاملات الانكسار النسبية والمطلقة، وفهمنا أيضاً ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي وتطبيقاتها، مثل الألياف الضوئية. يمكنك تعزيز معرفتك من خلال تحليل الاختبارات وأجهزة المحاكاة ذات الصلة في قسم الدرس.

دعونا نحصل على برهان لقانون انكسار الضوء باستخدام مبدأ هويجنز. من المهم أن نفهم أن سبب الانكسار هو الفرق في سرعة الضوء في وسطين مختلفين. دعونا نشير إلى سرعة الضوء في الوسط الأول بـ V 1، وفي الوسط الثاني بـ V 2 (الشكل 8).

أرز. 8. إثبات قانون انكسار الضوء

دع موجة ضوئية مستوية تسقط على واجهة مسطحة بين وسطين، على سبيل المثال من الهواء إلى الماء. سطح الموجة AS عمودي على الأشعة، ويتم الوصول إلى الواجهة بين الوسائط MN أولاً بواسطة الشعاع، ويصل الشعاع إلى نفس السطح بعد فترة زمنية ∆t، والتي ستكون مساوية للمسار SW مقسومًا على السرعة الضوء في الوسط الأول.

لذلك، في اللحظة التي تبدأ فيها الموجة الثانوية عند النقطة B في الإثارة، فإن الموجة من النقطة A لها بالفعل شكل نصف الكرة الأرضية بنصف قطر AD، وهو ما يساوي سرعة الضوء في الوسط الثاني عند ∆ t: AD = ·∆t، أي مبدأ هويجنز في الفعل البصري. يمكن الحصول على السطح الموجي للموجة المنكسرة عن طريق رسم سطح مماس لجميع الموجات الثانوية في الوسط الثاني، الذي تقع مراكزه عند السطح البيني بين الوسائط، في هذه الحالة هذا هو المستوى BD، وهو غلاف الموجات الثانوية. زاوية سقوط الشعاع α تساوي زاوية CAB في المثلث ABC، وأضلاع إحدى هاتين الزاويتين متعامدة مع أضلاع الأخرى. وبالتالي فإن SV ستكون مساوية لسرعة الضوء في الوسط الأول بمقدار ∆t

CB = ∆t = AB الخطيئة α

وبدورها فإن زاوية الانكسار ستكون مساوية للزاوية ABD في المثلث ABD، وبالتالي:

АD = ∆t = АВ الخطيئة γ

وبتقسيم التعبير حدًا على حد نحصل على:

n قيمة ثابتة لا تعتمد على زاوية السقوط.

لقد حصلنا على قانون انكسار الضوء، جيب زاوية السقوط إلى جيب زاوية الانكسار هو قيمة ثابتة لهاتين الوسيطتين ويساوي نسبة سرعات الضوء في الوسيطين المعينين.

يتم وضع وعاء مكعب ذو جدران غير شفافة بحيث لا ترى عين الراصد قاعه، بل ترى جدار القرص المضغوط بالكامل. ما كمية الماء التي يجب سكبها في الوعاء حتى يتمكن المراقب من رؤية الجسم F الموجود على مسافة b = 10 cm من الزاوية D؟ حافة السفينة α = 40 سم (الشكل 9).

ما هو المهم جدا عند حل هذه المشكلة؟ خمن أنه بما أن العين لا ترى قاع الإناء، بل ترى أقصى نقطة من الجدار الجانبي، ويكون الإناء مكعبًا، فإن زاوية سقوط الشعاع على سطح الماء عندما نسكبه ستكون يساوي 450

أرز. 9. مهمة امتحان الدولة الموحدة

يسقط الشعاع عند النقطة F، وهذا يعني أننا نرى الجسم بوضوح، ويوضح الخط الأسود المنقط مسار الشعاع إذا لم يكن هناك ماء، أي إلى النقطة D. ومن المثلث NFK، ظل الزاوية β، ظل زاوية الانكسار، هو نسبة الجانب المقابل إلى الجانب المجاور، أو، بناءً على الشكل، h ناقص b مقسومًا على h.

tg β = = , h هو ارتفاع السائل الذي سكبناه؛

يتم استخدام ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي الأكثر كثافة في أنظمة الألياف الضوئية.

أرز. 10. الألياف الضوئية

إذا تم توجيه شعاع من الضوء إلى نهاية أنبوب زجاجي صلب، فبعد الانعكاس الداخلي الكلي المتعدد، سيخرج الشعاع من الجانب الآخر للأنبوب. اتضح أن الأنبوب الزجاجي هو موصل لموجة ضوئية أو دليل موجي. سيحدث هذا بغض النظر عما إذا كان الأنبوب مستقيمًا أو منحنيًا (الشكل 10). تم استخدام أدلة الضوء الأولى، وهذا هو الاسم الثاني للأدلة الموجية، لإضاءة الأماكن التي يصعب الوصول إليها (أثناء البحث الطبي، عندما يتم إمداد الضوء إلى أحد طرفي دليل الضوء، ويضيء الطرف الآخر المكان المطلوب). التطبيق الرئيسي هو الطب، والكشف عن عيوب المحركات، ولكن مثل هذه الأدلة الموجية تستخدم على نطاق واسع في أنظمة نقل المعلومات. يكون التردد الحامل عند إرسال إشارة بواسطة موجة ضوئية أعلى بمليون مرة من تردد إشارة الراديو، مما يعني أن كمية المعلومات التي يمكننا نقلها باستخدام موجة ضوئية أكبر بملايين المرات من كمية المعلومات المنقولة بواسطة موجات الراديو. هذه فرصة عظيمة لنقل ثروة من المعلومات بطريقة بسيطة وغير مكلفة. عادة، يتم نقل المعلومات عبر كابل الألياف باستخدام إشعاع الليزر. لا غنى عن الألياف الضوئية لنقل سريع وعالي الجودة لإشارة الكمبيوتر التي تحتوي على كمية كبيرة من المعلومات المرسلة. وأساس كل هذا هو ظاهرة بسيطة وعادية مثل انكسار الضوء.

فهرس

1. تيخوميروفا إس إيه، يافورسكي بي إم. الفيزياء (المستوى الأساسي) - م: منيموسين، 2012.
2. جيندنشتاين إل إي، ديك يو.آي. الفيزياء الصف العاشر. - م: منيموسين، 2014.
3. كيكوين آي كيه، كيكوين إيه كيه. الفيزياء - 9، موسكو، التعليم، 1990.

1. Edu.glavsprav.ru ().
2. Nvtc.ee ().
3. Raal100.narod.ru ().
4. Optika.ucoz.ru ().

العمل في المنزل

1. تحديد انكسار الضوء.
2. اذكر سبب انكسار الضوء.
3. اذكر أشهر تطبيقات الانعكاس الداخلي الكلي.

عند زاوية سقوط معينة للضوء $(\alpha )_(pad)=(\alpha )_(pred)$، وهو ما يسمى زاوية الحد، زاوية الانكسار تساوي $\frac(\pi )(2),\ $في هذه الحالة ينزلق الشعاع المنكسر على طول الواجهة بين الوسائط، وبالتالي لا يوجد شعاع منكسر. ثم من قانون الانكسار يمكننا أن نكتب ما يلي:

الصورة 1.

