Az optikai szál használata a fizikai órákban
Az optikai szál használata a fizikai órákban
Az iskolás fiú megérti a fizikai élményt, csak akkor, ha jól csinálja. De még jobb, megérti, ha az eszközt a kísérlethez teszi.
Fizikai kísérlet. A leckében való elhelyezése lehetővé teszi a tanár számára, hogy ne csak a fizikai jelenségeket vizsgálja meg részletesen, hanem felhívja a diákok figyelmét a konkrét fizikai törvények legfontosabb jellemzőjére - bármelyikük alapvető korlátozására.
1. Az egyenes vonalú fény terjedése és fényvezető joga
A fény terjedésének jelenségét különösen az egyenlőtlen terjedés törvénye írja le. A nyolcadik évfolyam fizika tankönyvében ez a törvény vastag betűkkel íródott: "A fény átlátszó homogén közegben egyenletesen propagál". Megemlítik, hogy az árnyék kialakulása e törvény egyik tapasztalt bizonyítéka. Mindazonáltal az árnyék csak akkor nyerhető, ha egy ettől eltérő testet vezet be a homogén közegbe, ha a közeg optikailag nem egységes.
A 11. fokozatú oktatói kézikönyvben a négyszögletes fény terjedését a Huygens-Fresnel elvvel végezzük. A tanár kézikönyvében meg tudod felelni a vonatkozó kísérletek elvégzésére vonatkozó ajánlásoknak. A fény azonban nem mindig homogén közegben egyenletesen propagál.
Vegyünk például egy üveg vagy plexiüveg optikai szálakkal. A fény esetében ez átlátszó, homogén közeg, de a fény a fényvezetőben terjed. nem egyszerű. Inkább a mag * belsejében a fény valóban egyenes vonalú, de amikor eléri a maghéj határát, teljes belső reflexióvá válik és megváltoztatja a terjedési irányt.
Itt az ideje, hogy beszéljünk az adott fizikai törvények alkalmazhatóságáról. Ezek magukban foglalják a direkt vonal terjedésének törvényét, csak egy határtalan, homogén közeg esetében alkalmazható. Ezért a készítményt finomítani kell: a fény egyenletesen propagál áttetsző, optikailag homogén, határtalan közegben. Valamivel később a hallgatók megtudják, hogy ha a környezet korlátozott, akkor a felületen előfordulhatnak olyan jelenségek, mint a fény visszaverődése, fénytörése és felszívódása. Ugyanez a jelenség akkor fordul elő, ha egy inhomogenitás optikailag homogén közegbe kerül, ebben az esetben interferencia, diffrakció és fényszóródás lép fel.
2. Hogyan készítsünk könnyű útmutatót?
Az optikai szál megjelenésének működése és a fényforrás rögzítési módja az 1. ábrán látható. A 4 mm vastagságú plexiüvegből két csíkot vágtak ki, amelyek körülbelül 50 cm hosszúak és 10 mm szélesek voltak. A csíkok végeit és keskeny oldalfelületét egymás után csiszolják még finomabb csiszolópapírral. Durva ruhát vagy egy kevés feltétet kevernek meg petróleummal, és csiszolják az GOI polírozó pasztát, és kezeljék először mindkét csík végeit, majd az egyikük oldalfelületeit. A polírozás mindaddig szükséges, amíg a kezelendő felületek teljesen átlátszóak.
Vegyük az egyik csíkot a vége felé, helyezzük a forró elektromos tűzhely fölé. Mozgassa és forgassa el a csíkot, tartsa a csempe fölött, amíg teljesen le nem pattan, majd gyorsan hajoljon úgy, hogy két hajlított térde kiderüljön. Rögzítse a terméket úgy, hogy amikor lehűl, megtartja alakját. A második csík ugyanolyan ívelt, mint az első mint sablon. Általánosságban elmondható, hogy a fényvezető alakja tetszőleges lehet, az ajánlott egyszerűen egyszerűbb a képzési kísérletekben. Kívánatos, hogy a szálkötések görbületi sugara legalább 15 mm legyen.
Pick PVC cső átmérője körülbelül 10 mm, és egy izzó feszültsége 3,5 vagy 6,5 V. A socle izzó forrasztható hajlékony vezetékeihez körülbelül 60 cm. A levágás csőszakasz 40 mm hosszúságú, és helyezze az izzót úgy, hogy teljesen megszűnt. A kapott patron egy villanykörtével a fényvezető egyik végén helyezkedik el. A kísérleti eszköz készen áll.
