iMadrassa

إنكسار الضوء

I ظاهرة الانكسار
1 تذكير حول ظاهرة انكسار الضوء

نغرز ثلاثة دبابيس على استقامة واحدة ثم نضع أمامهم المرآة كما بالشكل :

  • نبحث عن وضعية للعين بحيث صورة الدبوس الأقرب للمرآة تحجب صورتي الدبوسين الآخرين
  • نغرز دبوسا رابعا بحيث يحجب رأسه صور رؤوس الدبابيس الأخرى
  • نغرز دبوسا آخر على الاستقامة مع الدبوس الرابع و رؤوس الدبابيس 1 و 2 و 3 على المرآة
  •  ارسم المستقيم المار بالدبوسين الرابع و الخامس
  •  في أي نقطة يقطع المرآة
  •  ارسم الناظم للمرآة في هذه النقطة

ظاهرة ارتداد الضوء من سطح عاكس وفق جهة معينة تدعى الانعكاس ،حيث أن الشعاع الوارد و الشعاع المنعكس  و الناظم للسطح في نقطة الورود تقع في نفس المستوي ، و زاوية الانعكاس تقايس زاوية الورود . إذا كانت زاوية الورود معدومة فإن زاوية الانعكاس معدومة.

2 مشاهدات أولية

 شاهد الوثائق 1 ، 2 ، 3 صفحة 10

  •  ما هي ظاهرة السراب ؟
  • ما هو قوس قزح ؟
  • على ما يعتمد مبدأ عمل النافورة الضوئية ؟
  • انحراف الضوء : رأينا في النشاط السابق أن الضوء ينعكس عندما يرد الى سطح عاكس ، ماذا يحدث له عندما يجتاز السطح الفاصل بين وسطين شفافين ؟

ضع كمية من الماء في حوض شفاف ، ثم اسقط حزمة ضوئية رفيعة (ضوء ليزر) على السطح الحر للماء لتجسيد مسار الضوء في الهواء نستخدم غبار الطباشير مثلا ، و لتجسيد مشاهدة مساره داخل الماء نستخدم  مادة ملونة مثل الفليورسين أو الإيوزين أو قطراتمن الحليب

  •  صف ما تشاهد ، ماذا تستنتج ؟
  • عندما تسقط حزمة ضوئية على سطح الماء ، يحدث لها انعكاس و الجزء الآخر ينفذ في الماء مع انحراف في مساره ، تسمى هذه الظاهرة الأخيرة  "ظاهرة انكسار الضوء"
  •  الحزمة الواردة و الحزمة  المنكسرة تقعان في نفس المستوى 
  • نسمي الشعاع المنتشر في الوسط الأول الشعاع الوارد
  • نسمي الشعاع المنتشر في الوسط الثاني الشعاع المنكسر
  • نسمي السطح الذي يفصل بين الوسطين الشفافين الأول و الثاني : السطح الكسر

من الماء إلى الهواء

  • نثبت بالعجينة دبوسين في قعر حوض زجاجي شفاف به ماء على نقطتين معينتين سابقا على الورقة التي تحت الحوض
  • ننظر على احد الجوانب و نثبت دبوسا ثالثا بحيث يحجب راسي الدبوسين الآخرين ثم دبوسا رابعا
  • ننزع الحوض و نمثل الشعاع الوارد و الشعاع البارز , ماذا تلاحظ ؟
  • عندما ينتقل الضوء  من وسط شفاف إلى آخر ينحرف عن مساره فنقول حدث له انكسار
  • إذا انتقل الضوء من الهواء إلى الزجاج (أو الى الماء) ، فإن زاوية الورود أكبر من زاوية الانكسار  
  • تكون زاوية الورود أقل من زاوية الانكسار إذا انتقل الضوء من الهواء إلى الماء ، أو من الزجاج الى الهواء
  • الشعاع الوارد و الشعاع المنكسر و الناظم للسطح الكاسر في نقطة الورود تقع في مستو واحد
II قانونا الانكسار
الانكسار الضوئي

هو التحول المفاجئ لمسار الضوء عندما يجتاز السطح الفاصل بين وسطين شفافين.

1 قانونا الانكسار
  • القانون الاول: الشعاع المنكسر يقع في مستوي الورود ، الذي يشمل الشعاع الوارد و الناظم للسطح الكاسر عند نقطة الورود.
  • القانون الثاني: من اجل وسطين شفافين نسبة "جيب" زاوية الورود الى "جيب" زاوية الانكسار ثابتة أي:  

يسمى الثابت "القرينة النسبية الانكسار الضوء للوسط الثاني بالنسبة للوسط الأول" ، ويرمز لها بالرمز

، و تساوي نسبة قرينة انكسار الوسط الثاني إلى قرينة انكسار الوسط الأول و نكتب :
  ومنه يمكن كتابة عبارة القانون الثاني للانكسار من الشكل:

(القانون الثاني تم استخراجه في حصة الأعمال المخبرية)

- إذا كان الوسط الأول هو الهواء تدعى هذه النسبة  قرينة الانكسار المطلقة للوسط الثاني و يكتب القانون الثاني للانكسار : 

 
- عندما ينتقل الضوء من وسط أقل كسرا إلى وسط أشد كسرا ، يقترب الشعاع المنكسر من الناظم ، و ينحرف عن مساره بزاوية تدعى زاوية الانحراف يرمز لها بـ

- عندما ينتقل الضوء من وسط أشد كسرا إلى وسط أقل كسرا ، يبتعد الشعاع المنكسر عن الناظم.