وفي حالة الانعكاس الكلي تكون المعادلة:

ليس له حل في منطقة القيم الحقيقية لزاوية الانكسار ($(\alpha )_(pr)$). في هذه الحالة، $cos((\alpha )_(pr))$ هي كمية خيالية بحتة. إذا انتقلنا إلى صيغ فريسنل، فمن المناسب تقديمها في النموذج:

حيث يُشار إلى زاوية السقوط $\alpha $ (للإيجاز)، $n$ هو معامل الانكسار للوسط الذي ينتشر فيه الضوء.

من صيغ فريسنل يتضح أن الوحدات النمطية $\left|E_(otr\bot )\right|=\left|E_(otr\bot )\right|$, $\left|E_(otr//)\right |=\ left|E_(otr//)\right|$، مما يعني أن الانعكاس "ممتلئ".

ملاحظة 1

وتجدر الإشارة إلى أن الموجة غير المتجانسة لا تختفي في الوسط الثاني. لذلك، إذا $\alpha =(\alpha )_0=(arcsin \left(n\right),\then\ )$ $E_(pr\bot )=2E_(pr\bot ).$انتهاكات قانون الحفظ من الطاقة في حالة معينة لا. نظرًا لأن صيغ فريسنل صالحة للحقل أحادي اللون، أي لعملية الحالة المستقرة. وفي هذه الحالة، يتطلب قانون حفظ الطاقة أن يكون متوسط ​​التغير في الطاقة خلال الفترة في الوسط الثاني يساوي صفرًا. تخترق الموجة والجزء المقابل من الطاقة عبر الواجهة إلى الوسط الثاني إلى عمق صغير بترتيب الطول الموجي وتتحرك فيه بالتوازي مع الواجهة بسرعة طور أقل من سرعة طور الموجة في المتوسطة الثانية. يعود إلى الوسيط الأول عند نقطة يتم إزاحتها بالنسبة لنقطة الدخول.

ويمكن ملاحظة اختراق الموجة في الوسط الثاني تجريبيا. لا يمكن ملاحظة شدة موجة الضوء في الوسط الثاني إلا على مسافات أقصر من الطول الموجي. وبالقرب من السطح البيني الذي تسقط عليه موجة الضوء وتخضع للانعكاس الكلي، يمكن رؤية توهج طبقة رقيقة على جانب الوسط الثاني إذا كانت هناك مادة مفلورة في الوسط الثاني.

ويؤدي الانعكاس الكلي إلى ظهور السراب عندما يكون سطح الأرض ساخنا. وهكذا فإن الانعكاس الكامل للضوء القادم من السحب يؤدي إلى الانطباع بوجود برك على سطح الأسفلت الساخن.

في ظل الانعكاس العادي، تكون العلاقات $\frac(E_(otr\bot )(E_(pad\bot ))$ و $\frac(E_(otr//))(E_(pad//))$ حقيقية دائمًا . عند التفكير الكامل فهي معقدة. وهذا يعني أنه في هذه الحالة يتعرض طور الموجة للقفز، في حين أنه يختلف عن الصفر أو $\pi $. إذا كانت الموجة مستقطبة بشكل عمودي على مستوى الورود فيمكننا أن نكتب:

حيث $(\delta )_(\bot )$ هو قفزة المرحلة المطلوبة. دعونا نساوي بين الأجزاء الحقيقية والتخيلية، لدينا:

من التعبيرات (5) نحصل على:

وبناءً على ذلك، بالنسبة للموجة المستقطبة في مستوى الورود، يمكن الحصول على:

تقفز المرحلة $(\delta )_(//)$ و $(\delta )_(\bot )$ ليسا متماثلين. ستكون الموجة المنعكسة مستقطبة بشكل بيضاوي.

تطبيق الانعكاس الكلي

لنفترض أن وسطين متطابقين تفصل بينهما فجوة هوائية رقيقة. تسقط عليه موجة ضوئية بزاوية أكبر من الزاوية الحدية. وقد يحدث أن تخترق الفجوة الهوائية كموجة غير منتظمة. إذا كان سمك الفجوة صغيرا، فإن هذه الموجة ستصل إلى الحدود الثانية للمادة ولن تضعف كثيرا. بعد أن مرت من فجوة الهواء إلى المادة، ستعود الموجة إلى موجة متجانسة. وقد أجرى نيوتن مثل هذه التجربة. قام العالم بالضغط على منشور آخر، تم طحنه بشكل كروي، على وجه الوتر للمنشور المستطيل. في هذه الحالة، يمر الضوء إلى المنشور الثاني ليس فقط في مكان تلامسه، ولكن أيضًا في حلقة صغيرة حول جهة الاتصال، في مكان يكون فيه سمك الفجوة مشابهًا لطول الموجة. إذا تم إجراء الملاحظات في الضوء الأبيض، فإن حافة الحلقة لها لون محمر. وهذا ما ينبغي أن يكون، حيث أن عمق الاختراق يتناسب مع الطول الموجي (بالنسبة للأشعة الحمراء فهو أكبر منه للأشعة الزرقاء). عن طريق تغيير سمك الفجوة، يمكنك تغيير شدة الضوء المنقول. شكلت هذه الظاهرة أساس الهاتف الخفيف الذي حصل زايس على براءة اختراعه. في هذا الجهاز أحد الوسائط عبارة عن غشاء شفاف يهتز تحت تأثير الصوت الساقط عليه. يتغير الضوء الذي يمر عبر فجوة هوائية في شدته بمرور الوقت مع تغير شدة الصوت. عندما تصطدم بخلية ضوئية، فإنها تولد تيارًا مترددًا، والذي يتغير وفقًا للتغيرات في شدة الصوت. يتم تضخيم التيار الناتج واستخدامه بشكل أكبر.

إن ظاهرة اختراق الموجات عبر الفجوات الرفيعة لا تقتصر على البصريات. وهذا ممكن بالنسبة لموجة من أي طبيعة إذا كانت سرعة الطور في الفجوة أعلى من سرعة الطور في البيئة. ولهذه الظاهرة أهمية كبيرة في الفيزياء النووية والذرية.

تستخدم ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي لتغيير اتجاه انتشار الضوء. وتستخدم المنشورات لهذا الغرض.

مثال 1

يمارس:أعط مثالا على ظاهرة الانعكاس الكلي التي تحدث بشكل متكرر.

حل:

يمكننا أن نعطي المثال التالي. إذا كان الطريق السريع شديد الحرارة، فإن درجة حرارة الهواء تصل إلى أقصى حد بالقرب من السطح الإسفلتي وتنخفض مع زيادة المسافة من الطريق. وهذا يعني أن معامل انكسار الهواء يكون ضئيلًا على السطح ويزداد مع زيادة المسافة. ونتيجة لذلك، تنعكس الأشعة التي لها زاوية صغيرة بالنسبة لسطح الطريق السريع تمامًا. إذا ركزت انتباهك أثناء قيادة السيارة على جزء مناسب من سطح الطريق السريع، فيمكنك رؤية سيارة تسير إلى الأمام رأسًا على عقب.

مثال 2

يمارس:ما زاوية بروستر لشعاع الضوء الذي يسقط على سطح بلورة إذا كانت زاوية الانعكاس الكلي لشعاع معين عند السطح البيني لبلورة الهواء تساوي 400؟

حل:

\[(tg(\alpha )_b)=\frac(n)(n_v)=n\left(2.2\right).\]

من التعبير (2.1) لدينا:

دعنا نستبدل الجانب الأيمن من التعبير (2.3) في الصيغة (2.2) ونعبر عن الزاوية المطلوبة:

\[(\alpha )_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left((\alpha )_(pred)\right)\ ))\right).\]

دعونا نجري الحسابات:

\[(\alpha )_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left(40()^\circ \right)\ ))\right)\approx 57()^\circ .\]

إجابة:$(\alpha )_b=57()^\circ .$

فصل: 11

العرض التقديمي للدرس

العودة إلى الأمام

انتباه! معاينات الشرائح هي لأغراض إعلامية فقط وقد لا تمثل جميع ميزات العرض التقديمي. إذا كنت مهتما بهذا العمل، يرجى تحميل النسخة الكاملة.

