بازتاب کلی و زاویهٔ حد؛
شرط محیط و شرط زاویه را جدا کنترل کن

روش اجرای کاربرگ

خط عمود را رسم کن و همهٔ زاویه‌ها را نسبت به آن بسنج. آموزش مرحله‌ای در راهنمای بازتاب کلی آمده است.

سؤال 1: شرط محیط

پرسش: نور برای بازتاب کلی باید از کدام محیط به کدام محیط برود؟

پاسخ: از محیط با ضریب شکست بیشتر به محیط با ضریب شکست کمتر.

سؤال 2: شرط زاویه

پرسش: پس از برقرار بودن شرط محیط، زاویهٔ تابش چه وضعی باید داشته باشد؟

پاسخ: باید از زاویهٔ حد بزرگ‌تر باشد؛ در زاویهٔ حد پرتو شکسته روی مرز حرکت می‌کند.

سؤال 3: تعریف زاویه حد

پرسش: زاویهٔ حد را دقیق تعریف کن.

پاسخ: زاویهٔ تابش در محیط غلیظ‌تر نوری است که زاویهٔ شکست در محیط رقیق‌تر ۹۰ درجه می‌شود.

سؤال 4: رابطه

پرسش: رابطهٔ زاویهٔ حد برای n₁>n₂ چیست؟

پاسخ: از قانون اسنل، sinθc=n₂/n₁.

سؤال 5: محاسبه

پرسش: نور از محیط n₁=۲ به هوا با n₂=۱ می‌رود. زاویهٔ حد چیست؟

پاسخ: sinθc=۱/۲، پس θc=۳۰ درجه.

سؤال 6: سه حالت

پرسش: برای زاویه‌های کمتر، برابر و بیشتر از θc چه رخ می‌دهد؟

پاسخ: کمتر: شکست و بازتاب؛ برابر: پرتو شکسته مماس بر مرز؛ بیشتر: بازتاب کلی.

سؤال 7: جهت نامناسب

پرسش: آیا نور از هوا به شیشه می‌تواند بازتاب کلی داشته باشد؟

پاسخ: خیر؛ شرط حرکت از ضریب بیشتر به کمتر برقرار نیست، هرچند بازتاب جزئی ممکن است رخ دهد.

سؤال 8: زاویه بازتاب

پرسش: در بازتاب کلی، زاویهٔ بازتاب چگونه تعیین می‌شود؟

پاسخ: طبق قانون بازتاب، با زاویهٔ تابش نسبت به خط عمود برابر است.

سؤال 9: تغییر محیط دوم

پرسش: اگر ضریب شکست محیط دوم افزایش یابد، زاویهٔ حد چه می‌شود؟

پاسخ: نسبت n₂/n₁ و در نتیجه زاویهٔ حد افزایش می‌یابد؛ بازهٔ زاویه‌های مناسب برای بازتاب کلی کوچک‌تر می‌شود.

سؤال 10: فیبر نوری

پرسش: بازتاب کلی چگونه نور را در فیبر هدایت می‌کند؟

پاسخ: هسته ضریب شکست بیشتری از روکش دارد و پرتو با زاویهٔ مناسب بارها در مرز هسته–روکش بازتاب کلی می‌کند و در طول فیبر می‌ماند.

خودتصحیح

در زاویهٔ حد هنوز پرتو شکسته روی مرز وجود دارد و بازتاب کلی برای زاویهٔ بزرگ‌تر رخ می‌دهد. محاسبات پایه را در کاربرگ قانون اسنل تمرین کن.