3. Demonstrációs kísérletek
Ezek a legnagyobb hatással lesznek, ha a hallgatóknak lehetőségük van a hallgatói tapasztalatok egyidejű elvégzésére munkahelyükön.
Tapasztalat 1. Mutassa be a hallgatóknak a fényvezetőt és az izzót. A lámpán helyezze fel a fedelet, és csatlakoztassa a fényvezető egyik végéhez. Kapcsolja be az áramellátást, és mutassa meg, hogy a fény csak a fényvezető második végén keresztül jön ki (1. ábra).
E tapasztalat bemutatásakor a 8. osztály hallgatói rögtön észreveszik az ellentmondást az általuk látott és a tankönyvben leírtak között. Egyedülálló helyzet alakul ki, amely lehetővé teszi a tanár számára, hogy beszéljen általánosságban a fizikai törvények alkalmazhatóságáról és különösen az egyenlített fény terjedésének jogáról. Ugyanakkor nem korlátozhatjuk magunkat arra a tényre, hogy a fény egyenletes vonalának törvénye korlátozott. Meg kell adnia az oka annak, hogy a fénysugár belül az optikai szálat gyakorlatilag veszteség nélkül minden alkalommal, mielőtt a felszínre, a fény teljes belső visszaverődést szenvedett, és visszavezetjük a rost.
Tapasztalat 2. Távolítsa el a burkolatot a villanykörte által a fényvezetőből és cserélje ki a fényvezetőt egy másik, matt keskeny felületű helyére. Kapcsolja be a forrást, és a diákok csodálkozva találják meg, hogy a fény áthalad egy ilyen szálon (2.
Először teljesen elriasztják őket: ezek a keskeny, csillogó szalagok a fény oldalán vezetik az igazi okot, amiért a fény nem halad át rajta. De alapos vizsgálata azt mutatja, hogy a második szál nem különbözik az elsőtől, így arra a következtetésre jutott, hogy valójában, egyre a szőnyeg arc, a szórt fényt rájuk, hogy nagy mértékben túllépve rost. Csak azok a sugarak, amelyek szigorúan a szálas tengely mentén haladnak, nem esnek ezekre az arcokra, és minél kisebb a sugarak, annál hosszabb a fényvezető és annál kisebb a keresztmetszete.
A diákok megfogalmaznak egy hipotézist: ha a matt arcok átlátszanak, akkor a fényvezető elkezdi fényt küldeni.
Tapasztalat 3. A motorolajba áztatott ruhával tisztítsa meg a fényvezető matt széleit, és mutassa be, hogy a fény keresztülfolyik benne.
Ezért ez a feltételezés helyes: egy vékony olajfilm a matt felületen megakadályozza a fényszóródást, és az eredmény majdnem ugyanaz, mintha a szál minden széle ki lett polírozva.
4. kísérlet alatt az optikai hullámvezető a polírozott felületek tegye üveg glicerinnel (ábra. 3), amelynek a törésmutatója közel a törésmutatója plexi (a legrosszabb eredmények használhat egy telített sóoldat). Kapcsolja be a lámpát és mutassa meg, hogy a fény áthalad a fényvezetőn. Merítse a fényvezető alsó ívelt részét egy főzőpohárba folyadékkal, és jelezze, hogy az átvitt fény intenzitása élesen csökken.
Magyarázza el a kísérlet eredményét azzal, hogy a plexi fény a glicerinbe jut, mert ezek a két médium kevéssé optikailag különbözik egymástól, ezért érintkezésben egy optikailag homogén közeghez vezet. Ilyen környezetben a fény egyenesen eléri a határait. Ha a diákok nem ismerik a jelenség a teljes visszaverődés fény, az eredmény a kísérlet is magyarázható az a tény, hogy a határon belülre plexi glicerin fény esik kisebb szögben, mint a határérték, így megtört befelé plexi glicerin.
Az a tény, hogy a fény belép a glicerinbe, a diákok úgy találják, hogy egy pohár fehér papírt helyeznek az üveg alá.
Tapasztalat 5. Mutassa be a fényvezetőt, majd tegye fel egy sötét elektromos szalagot a felső térdére (4. ábra). A fény megáll a fényvezetőn keresztül! Húzza le az elektromos szalagot - megjelenik a fény, újra ragasztja - eltűnik.
A kísérletet azzal magyarázza, hogy a szigetelőszalag ragasztókészítményének törésmutatója közel van a Plexiglas refrakciós indexéhez. Ezért a hajlítás fénye a plexiüvegből származik, és a szalag színes rétege elnyeli.