أهداف الدرس:

التعليمية:

• يجب على الطلاب تكرار وتعميم المعرفة المكتسبة أثناء دراسة موضوع "الانعكاس وانكسار الضوء": ظاهرة الانتشار المستقيم للضوء في وسط متجانس، قانون الانعكاس، قانون الانكسار، قانون الانعكاس الكلي.
• فكر في تطبيق القوانين في العلوم والتكنولوجيا والأدوات البصرية والطب والنقل والبناء والحياة اليومية والعالم من حولنا،
• تكون قادرة على تطبيق المعرفة المكتسبة عند حل المشاكل النوعية والحسابية والتجريبية.

التعليمية:

1. توسيع آفاق الطلاب، وتطوير التفكير المنطقي والذكاء؛
2. تكون قادرة على إجراء المقارنات وتقديم المدخلات؛
3. تطوير خطاب المونولوج، والقدرة على التحدث أمام الجمهور.
4. تعليم كيفية الحصول على المعلومات من الأدبيات الإضافية والإنترنت وتحليلها.

التعليمية:

• غرس الاهتمام بموضوع الفيزياء.
• تعليم الاستقلال والمسؤولية والثقة.
• خلق حالة من النجاح والدعم الودي أثناء الدرس.

المعدات والمساعدات البصرية:

• جهاز البصريات الهندسي، المرايا، المنشور، العاكسات، المناظير، الألياف الضوئية، الأجهزة التجريبية.
• كمبيوتر، جهاز عرض فيديو، شاشة، عرض تقديمي “تطبيق عملي لقوانين انعكاس وانكسار الضوء”

خطة الدرس.

I. موضوع الدرس والغرض منه (دقيقتان)

ثانيا. التكرار (المسح الأمامي) – 4 دقائق

ثالثا. تطبيق استقامة انتشار الضوء. مشكلة (في المجلس). - 5 دقائق

رابعا. تطبيق قانون انعكاس الضوء. - 4 دقائق

خامساً: تطبيق قانون انكسار الضوء:

1) الخبرة - 4 دقائق

2) المهمة - 5 دقائق

سادسا تطبيق الانعكاس الداخلي الكلي للضوء :

أ) الأجهزة البصرية – 4 دقائق.

ج) الألياف الضوئية – 4 دقائق.

سابعا ميراج - 4 دقائق

ثامناً: العمل المستقل – 7 دقائق.

تاسعاً: تلخيص الدرس. الواجب المنزلي – 2 دقيقة.

المجموع: 45 دقيقة

خلال الفصول الدراسية

I. موضوع الدرس، الهدف، الأهداف، المحتوى . (الشريحة 1-2)

كتابة منقوشة. (الشريحة 3)

هدية رائعة من الطبيعة الأبدية ،
هدية مقدسة لا تقدر بثمن،
لديها مصدر لا نهاية لها
الاستمتاع بالجمال:
السماء، الشمس، وهج النجوم،
البحر باللون الأزرق اللامع -
الصورة الكاملة للكون
ولا نعرف إلا في النور.
آي إيه بونين

ثانيا. تكرار

مدرس:

أ) البصريات الهندسية. (الشرائح 4-7)

ينتشر الضوء في خط مستقيم في وسط متجانس. أو في وسط متجانس تكون أشعة الضوء عبارة عن خطوط مستقيمة

ويسمى الخط الذي تنتقل عبره الطاقة الضوئية بالشعاع. يتم استخدام استقامة انتشار الضوء بسرعة 300000 كم/ثانية في البصريات الهندسية.

مثال:يتم استخدامه عند التحقق من استقامة اللوح المسطح باستخدام العارضة.

تعود القدرة على رؤية الأجسام غير المضيئة إلى أن كل جسم يعكس جزئيًا الضوء الساقط عليه ويمتصه جزئيًا. (قمر). الوسط الذي تكون فيه سرعة انتشار الضوء أبطأ هو وسط أكثر كثافة بصريًا. انكسار الضوء هو التغير في اتجاه شعاع الضوء عند عبور الحدود بين الوسائط. يتم تفسير انكسار الضوء بالاختلاف في سرعة انتشار الضوء عند انتقاله من وسط إلى آخر

ب) بيان ظاهرة الانعكاس والانكسار على جهاز “القرص الضوئي”.

ج) أسئلة للتكرار. (الشريحة 8)

ثالثا. تطبيق استقامة انتشار الضوء. مشكلة (في المجلس).

أ) تشكيل الظل والظل. (الشريحة 9).

إن استقامة انتشار الضوء تفسر تكوين الظل والظل الجزئي. إذا كان حجم المصدر صغيرا أو إذا كان المصدر يقع على مسافة يمكن إهمال حجم المصدر بالمقارنة بها، يتم الحصول على الظل فقط. عندما يكون مصدر الضوء كبيرًا أو إذا كان المصدر قريبًا من الهدف، يتم إنشاء ظلال غير حادة (الظل والظل الجزئي).

ب) إضاءة القمر. (الشريحة 10).

والقمر في طريقه حول الأرض ينيره الشمس، وهو نفسه لا يتوهج.

1. القمر الجديد، 3. الربع الأول، 5. البدر، 7. الربع الأخير.

ج) تطبيق استقامة انتشار الضوء في البناء، في بناء الطرق والجسور. (الشرائح 11-14)

د) مسألة رقم 1352 (د) (الطالب على السبورة). كان طول الظل من برج تلفزيون أوستانكينو، المضاء بالشمس، في وقت ما يساوي 600 متر؛ طول الظل من شخص ارتفاعه 1.75 م في نفس اللحظة الزمنية يساوي 2 م ما هو ارتفاع البرج؟ (الشريحة 15-16)

الخلاصة: باستخدام هذا المبدأ، يمكنك تحديد ارتفاع كائن لا يمكن الوصول إليه: ارتفاع المنزل؛ ارتفاع الهاوية. ارتفاع شجرة طويلة.

ه) أسئلة للتكرار. (الشريحة 17)

رابعا. تطبيق قانون انعكاس الضوء. (الشرائح 18-21).

أ) المرايا (رسالة الطالب).

الضوء الذي يقابل أي جسم في طريقه ينعكس من سطحه. وإذا لم يكن أملساً فيحدث الانعكاس في اتجاهات عديدة ويتشتت الضوء، وعندما يكون السطح أملساً تخرج منه جميع الأشعة موازية لبعضها البعض ويحصل انعكاس مرآوي، وهكذا ينعكس الضوء عادة منه. السطح الحر للسوائل الباقية ومن المرايا. يمكن أن يكون للمرايا أشكال مختلفة. فهي مسطحة، كروية، سيوندريك، مكافئ، الخ. ينتشر الضوء المنبعث من جسم ما على شكل أشعة تنعكس عند سقوطها على المرآة. إذا اجتمعوا بعد ذلك مرة أخرى في مرحلة ما، فإنهم يقولون إن عمل صورة الكائن نشأ في تلك المرحلة. فإذا ظلت الأشعة منفصلة، ​​ولكن عند نقطة معينة تتقارب امتداداتها، فيظهر لنا أن الأشعة تنبعث منها، وهو المكان الذي يقع فيه الجسم. وهذا ما يسمى بالصورة الافتراضية التي يتم إنشاؤها في خيال الملاحظة. بمساعدة المرايا المقعرة، يمكنك عرض صورة على سطح ما أو جمع ضوء ضعيف قادم من جسم بعيد عند نقطة واحدة، كما يحدث عند مراقبة النجوم باستخدام تلسكوب عاكس. في كلتا الحالتين، تكون الصورة حقيقية، ويتم استخدام مرايا أخرى لرؤية الجسم بالحجم الطبيعي (المرايا المسطحة العادية)، أو مكبرة (يتم حمل هذه المرايا في حقيبة اليد) أو مصغرة (مرايا الرؤية الخلفية في السيارات). الصور الناتجة خيالية (افتراضية). وبمساعدة المرايا المنحنية وغير الكروية يمكنك تشويه الصورة.

