تدريبات انكسار الضوء فيزياء عاشر متقدم

تدريبات انكسار الضوء فيزياء عاشر متقدم

 انكسار الضوء

انكسار الضوء : انحناء مسار الضوء عند عبوره الحد الفاصل بين وسطين مختلفين 

ويعتمد مقدار الانكسار على :

1- خصائص الوسطين الشفافين 

2- الزاوية التي يسقط بها الضوء على الحد الفاصل 

ظواهر تحدث بسبب الانكسار :

1- تبدو الاشياء تحت سطح الماء أقرب من بعدها الحقيقي عند النظر إليها من الهواء 

2- الأجسام الموجودة تحت سطح الماء تبدة مشوهة 

3- الأجسام الموجودة تحت سطح الماء تبدو متموجة بسبب انحراف مسار الضوء الخارج من الماء مع حركة الحد الفاصل 

قانون سنل في الانكسار :

هو حاصل ضرب معامل انكسار الوسط الأول في جيب زاوية السقوط يساوي حاصل ضرب معامل الانكسار الوسط الثاني في جيب زاوية الانكسار  

حالات الانكسار :

1- عندما ينقل الضوء من وسط معامل انكساره قليل إلى وسط معامل انكساره أكبر فإنه ينكسر مقترباً من العمود القائم 

2- عندما ينقل الضوء من وسط معامل انكساره كبير إلى وسط معامل انكساره أكبر فإنه ينكسر مبتعداً من العمود القائم 

3- عندما يسقط الضوء عمودياً على الحد الفاصل بين وسطين فإنه ينفذ دون ان يعاني أي انكسار 

تطبيقات على الانكسار في علم الفلك :

س : علل يظهر القمر باللون الأحمر خلال مرحلة الخسوف على الرغم من أن الأرض تحجب ضوء الشمس عن القمر ؟

ج- بسبب انكسار الضوء خلال طبقات الغلاف الجوي : فينحرف باتجاه القمر حيث يعمل الغلاف الجوي على تشتيت معظم الضوء الأزرق والأخضر لذا ينير اللون الأحمر القمر والذي بدوره ينعكس إلى الأرض فيبدو احمراً

النموذج الموجي في الانكسار 

عند انتقال الضور من الفراغ إلى وسط معامل انكساره n فإنه يتفاعل مع الذرات فتقل سرعته خلال الوسط كمل يقل طوله الموجي بينما يبقى تردد الضوء ثابتاً 

تعريف معامل الانكسار : هو النسبة ( أو حاصل قسمة ) بين سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة الضوء في الوسط 

الانعكاس الكلي الداخلي :

1- عند سقوط شعاع ضوئي من وسط معامل انكساره أكبر n2 إة وسط معامل انكساره أقل n2  فإن الشعاع الضوئي ينكسر مبتعداً عن العمود 

2- بزيادة زاوية السقوط تزداد زاوية الانكسار تباعا فيقترب الشعاع المنكسر من السطح الفاصل حتى ينطبق الشعاع المنكسر تماما الحد الفاصل بين الوسطين عندها تسمى زاوية السقوط ب الزاوية الحرجة 

3- إذا زادت زاوية السقوط عن الزاوية الحرجة فإن الأشعة الضوئية تنعكس بالكامل عند الحد الفاصل إلى الوسط الذي معامل انكساره أكبر ويسمى ذلك الانعكاس الكلي الداخلي

تعريفات مهمة 

الزاوية الحرجة : هي زاوية السقوط التي تنكسر عندها الشعاع على امتداد الحد الفاصل بين الوسطين (أي أن زاوية الانكسار 90 درجة )

الانعكاس الكلي الداخلي : هو انعكاس الضوء في الوسط الذي معامل انكساره اكبر عند سقوطه  من وسط معامل انكساره كبير إلى وسط معامل انكساره أقل بزاوية سقوط اكبر من الزاوية الحرجة 

حساب الزاوية الحرجة بين وسطين :

قانون الزاوية الحرجة : جيب الزاوية الحرجة يساوي معامل انكسار وسط الانكسار مقسوماً على معامل انكسار وسط السقوط 

ظواهر تحدث بسبب الانعكاس الكلي الداخلي:

1- تبدو الأجسام الموجودة أسفل الماء في بركة سباحة مقلوبة بالنسبة للناظر الموجود داخل الماء عند النظر لأعلى سطح الماء بسبب الانعكاس 

2- قد تختفي الأجسام الموجودة في أسفل سطح الماء بالنسبة للناظر الموجود خارج الماء لأن الضوء القادم من الجسم الموجود في الماء ينعكس لداخل الماء بفعل الانعكاس الكلي الداخلي دون أن يصل للعين 

تطبيقات على الانعكاس الكلي الداخلي:

الألياف البصرية : وهي ألياف تستخدم لنقل الضوء مهما بلغت طولها دون أن تفقد الضوء شدته حيث يدخل الضوء من المصدر إلى أحد طرفي الأليلف البصرية بزاوية سقوط أكبر من الزاوية الحرجة فينعكس انعكاساً كلياً داخلياً وتتكرر العملية أكثر من مرة حتى يصل للطرف الأخر 

 علل : من ميزات استخدام الألياف البصرية أن الضوء يحافظ على شدته على طول المسافة التي يمتدها الليف البصري مهما بلغت  ؟

………………………………………………………………………

………………………………………………………………………..