2 الانكسار الحدي و الانعكاس الكلي
  •  في الحالة التي ينتقل فيها الضوء من وسط اقل كسرا الى وسط اشد كسرا ، فإن زاوية الانكسار تأخذ قيمة حدية "
    " عندما تصل زاوية الورود الى القيمة °90  
  •  في الحالة التي ينتقل فيها الضوء من الهواء إلى وسط شفاف قرينة انكساره
    تحسب الزاوية الحدية بالعلاقة :  
  •  في الحالة التي يرد فيها الضوء من وسط أشد كسرا الى وسط اقل كسرا، فإنه:

 ينفذ الى الوسط الثاني مبتعدا على الناظم اذا كانت: 

 
 ينعكس كليا اذا كان:  

نلخص كل هذه الحالات في المخططات التالية حيث 

قرينة انكسار الوسط الأول و
  قرينة انكسار الوسط الثاني :

III انحراف الضوء بالموشور
  • الموشور وسط ضوئي شفاف و متجانس محدد بسطحين مستويين غير متوازيين
  • نسمي السطحين وجهي الموشور ، و خط تقاطعهما يدعى حرف الموشور.
  • الزاوية المحصورة بين السطحين تسمى زاوية الموشور و رمزها A .
  • يمثل الموشور على شكل مثلث
1 تجارب اولية (الانحراف و التبدد)

نسقط أشعة الشمس على أحد و جهي مخروط فنلاحظ بروزها من الوجه الثاني على شكل حزمة ملونة بألوان الطيف .

نعيد نفس التجربة السابقة و ذلك بوضع مرشح ملون(أحمر مثلا) مزود بحاجز عاتم به شق ، نلاحظ بروز حزمة ضوئية حمراء اللـون.

يحلل الموشور الضوء الأبيض إلى ألوانه الأصلية (ألوان الطيف المرئية) ، تدعى هذه الظاهرة بتبدد الضوء .

2 الدراسة الكمية لانحراف الضوء في الموشور

        لدراسة مسير الشعاع الضوئي عبر الموشور ، نستعمل منبع ضوئي وحيد اللون (لتفادي حدوث ظاهرة التبدد) و موشور قرينة انكساره

معروفة  نضع الموشور فوق ورقة بيضاء ، ثم نسقط شعاعا ضوئيا على أحد وجهيه بحيث يبرز من الوجه الآخر نسمي
زاوية الورود و
زاوية البروز و
زاوية الانحراف هندسيا نجد أن :
    ;  

( يمكن للأستاذ أن يقدم للتلاميذ برهانا هندسيا مبسطا عن ذلك )

مما سبق يمكن استنتاج علاقات الموشور التالية :

3 شرطا بروز شعاع ضوئي من الموشور
  • الشرط الأول:  حتى يبرز الشعاع الوارد من الموشور ، ينبغي أن يصل هذا الشعاع إلى الوجه الثاني للموشور بزاوية ورود اصغر أو تساوي الزاوية الحدية للانكسار
    التي تميز مجموعة مادة الموشور والهواء ، وعليه لا يمكن لأي شعاع وارد أن يخرج من موشور إلا إذا كانت زاوية هذا الموشور
      اقل من ضعفي الزاوية الحدية للانكسار ، ونكتب : 

      

  • الشرط الثاني: القيم اللازم إعطائها لزاوية الورود حتى يكون هناك بروز ، بعد تحقق الشرط الأول ، هي القيم التي تحقق العلاقة التالية :
      حيث :
    هي أدنى قيمة لزاوية الورود على الوجه الأول للموشور .
4 زاوية الانحراف الأدنى

نحصل على أدنى انحراف 

للشعاع البارز عندما تكون الزاويتان
و
متساويتان : 

حيث : 

يحدث انعكاس كلي للشعاع الضوئي الساقط على الوجه الثاني للموشور إذا تحقق الشرط التالي : 

 


قم بالدخول للإطلاع على المزيد من المحتوى

لتتمكن من الوصول إلى جميع الدروس والتمارين والمسابقات والفيديوهات وتصفح الموقع براحة قم بالدخول أو بتسجيل حساب مجانا.



قم بالدخول للإطلاع على المزيد من المحتوى

لتتمكن من الوصول إلى جميع الدروس والتمارين والمسابقات والفيديوهات وتصفح الموقع براحة قم بالدخول أو بتسجيل حساب مجانا.