V. تطبيق قانون انكسار الضوء. (الشرائح 22-23).

أ) مسار الأشعة في طبق زجاجي .

ب) مسار الأشعة في المنشور الثلاثي . بناء وشرح. (طالب في السبورة)

ج) الخبرة: تطبيق قانون الانكسار. (رسالة الطالب.) (الشريحتان 24)

غالبًا ما يتعرض السباحون عديمي الخبرة لخطر كبير لمجرد أنهم ينسون نتيجة غريبة لقانون انكسار الضوء. إنهم لا يعرفون أن الانكسار يبدو أنه يرفع كل الأشياء المغمورة في الماء إلى أعلى من موضعها الحقيقي. يبدو للعين أن قاع البركة أو النهر أو الخزان يرتفع بمقدار ثلث عمقه تقريبًا. ومن المهم بشكل خاص معرفة ذلك بالنسبة للأطفال والأشخاص قصار القامة بشكل عام، الذين قد يكون الخطأ في تحديد العمق قاتلاً بالنسبة لهم. والسبب هو انكسار أشعة الضوء.

الخبرة: وضع قطعة نقدية في أسفل الكأس أمام الطلاب بهذا الشكل. حتى لا يراها الطالب. اطلب منه، دون أن يدير رأسه، أن يصب الماء في الكوب، ثم "تطفو" العملة المعدنية. إذا قمت بإزالة الماء من الكوب باستخدام حقنة، فإن الجزء السفلي الذي به العملة المعدنية "سينخفض" مرة أخرى. اشرح التجربة. قم بإجراء التجربة على الجميع في المنزل.

ز) مهمة.العمق الحقيقي لمنطقة الخزان هو 2 متر. ما هو العمق الظاهري للإنسان الذي ينظر إلى القاع بزاوية 60 درجة مع سطح الماء؟ معامل انكسار الماء 1.33. (الشرائح 25-26).

ه) أسئلة للمراجعة . (الشريحة 27-28).

السادس. انعكاس داخلي كامل. الأجهزة البصرية

أ) الانعكاس الداخلي الكلي. الأجهزة البصرية . (رسالة الطالب)

(الشرائح 29-35)

يحدث الانعكاس الداخلي الكلي عندما يضرب الضوء الحد الفاصل بين وسط أكثر كثافة بصريًا ووسط أقل كثافة. يستخدم الانعكاس الداخلي الكلي في العديد من الأجهزة البصرية. الزاوية المحددة للزجاج هي 35 درجة -40 درجة اعتمادًا على معامل الانكسار لنوع معين من الزجاج. ولذلك، في المنشورات بزاوية 45 درجة، سيشهد الضوء انعكاسًا داخليًا كليًا.

سؤال. لماذا يعد استخدام المنشورات الدوارة والدوارة أفضل من استخدام المرايا؟

أ) تعكس ما يقرب من 100 ضوء، حيث أن أفضل المرايا تعكس أقل من 100 ضوء. وتكون الصورة أكثر سطوعًا.

ج) تظل خصائصها دون تغيير حيث أن المرايا المعدنية تتلاشى مع مرور الوقت بسبب أكسدة المعدن.

طلب. تستخدم المنشورات الدوارة في المناظير. يتم استخدام المنشورات العكسية في المناظير. في النقل، يتم استخدام عاكس الزاوية - عاكس، يتم تثبيته في الخلف - أحمر، في الأمام - أبيض، على المتحدث من عجلات الدراجات - برتقالي. عاكس أو جهاز بصري يعكس الضوء إلى المصدر الذي يضيئه، بغض النظر عن زاوية سقوط الضوء على السطح. وقد تم تجهيز جميع المركبات والأقسام الخطرة من الطرق بها. مصنوعة من الزجاج أو البلاستيك.

ب) أسئلة للتكرار. (الشريحة 36).

ج) الألياف الضوئية . (رسالة الطالب). (الشرائح 37-42).

تعتمد الألياف الضوئية على الانعكاس الداخلي الكلي للضوء. وتكون الألياف إما زجاجية أو بلاستيكية. قطرها صغير جدًا - بضعة ميكرومترات. وتسمى حزمة من هذه الألياف الرقيقة مرشدًا ضوئيًا، ويتحرك الضوء على طولها تقريبًا دون فقد، حتى لو أُعطي مرشد الضوء شكلًا معقدًا. ويستخدم هذا في المصابيح الزخرفية، لإضاءة النوافير.

تُستخدم الأدلة الضوئية لنقل الإشارات في الهاتف وأنواع الاتصالات الأخرى. الإشارة عبارة عن شعاع ضوئي مُشكل ويتم إرسالها بخسارة أقل من إرسال إشارة كهربائية عبر الأسلاك النحاسية.

تُستخدم الأدلة الضوئية في الطب لنقل صور واضحة. ومن خلال إدخال “المنظار” عبر المريء، يتمكن الطبيب من فحص جدران المعدة. ترسل بعض الألياف الضوء لإضاءة المعدة، بينما يحمل البعض الآخر الضوء المنعكس. كلما زاد عدد الألياف وكانت أرق، كانت الصورة أفضل. يكون المنظار مفيدًا عند فحص المعدة وغيرها من المناطق التي يصعب الوصول إليها، أو عند إعداد المريض لعملية جراحية، أو عند البحث عن الإصابات والأضرار بدون جراحة.

في دليل الضوء، ينعكس الضوء بالكامل من السطح الداخلي للزجاج أو الألياف البلاستيكية الشفافة. توجد عدسات في كل طرف من طرفي دليل الضوء. في النهاية تواجه الكائن. تقوم العدسة بتحويل الأشعة المنبعثة منها إلى شعاع متوازي. يوجد في النهاية أمام المراقب تلسكوب يسمح لك بمشاهدة الصورة.

سابعا. السراب. (يقول الطالب، ويكمل المعلم) (الشرائح 43-46).

واجه جيش نابليون الفرنسي سرابًا في مصر في القرن الثامن عشر. ورأى الجنود أمامهم "بحيرة بها أشجار". السراب كلمة فرنسية تعني "الانعكاس كما في المرآة". تمر أشعة الشمس عبر مرآة الهواء، مما يؤدي إلى "المعجزات". إذا تم تسخين الأرض جيدا، فإن الطبقة السفلية من الهواء تكون أكثر دفئا بكثير من الطبقات الموجودة أعلاه.

السراب هو ظاهرة بصرية تحدث في جو واضح وهادئ مع اختلاف درجات حرارة طبقاته الفردية، وتتكون من حقيقة أن الأجسام غير المرئية الموجودة وراء الأفق تنعكس بشكل منكسر في الهواء.