تفريق (تحليل الضوء )

تفريق الضوء : هو تحلل الضوء الأبيض إلى ألوان الطيف عند مروره خلال منشور زجاجي 

تفسير تفرق الضوء : كل لون من ألوان الطيف له طول موجي وتردد معين مما يجعله يتفاعل بصورة مختلفة مع الزجاج مما يسبب اختلاف سرعة الضوء لألوان الطيف المختلفة خلال الزجاج وبالتالي يكون لكل منها معامل انكسار خاص بها 

علل : اللون (الضوء ) البنفسجي هو أكثر الوان الطيف انكساراً بينما اللون الأحمر هو الأقل عند تفرق الضوء الأبيض في المنشور الزجاجي 

ج- لأن (سرعة الضوء البنفسجي هي الأقل خلال الزجاج ) أو ( لأن تردد الضوء البنفسجي هو الأكبر بين ألوان الطيف ) أو ( لأن الطول الموجي للضوء البنفسجي هو الأقل بين ألوان الطيف )

قوس المطر (قوس قزح )

س : كيف يتشكل قوس المطر :

1- عند سقوط ضوء الشمس على قطرات المطر ينكسر كل لون بزاوية انكسار مختلفة نظراً لاختلاف أطوالها الموجي أو تردداتها 

2- يحدث انعكاس كلي داخلي لجزء من الضوء المنكسر على السطح الخلفي للقطرة 

3- عند خروج الضوء من القطرة يحدث انكسار أخر لذا يزداد التفريق فينتج طيفاً كاملاً من كل قطرة مطر 

4- يرى المراقب لوناً واحداً فقط من كل قطرة بسبب المواقع النسبية للشمس والقطرة والمراقب 

5- نظراً لوجود الكثير من القطرات يظهر للناظر طيفاً كاملاً يصل للعين في صورة قوس قزح وذلك بسبب الضباب 

علل لما يأتي :

1- ظهور قوس مطر ثان بجانب الأول وبألوان باهته ومعكوسة الترتيب 

ج- بسبب انعكاس أشعة الضوء مرتين داخل قطرة الماء (انعكاس الكلي الداخلي) 

2- يصل المراقب لقوس المطر لوناً واحداً فقط من كل قطرة على الرغم من انتاجها اللطيف كاملاً 

ج- بسبب المواقع النسبية للشمس والقطرة والمراقب 

تدريبات متنوعة على الانكسار وقانون سنل 

تدريب 1 : ينتقل شعاع ضوء من الهواء إلى سائل ما كما بالشكل حيث يسقط الشعاع على السائل بزاوية 30 وينكسر بزاوية 22  احسب معامل انكسار السائل باستخدام قانون سنل ؟

…………………………………………………………..

…………………………………………………………..

تدريب 2 : يسقط شعاع ضوئي على زجاج مسطح لأحد جوانب حوض سمك بزاوية مقدارها 40 بالنسبة للعمود المقام فإذا علمت أن معامل انكسار الزجاج 1.5 احسب 

أ- زاوية انكسار الضوء في الزجاج       ب- زاوية انكسار الضوء في الماء 

…………………………………………………………………

………………………………………………………………….

تدريب 3 : سقط ضوء طوله الموجي 650nm على قطعة من الكوارتز التي لها معامل انكسار n=1.458 احسب :

1- سرعة الضوء في الكوارتز  2- الطول الموجي للضوء في الكوارتز    

3- تردد الضوء في تلك المادة 

………………………………………………………………….

………………………………………………………………….

تدريب 4 : إذا كانت سرعة الضوء في البلاستيك الشفاف 1.9*10بالأس 8 m/s وسقط شعلع ضوء على البلاستيك بزاوية 22 فما الزاوية التي ينكسر بها الشعاع 

…………………………………………………………

…………………………………………………………

تدريب 5 : يمثل الشكل أدناه أشعة ضوئية صادرة من مصدر مضئ موجوجد في الماء إذا علمت ام معامل انكسار الضوء في الماء n2 احسب ما يلي :

1- معامل انكسار الضوء في الماء إذا كانت قيمة الزاوية 48.75

………………………………………………………

……………………………………………………..

2- سرعة موجات الضوء في الماء 

…………………………………………………

تدريب 6 : إذا كانت الزاوية الحرجة بين نوع معين من الزجاج والهواء تساوي 41 فاحسب   

1- معامل انكسار هذا النوع من الزجاج 

……………………………………………………………………

2- الزاوية الحرجة إاذ غمر هذا  الزجاج في الماء علماً بأن معامل انكسار الماء 1.33

……………………………………………………………………

تدريب 7 : 

1-رؤية صورة الشمس فوق الأفق تماما ً على الرغم انها قد غابت فعلاً ؟

ج- بسبب انكسار أشعة الضوء في الغلاف الجوي 

2- على الرغم من انكسار ضوء الشمس أثناء مروره في الغلاف الجوي إلا أنه لا يتحلل إلى طيف ؟

ج- لأن سرعة الألوان المختلفة للضوء في الهواء متساوية 

3- لا تستطيع رؤية قوس المطر في السماء جنوباً إذا كنت في نصف الكرة الشمالي ؟

ج- لأن قوس المطر لا يمكن رؤيته إلا إذا سقطت أشعة الضوء م خلفك بزاوية لا تتعدى 42 مع الأفق وهذا لا يمكن حصوله عندما تنتظر جنوباً من موقعك في نصف الكرة الشمالي 

تدريب 8 : وضع مصدر ضوء في قاع حوض سباحة على عمق 2m من سطح الماء ويبعد عن طرف الحوض 1.5 m كما بالشكل وكان الحوض مملوءاً بالماء إلى قمته علماً بأن معامل انكسار الماء 1.33 

1- احسب الزاوية اليت يصل فيها الضوء طرف المسبح خارجاً من الماء 

……………………………………………………………

2- هل تؤدي رؤية الضوء بهذه الزاوية بظهوره على بعد أعمق أم أقل عمقاً مما هو عليه بالواقع 

……………………………………………………………..