لذلك، فإن أشعة الشمس، التي تخترق طبقة الهواء، لا تنتقل بشكل مستقيم أبدًا، ولكنها منحنية. وتسمى هذه الظاهرة الانكسار.

للسراب وجوه عديدة. يمكن أن تكون بسيطة ومعقدة وعلوية وسفلية وجانبية.

عندما يتم تسخين الطبقات السفلية من الهواء جيدًا، يُلاحظ وجود سراب سفلي - صورة مقلوبة وهمية للأشياء. يحدث هذا غالبًا في السهوب والصحاري. ويمكن رؤية هذا النوع من السراب في آسيا الوسطى وكازاخستان ومنطقة الفولغا.

إذا كانت طبقات الهواء الأرضية أكثر برودة بكثير من الطبقات العلوية، يحدث السراب العلوي - تخرج الصورة من الأرض وتتدلى في الهواء. تبدو الأشياء أقرب وأعلى مما هي عليه بالفعل. ويلاحظ هذا النوع من السراب في الصباح الباكر، عندما لم يكن لدى أشعة الشمس وقت لتدفئة الأرض.

على سطح البحر في الأيام الحارة، يرى البحارة السفن معلقة في الهواء، وحتى الأجسام البعيدة عن الأفق.

ثامنا. عمل مستقل. امتحان - 5 دقائق. (الشرائح 47-53).

1. الزاوية بين الشعاع الساقط ومستوى المرآة هي 30 درجة. ما هي زاوية الانعكاس؟

2. لماذا يعتبر اللون الأحمر إشارة خطر للنقل؟

أ) المرتبطة بلون الدم؛

ب) يلفت الأنظار بشكل أفضل؛

ج) لديه أدنى معامل الانكسار؛

د) أقل تشتت في الهواء

3. لماذا يرتدي عمال البناء خوذات برتقالية؟

أ) اللون البرتقالي مرئي بوضوح من مسافة بعيدة؛

ب) يتغير قليلا خلال سوء الاحوال الجوية؛

ج) لديه أقل تشتت للضوء؛

د) وفقا لمتطلبات سلامة العمل.

4. كيف يمكننا تفسير لعب الضوء في الأحجار الكريمة؟

أ) حوافها مصقولة بعناية؛

ب) معامل الانكسار العالي.

ج) الحجر له شكل متعدد السطوح منتظم؛

د) الموضع الصحيح للحجر الكريم بالنسبة لأشعة الضوء.

5. كيف تتغير الزاوية بين الأشعة الساقطة على مرآة مسطحة والأشعة المنعكسة إذا زادت زاوية السقوط بمقدار 15 درجة؟

أ) سيزيد بمقدار 30 درجة؛

ب) سينخفض ​​بمقدار 30 درجة؛

ج) سيزيد بمقدار 15 درجة؛

د) سيزيد بمقدار 15 درجة؛

6. ما هي سرعة الضوء في الماس إذا كان معامل انكساره 2.4؟

أ) حوالي 2,000,000 كم/ثانية؛

ب) حوالي 125000 كم/ثانية؛

ج) سرعة الضوء لا تعتمد على الوسط أي. 300000 كم/ثانية؛

د) 720000 كم/ث.

تاسعا. تلخيص الدرس. العمل في المنزل. (الشرائح 54-56).

تحليل وتقييم أنشطة الطلاب في الدرس. يناقش الطلاب فعالية الدرس مع المعلم ويقيمون أدائهم.

1. كم عدد الإجابات الصحيحة التي حصلت عليها؟

3. هل تعلمت شيئا جديدا؟

4. أفضل متحدث.

2) قم بالتجربة باستخدام عملة معدنية في المنزل.

الأدب

1. جوروديتسكي د.ن. اختبار في الفيزياء “الثانوية العامة” 1987
2. ديمكوفيتش ف.ب. مجموعة مسائل في الفيزياء "التنوير" 2004
3. جيانكول د. الفيزياء. دار النشر "مير" 1990
4. بيرلمان أ. دار الفيزياء الترفيهية للنشر "العلم" 1965
5. لانسبيرج جي.دي. كتاب الفيزياء الابتدائي دار نشر ناوكا 1972
6. موارد الإنترنت

تستخدم ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي في الألياف الضوئية لنقل الإشارات الضوئية لمسافات طويلة. إن استخدام انعكاس المرآة التقليدية لا يعطي النتيجة المرجوة، حيث أن المرآة ذات الجودة العالية (المطلية بالفضة) تمتص ما يصل إلى 3٪ من الطاقة الضوئية. عند نقل الضوء لمسافات طويلة، تقترب طاقة الضوء من الصفر. عند دخول دليل الضوء، يتم توجيه الشعاع الساقط بزاوية أكبر بشكل واضح من الزاوية المحددة، مما يضمن انعكاس الشعاع دون فقدان الطاقة. تصل أدلة الضوء، المكونة من ألياف فردية، إلى قطر شعرة الإنسان، مع سرعة نقل أسرع من سرعة تدفق التيار، مما يسمح بنقل المعلومات بشكل أسرع.

يتم استخدام أدلة ضوء الألياف بنجاح في الطب. على سبيل المثال، يتم إدخال دليل ضوئي إلى المعدة أو إلى منطقة القلب لإضاءة أو مراقبة مناطق معينة من الأعضاء الداخلية. يتيح لك استخدام أدلة الضوء فحص الأعضاء الداخلية دون إدخال المصباح الكهربائي، أي القضاء على احتمال ارتفاع درجة الحرارة.

و) قياس الانكسار (من اللاتينية refractus - المنكسر واليونانية metreo - قياس) - طريقة تحليل تعتمد على ظاهرة انكسار الضوء عند المرور من وسط إلى آخر. إن انكسار الضوء، أي التغير في اتجاهه الأصلي، يرجع إلى اختلاف سرعات توزيع الضوء في الوسائط المختلفة.

28. استقطاب الضوء. الضوء طبيعي ومستقطب. المواد الفعالة بصريا. قياس تركيز المحلول بواسطة زاوية دوران مستوى الاستقطاب (قياس الاستقطاب).

أ) استقطاب الضوء هو فصل الأشعة ذات الاتجاه المحدد للناقل الكهربائي عن شعاع الضوء الطبيعي.

ب ) ضوء طبيعي(الضوء غير المستقطب) - مجموعة من الموجات الضوئية غير المتماسكة بكل الاتجاهات الممكنة للكثافة الكهربائية المغناطيسية. الحقول بسرعة وبشكل عشوائي استبدال بعضها البعض. الضوء المنبعث من مركز الإشعاع (ذرة، جزيء، وحدة شبكية بلورية، وما إلى ذلك)، عادة ما يكون مستقطبًا خطيًا ويحافظ على حالة الاستقطاب لمدة 10-8 ثوانٍ أو أقل (وهذا يتبع من تجارب مراقبة تداخل أشعة الضوء عند اختلاف مسار كبير ، لذلك قد تتداخل الموجات المنبعثة في بداية ونهاية الفترة الزمنية المحددة). في الفصل التالي من الإشعاع، قد يكون للضوء اتجاه استقطاب مختلف. عادة، يتم ملاحظة الإشعاع الصادر من عدد كبير من المراكز في وقت واحد، ويكون اتجاهه مختلفًا ويتغير وفقًا لقوانين الإحصاء. هذا الإشعاع هو E. s.<Мн. источники света (раскалённые тела, светящиеся газы) испускают свет, близкий к Е. с., но всё же в небольшой степени поляризованный. Это объясняется прохождением света внутри источника от глубинных слоев наружу и прохождением света через среду от источника к наблюдателю (поляризация при отражении, при рассеянии света средой, дихроизм среды и т. п.). Близок к Е. с. прямой солнечный свет.

الضوء المستقطب -موجات الضوء التي تنتقل اهتزازاتها الكهرومغناطيسية في اتجاه واحد فقط. ينتشر الضوء العادي في كل الاتجاهات بشكل متعامد مع اتجاه حركته. اعتمادا على شبكة التذبذبات، يميز العلماء ثلاثة أنواع من الاستقطاب: الخطي (المستوي)، الدائري والإهليلجي. في الضوء المستقطب خطيًا، تقتصر الاهتزازات الكهربائية على اتجاه واحد فقط، ويتم توجيه الاهتزازات المغناطيسية في زوايا قائمة. يحدث الضوء المستقطب خطيًا عندما ينعكس، على سبيل المثال، من لوح زجاج أو سطح الماء، عندما يمر الضوء عبر أنواع معينة من البلورات، مثل الكوارتز أو التورمالين أو الكالسيت. تُستخدم المواد المستقطبة في النظارات الشمسية المستقطبة لتقليل الوهج عن طريق تشتيت الضوء الذي يصبح مستقطبًا عند انعكاسه.

الخامس) المواد الفعالة بصريا- الوسائط ذات النشاط البصري الطبيعي. النشاط البصري هو قدرة الوسط (البلورات والمحاليل وأبخرة المادة) على التسبب في دوران مستوى استقطاب الإشعاع البصري (الضوء) الذي يمر عبره. طريقة دراسة النشاط البصري هي قياس الاستقطاب.

د) إن سرعة ودقة تحديد تركيز العديد من المحاليل جعلت هذه الطريقة منتشرة على نطاق واسع بصريًا. لأنه يقوم على ظاهرة دوران مستوى استقطاب الضوء.

تسمى المواد القادرة على تدوير مستوى استقطاب الضوء المستقطب خطيًا الواقع عليها بأنها نشطة بصريًا. يمكن للسوائل النقية (على سبيل المثال، زيت التربنتين)، ومحاليل بعض المواد (محلول مائي من السكر)، وبعض الكربوهيدرات أن تكون نشطة بصريًا. اتجاه دوران مستوى الاستقطاب ليس هو نفسه بالنسبة للمواد المختلفة. إذا نظرت نحو الشعاع الذي يمر عبر مادة ما، فإن جزءًا واحدًا من المواد يدور مستوى الاستقطاب في اتجاه عقارب الساعة (المواد ذات الدوران الأيسر)، والجزء الآخر يدور بشكل عكسي (المواد ذات الدوران الأيسر). تحتوي بعض المواد على تعديلين، أحدهما يدور مستوى الاستقطاب في اتجاه عقارب الساعة، والآخر عكس اتجاه عقارب الساعة (الكوارتز).

يتحول الضوء الطبيعي، الذي يمر عبر المستقطب P، إلى ضوء مستقطب مستوي. ينقل مرشح الضوء F ضوءًا بتردد معين إلى لوحة الكوارتز K. يتم قطع لوحة الكوارتز بشكل عمودي على المحور البصري، وبالتالي، ينتشر الضوء على طول هذا المحور دون انكسار مزدوج. إذا تم ضبط المحلل A مقدمًا، في حالة عدم وجود لوحة كوارتز، على الظلام الدامس (يتم عبور نيكولز)، فعند إدخال لوحة الكوارتز، يضيء مجال الرؤية. للتعتيم تمامًا، تحتاج الآن إلى تدوير المحلل خلال زاوية معينة φ. وبالتالي، فإن الضوء المستقطب الذي يمر عبر الكوارتز لم يكتسب استقطابًا إهليلجيًا، لكنه ظل مستقطبًا خطيًا؛ عند المرور عبر الكوارتز، يتم تدوير مستوى الاستقطاب فقط بزاوية معينة، يتم قياسها بواسطة دوران المحلل A، وهو أمر ضروري لتغميق المجال في وجود الكوارتز. وبتغيير الفلتر، يمكنك أن تجد أن زاوية دوران مستوى الاستقطاب تختلف باختلاف الأطوال الموجية، أي. يحدث التشتت الدوراني.

بالنسبة لطول موجي معين، تتناسب زاوية دوران مستوى الاستقطاب مع سمك اللوحة d:

حيث φ هي زاوية دوران مستوى الاستقطاب؛ د – سمك اللوحة. α - دوران محدد.

ويعتمد الدوران النوعي على الطول الموجي وطبيعة المادة ودرجة الحرارة. على سبيل المثال، الكوارتز لديه α = 21.7 درجة / مم لـ lect = 589 نانومتر و α = 48.9 درجة / مم لـ lect = 405 نانومتر.

عندما ينتشر الضوء المستقطب خطيًا في محلول مادة فعالة بصريًا، تعتمد زاوية دوران مستوى الاستقطاب على سمك الطبقة d وعلى تركيز المحلول C:

في التين. 2، ويتم تعيينها: E1 – ناقل الضوء للمكون الأيسر، E2 – ناقل الضوء للمكون الأيمن، РР – اتجاه المتجه الكلي E.

إذا كانت سرعات انتشار كلتا الموجتين ليست هي نفسها، فعندما تمر عبر المادة، فإن أحد المتجهات، على سبيل المثال E1، سوف يتخلف عن المتجه E2 في دورانه (انظر الشكل 2، ب)، أي. سوف يدور المتجه الناتج E نحو المتجه "الأسرع" E2 ويأخذ الموضع QQ. زاوية الدوران ستكون مساوية لـ φ.

يرجع الاختلاف في سرعة انتشار الضوء مع اتجاهات مختلفة للاستقطاب الدائري إلى عدم تناسق الجزيئات أو الترتيب غير المتماثل للذرات في البلورة. لقياس زوايا دوران مستوى الاستقطاب، يتم استخدام أدوات تسمى مقاييس الاستقطاب ومقاييس السكر.

29.مميزات الإشعاع وامتصاص الطاقة بواسطة الذرات والجزيئات. الأطياف (الانبعاث والامتصاص) الأطياف الذرية والجزيئية والبلورية. القياس الطيفي وتطبيقاته في الطب.

يمكن أن تكون الذرة والجزيء في حالات طاقة ثابتة. في هذه الحالات لا تبعث ولا تمتص الطاقة. يتم تمثيل حالات الطاقة بشكل تخطيطي كمستويات. أدنى مستوى للطاقة - المستوى الأساسي - يتوافق مع الحالة الأرضية.

أثناء التحولات الكمومية، تقفز الذرات والجزيئات من حالة ثابتة إلى أخرى، ومن مستوى طاقة إلى آخر. يرتبط التغير في حالة الذرات بتحولات الطاقة للإلكترونات. في الجزيئات، يمكن أن تتغير الطاقة ليس فقط نتيجة التحولات الإلكترونية، ولكن أيضًا بسبب التغيرات في الاهتزازات الذرية والانتقالات بين مستويات الدوران. عند الانتقال من مستويات طاقة أعلى إلى مستويات أقل، تعطي الذرة أو الجزيء طاقة، وأثناء التحولات العكسية تمتصها. الذرة في حالتها الأرضية لا يمكنها إلا أن تمتص الطاقة. هناك نوعان من التحولات الكمومية:

1) بدون إشعاع أو امتصاص للطاقة الكهرومغناطيسية بواسطة ذرة أو جزيء. يحدث هذا التحول غير الإشعاعي عندما تتفاعل ذرة أو جزيء مع جزيئات أخرى، على سبيل المثال أثناء الاصطدام. يتم التمييز بين الاصطدام غير المرن، حيث تتغير الحالة الداخلية للذرة ويحدث انتقال غير إشعاعي، والمرونة - مع تغير في الطاقة الحركية للذرة أو الجزيء، ولكن مع الحفاظ على الحالة الداخلية ;

2) مع انبعاث أو امتصاص الفوتون. طاقة الفوتون تساوي الفرق بين طاقات الحالة الثابتة الأولية والنهائية للذرة أو الجزيء

اعتمادا على السبب الذي يسبب التحول الكمي مع انبعاث الفوتون، يتم التمييز بين نوعين من الإشعاع. إذا كان هذا السبب هو جسيم داخلي ومثار يتحرك تلقائيا إلى مستوى طاقة أقل، فإن هذا الإشعاع يسمى عفويا. إنه عشوائي وفوضوي في الوقت والتردد (قد يكون هناك انتقالات بين مستويات فرعية مختلفة) واتجاه الانتشار والاستقطاب. تنبعث مصادر الضوء التقليدية في الغالب من إشعاعات تلقائية. نوع آخر من الإشعاع هو الإشعاع القسري أو المستحث، ويحدث عندما يتفاعل الفوتون مع جسيم متحمس إذا كانت طاقة الفوتون مساوية للفرق في مستويات الطاقة. نتيجة للانتقال الكمي القسري، سينتشر فوتونان متطابقان من الجسيم في اتجاه واحد: أحدهما أساسي، قسري، والآخر ثانوي، منبعث. تشكل الطاقة المنبعثة من الذرات أو الجزيئات طيف الانبعاث، والطاقة الممتصة تشكل طيف الامتصاص.

لا تحدث التحولات الكمومية بين أي مستويات الطاقة. يتم وضع قواعد الاختيار، أو الحظر، التي تصوغ الشروط التي بموجبها تكون التحولات ممكنة أو مستحيلة أو غير محتملة.

مستويات الطاقة لمعظم الذرات والجزيئات معقدة للغاية. إن بنية المستويات، وبالتالي الأطياف، لا تعتمد فقط على بنية الذرة أو الجزيء الواحد، ولكن أيضًا على العوامل الخارجية.

الأطياف هي مصدر للمعلومات المختلفة.

بداية، يمكن التعرف على الذرات والجزيئات حسب نوع الطيف، وهو جزء من مهمة التحليل الطيفي النوعي. تحدد شدة الخطوط الطيفية عدد الذرات الباعثة (الممتصة) - التحليل الطيفي الكمي. في هذه الحالة، من السهل نسبيًا العثور على شوائب بتركيزات تتراوح بين 10~5-10~6% وتحديد تركيبة عينات ذات كتلة صغيرة جدًا - تصل إلى عدة عشرات من الميكروجرامات.

من خلال الأطياف يمكن الحكم على بنية الذرة أو الجزيء، وبنية مستويات الطاقة الخاصة بها، وحركة الأجزاء الفردية من الجزيئات الكبيرة، وما إلى ذلك. بمعرفة اعتماد الأطياف على المجالات المؤثرة على الذرة أو الجزيء، يمكن الحصول على معلومات حول الموقع النسبي للجزيئات، حيث أن تأثير الذرات (الجزيئات) المجاورة يتم من خلال المجال الكهرومغناطيسي.

تتيح دراسة أطياف الأجسام المتحركة، بناءً على تأثير دوبلر البصري، تحديد السرعات النسبية لباعث ومستقبل الإشعاع.

إذا اعتبرنا أنه من خلال طيف مادة ما، من الممكن استخلاص استنتاجات حول حالتها ودرجة حرارتها وضغطها وما إلى ذلك، فيمكننا أن نقدر تقديرًا عاليًا استخدام الإشعاع وامتصاص الذرات والجزيئات للطاقة كطريقة بحث.

اعتمادا على طاقة (تردد) الفوتون المنبعث أو الممتص من قبل الذرة (أو الجزيء)، يتم تصنيف الأنواع التالية من التحليل الطيفي: الراديو والأشعة تحت الحمراء والإشعاع المرئي والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية.

بناءً على نوع المادة (مصدر الطيف)، يتم تمييز الأطياف الذرية والجزيئية والأطياف البلورية.

الأطياف الجزيئية- أطياف الامتصاص أو الانبعاث أو التشتت الناشئة أثناء التحولات الكمومية للجزيئات من نفس الطاقة. الدول إلى أخرى. آنسة. يتحدد من خلال تكوين الجزيء وبنيته وطبيعة المادة الكيميائية. التواصل والتفاعل مع الخارج الحقول (وبالتالي مع الذرات والجزيئات المحيطة بها). نائب. المميزة هي M. s. الغازات الجزيئية المتخلخلة، عندما لا يكون هناك توسيع للخطوط الطيفية بالضغط: يتكون هذا الطيف من خطوط ضيقة بعرض دوبلر.

أرز. 1. رسم تخطيطي لمستويات الطاقة لجزيء ثنائي الذرة: أو ب-المستويات الإلكترونية. ش " وأنت "" - أعداد الكم الاهتزازية؛ ي"و ج"" - أرقام الكم الدورانية.

وفقًا لثلاثة أنظمة لمستويات الطاقة في الجزيء - الإلكترونية والاهتزازية والدورانية (الشكل 1) ، M. s. تتكون من مجموعة من الاهتزازات الإلكترونية. وتدوير. الأطياف وتقع في مجموعة واسعة من المغن. الموجات - من ترددات الراديو إلى الأشعة السينية. مناطق الطيف. ترددات التحولات بين الدورات. تقع مستويات الطاقة عادة في منطقة الموجات الميكروية (على مقياس موجة 0.03-30 سم -1)، وترددات التحولات بين التذبذبات. المستويات - في منطقة الأشعة تحت الحمراء (400-10.000 سم -1)، وترددات التحولات بين المستويات الإلكترونية - في المناطق المرئية والأشعة فوق البنفسجية من الطيف. وهذا التقسيم مشروط، لأنه غالبا ما يتم تدويره. تقع التحولات أيضًا في منطقة الأشعة تحت الحمراء والتذبذبات. التحولات - في المنطقة المرئية، والتحولات الإلكترونية - في منطقة الأشعة تحت الحمراء. عادةً ما تكون التحولات الإلكترونية مصحوبة بتغيرات في الاهتزازات. طاقة الجزيء، ومع الاهتزازات. التحولات تتغير وتدور. طاقة. لذلك، يمثل الطيف الإلكتروني في أغلب الأحيان أنظمة اهتزازات الإلكترون. يتم اكتشاف دورانها باستخدام معدات طيفية عالية الدقة. بناء. شدة الخطوط والمشارب في M. s. يتم تحديده من خلال احتمالية التحول الكمي المقابل. نائب. تتوافق الخطوط المكثفة مع الانتقال الذي تسمح به قواعد الاختيار إلى M. s. وتشمل أيضًا أطياف أوجيه وأطياف الأشعة السينية. الأطياف الجزيئية(لم يتم تغطيتها في المقالة؛ انظر تأثير أوجيه، التحليل الطيفي أوجي، أطياف الأشعة السينية، التحليل الطيفي للأشعة السينية).

أطياف البلورات(بصري) متنوعة في البنية. إلى جانب الخطوط الضيقة، فإنها تحتوي على نطاقات واسعة (نسبة التردد n إلى سرعة الضوء معمن الكسور إلى عدة آلاف. سم -1) ومناطق مستمرة من الطيف تمتد على مدى عشرات الآلاف من الكيلومترات. سم -1(سم. الأطياف الضوئية). في منطقة الأشعة تحت الحمراء من أطياف الامتصاص، يتم ملاحظة نطاقات مرتبطة بالتحولات الكمومية بين مستويات الطاقة الناتجة عن الحركات الاهتزازية للجسيمات البلورية، والتي تكون مصحوبة بتغيرات في عزم ثنائي القطب الكهربائي: يتم امتصاص الفوتون ويولد الكم. اهتزازات الشبكة البلورية - الفونون.العمليات المصاحبة لإنتاج العديد من الفونونات تؤدي إلى "طمس" الطيف المرصود وتعقيده. عادةً ما تحتوي البلورة الحقيقية على عيوب هيكلية (انظر الشكل 1). عيوب في البلورات), بالقرب منها يمكن أن تحدث اهتزازات محلية، على سبيل المثال، الاهتزازات الداخلية لجزيء الشوائب. في هذه الحالة، تظهر خطوط إضافية مع "أقمار صناعية" محتملة في الطيف، بسبب اتصال الاهتزازات المحلية باهتزازات الشبكة. في أشباه الموصلاتتشكل بعض الشوائب مراكز تتحرك فيها الإلكترونات في مدارات تشبه الهيدروجين. أنها تعطي طيف امتصاص في منطقة الأشعة تحت الحمراء، يتكون من سلسلة من الخطوط تنتهي بنطاق امتصاص مستمر (تأين الشوائب). امتصاص الضوء عن طريق توصيل الإلكترونات والثقوب الموجودة في أشباه الموصلات و المعادنيبدأ أيضًا في منطقة الأشعة تحت الحمراء (انظر البصريات المعدنية). في أطياف البلورات المرتبة مغناطيسيًا، تظهر المغنونات بشكل مشابه للفونونات (انظر الشكل 1). موجات تدور).

في طيف الضوء المبعثر، نتيجة تفاعل الضوء مع الاهتزازات الشبكية، حيث تتغير قابلية استقطاب البلورة، مع خط التردد الأولي n o، تظهر الخطوط منزاحة على جانبيها بفعل تردد الاهتزازات الشبكية ، والذي يتوافق مع إنشاء أو امتصاص الفونونات (انظر. رامان تشتت الضوء، أرز. 1 ). تؤدي اهتزازات الشبكة الصوتية إلى حقيقة أنه عندما ينتشر الضوء على التقلبات الحرارية، تظهر الأقمار الصناعية الجانبية أيضًا بالقرب من خط رايلي المركزي (غير المزاح) بسبب التشتت عند تقلبات كثافة الانتشار (انظر الشكل 1). تشتت الضوء).

معظم البلورات غير المعدنية خارج منطقة الأشعة تحت الحمراء تكون شفافة في نطاق تردد معين. يحدث الامتصاص مرة أخرى عندما تصبح طاقة الفوتون عالية بما يكفي لتتسبب في انتقال الإلكترونات من نطاق التكافؤ العلوي المملوء إلى الجزء السفلي من نطاق توصيل البلورة. يعكس طيف هذا الامتصاص الذاتي المكثف للضوء بنية نطاقات الطاقة الإلكترونية للبلورة ويمتد أكثر إلى النطاق المرئي حيث يتم "تشغيل" التحولات بين نطاقات الطاقة الأخرى. يحدد موضع حافة الامتصاص الذاتي لون البلورة المثالية (بدون عيوب). بالنسبة لأشباه الموصلات، تقع حدود الموجة الطويلة لمنطقة الامتصاص الداخلي في المنطقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء، البلورات الأيونية -في المنطقة القريبة من الأشعة فوق البنفسجية. إلى جانب التحولات المباشرة للإلكترونات، تساهم التحولات غير المباشرة أيضًا في الامتصاص الجوهري للبلورة، حيث يتم إنشاء أو امتصاص الفونونات بشكل إضافي. يمكن أن تكون انتقالات الإلكترونات من نطاق التوصيل إلى نطاق التكافؤ مصحوبة بإشعاع إعادة التركيب.

يمكن لإلكترون التوصيل والثقب، بسبب الجذب الكهروستاتيكي، أن يشكلا حالة مرتبطة - إكسيتون. يمكن أن يختلف طيف الإكسيتونات من سلسلة شبيهة بالهيدروجين إلى نطاقات عريضة. تقع خطوط امتصاص الإكسيتون عند حدود الطول الموجي الطويل لامتصاص البلورة نفسها، والإكسيتونات مسؤولة عن أطياف الامتصاص الإلكتروني للبلورات الجزيئية. الإكسيتون معروف أيضًا التلألؤ.

عادة ما تقع طاقات التحولات الإلكترونية بين المستويات المحلية لمراكز العيوب في منطقة الشفافية للبلورة المثالية، والتي تحدد في كثير من الأحيان لون البلورة. على سبيل المثال، في بلورات الهاليد القلوية إثارة إلكترون موضعي في الأنيون الشواغر(مركز اللون F)، يؤدي إلى اللون المميز للبلورة. تشكل أيونات الشوائب المختلفة (على سبيل المثال، Tl في KCl) مراكز التلألؤ في الفوسفور البلوري. أنها تعطي أطياف اهتزازية إلكترونية (فيبرونية). إذا كان التفاعل بين الإلكترون والفونون (الاهتزازي) في مركز العيب ضعيفًا، فسيظهر خط صفر فونون ضيق وشديد في الطيف (نظير بصري للخط تأثير موسباور ), بجواره يوجد "جناح فونون" ذو هيكل يعكس ديناميكيات البلورة ذات الشوائب ( أرز. 3 ). ومع زيادة التفاعل الاهتزازي، تقل شدة خط الفونون الصفري. ينتج عن الاقتران الاهتزازي القوي نطاقات واسعة وغير هيكلية. نظرًا لأن جزءًا من طاقة الإثارة في عملية الاسترخاء الاهتزازي قبل الإشعاع يتبدد في بقية البلورة، فإن الحد الأقصى لنطاق التلألؤ يقع على جانب الطول الموجي الطويل لنطاق الامتصاص (قاعدة ستوكس). في بعض الأحيان، بحلول الوقت الذي ينبعث فيه الكم الضوئي، لم يتم بعد إنشاء توزيع متوازن بين المستويات الفرعية الاهتزازية في المركز، ويكون التلألؤ "الساخن" ممكنًا.

إذا كانت البلورة تحتوي على ذرات أو أيونات انتقالية أو عناصر أرضية نادرة كشوائب، غير مكتملة F-أو قذائف d، فيمكن ملاحظة الخطوط الطيفية المنفصلة المقابلة للتحولات بين المستويات الفرعية الناتجة عن تقسيم المستويات الذرية بواسطة مجال كهربائي داخل البلورة

قياس الطيف هو مجموعة من الأساليب والنظريات لقياس الأطياف الكهرومغناطيسية. الإشعاع ودراسة الخواص الطيفية للمواد والأجسام في العلوم البصرية. نطاق الطول الموجي (~ 1 نانومتر - 1 مم). يتم إجراء القياسات في S. باستخدام الأجهزة الطيفية.