при каком условии наблюдается преломление

Самостоятельная работа Преломление света 8 класс

Самостоятельная работа Преломление света 8 класс с ответами. Самостоятельная работа представлена в двух вариантах, в каждом варианте по 5 заданий.

Вариант 1

1. Луч падает перпендикулярно поверхности воды. Чему равен угол преломления?

2. Разность температур между незамерзшей водой и холодным воздухом создает рефракцию. Этому сопутствует легкая мгла и «дрожание» горизонта. Однажды датские полярники по вине рефракции чуть не убили собственную собаку, приняв ее за овцебыка. Какое явление лежит в основе рефракции?

3. Наблюдается ли рефракция на Луне?

4. Короче или длиннее кажется тело человека, стоящего вертикально в воде? Что является причиной такой иллюзии?

5. Вы оказались на необитаемом острове и решили подкрепиться рыбкой. Как надо целиться в рыбу, находящуюся в воде, чтобы не промахнуться: под нее, выше или прямо в рыбу?

Вариант 2

1. При каком условии наблюдается преломление?

2. При каких условиях угол падения может быть равен углу преломления?

3. Почему предметы, расположенные за костром, мы видим колеблющимися?

4. Почему бассейн, наполненный водой, на глаз кажется мельче, чем на самом деле?

5. Как меняется плотность атмосферы с высотой? Как это влияет на ход солнечных лучей?

Ответы на самостоятельную работу Преломление света 8 класс
Вариант 1
1. Угол преломления равен 0.
2. В основе рефракции лежит преломление световых лучей в земной атмосфере. Из-за ее неоднородности свет перемещается по ломаным линиям.
3. На Луне нет атмосферы, следовательно, рефракции нет.
4. Короче, так как происходит преломление света на границе раздела двух сред. Свет из менее плотной переходит в более плотную среду, следовательно, лучи начинают распространяться под меньшим углом.
5. Ниже, так как из-за преломления света рыба будет находиться выше.
Вариант 2
1. Преломление происходит в момент, когда световой луч падает на границу раздела двух сред.
2. Когда луч падает перпендикулярно поверхности.
3. Меняется температура воздуха. Показатель преломления воздуха над костром изменяется, изменяется ход лучей.
4. Из-за преломления света глубина бассейна всегда больше кажущейся.
5. Плотность атмосферы с высотой уменьшается. Изменяется показатель преломления воздуха, луч света начинает отклоняться, траектория движения искривляется.

Источник

Преломление света.

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: закон преломления света, полное внутреннее отражение.

Закон преломления (частный случай).

Мы начнём с частного случая, когда одна из сред является воздухом. Именно такая ситуация присутствует в подавляющем большинстве задач. Мы обсудим соответствующий частный случай закона преломления, а уж затем дадим самую общую его формулировку.

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление
Рис. 1. Преломление луча на границе «воздух–среда»

Закон преломления (переход «воздух–среда»).

1) Падающий луч, преломлённый луч и нормаль к поверхности, проведённая в точке падения, лежат в одной плоскости.
2) Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно показателю преломления среды:

Обратимость световых лучей.

Теперь рассмотрим обратный ход луча: его преломление при переходе из среды в воздух. Здесь нам окажет помощь следующий полезный принцип.

Принцип обратимости световых лучей. Траектория луча не зависит от того, в прямом или обратном направлении распространяется луч. Двигаясь в обратном направлении, луч пойдёт в точности по тому же пути, что и в прямом направлении.

Согласно принципу обратимости, при переходе из среды в воздух луч пойдёт по той же самой траектории, что и при соответствующем переходе из воздуха в среду (рис. 2 ) Единственное отличие рис. 2 от рис. 1 состоит в том, что направление луча поменялось на противоположное.

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление
Рис. 2. Преломление луча на границе «среда–воздух»

Закон преломления (общий случай).

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление
Рис. 3.

Наоборот, переходя из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, луч отклоняется дальше от нормали (рис. 4 ). Здесь угол падения меньше угла преломления:

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление
Рис. 4.

Закон преломления.
1) Падающий луч, преломлённый луч и нормаль к поверхности раздела сред, проведённая в точке падения, лежат в одной плоскости.
2) Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению показателя преломления второй среды к показателю преломления первой среды:

Полное внутреннее отражение.

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление
Рис. 5. Полное внутреннее отражение

При дальнейшем увеличении угла падения преломлённый луч и подавно будет отсутствовать.

Величину легко найти из закона преломления. Имеем:

Так, для воды предельный угол полного отражения равен:

Важнейшим техническим применением полного внутреннего отражения является волоконная оптика. Световые лучи, запущенные внутрь оптоволоконного кабеля (световода) почти параллельно его оси, падают на поверхность под большими углами и целиком, без потери энергии отражаются назад внутрь кабеля. Многократно отражаясь, лучи идут всё дальше и дальше, перенося энергию на значительное расстояние. Волоконно-оптическая связь применяется, например, в сетях кабельного телевидения и высокоскоростного доступа в Интернет.

Источник

§ 61. Закон преломления света

Напомним, в чем состоит явление преломления света. Выведем затем закон преломления с помощью принципа Гюйгенса.

Наблюдение преломления света. На границе двух сред свет меняет направление своего распространения. Часть световой энергии возвращается в первую среду, т. е. происходит отражение света. Если вторая среда прозрачна, то свет частично может пройти через границу сред, также меняя при этом, как правило, направление распространения.

Это явление называется преломлением света.

Вследствие преломления наблюдается кажущееся изменение формы предметов, их расположения и размеров. В этом нас могут убедить простые наблюдения. Положим на дно пустого непрозрачного стакана монету или другой небольшой предмет. Подвинем стакан так, чтобы центр монеты, край стакана и глаз находились на одной прямой. Не меняя положения головы, будем наливать в стакан воду. По мере повышения уровня воды дно стакана с монетой как бы приподнимается. Монета, которая ранее была видна лишь частично, теперь будет видна полностью. Установим наклонно карандаш в сосуде с водой. Если посмотреть на сосуд сбоку, то можно заметить, что часть карандаша, находящаяся в воде, кажется сдвинутой в сторону.

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

Эти явления объясняются изменением направления лучей на границе двух сред — преломлением света.

Закон преломления света определяет взаимное расположение падающего луча АВ (рис. 8.6), преломленного луча DB и перпендикуляра СЕ к поверхности раздела сред, восставленного в точке падения. Угол α называется углом падения, а угол β — углом преломления.

Падающий, отраженный и преломленный лучи нетрудно наблюдать, сделав узкий световой пучок видимым. Ход такого пучка в воздухе можно проследить, если пустить в воздух немного дыма или же поставить экран под небольшим углом к лучу. Преломленный пучок виден также в подкрашенной флюоресцином воде аквариума (рис. 8.7).

Вывод закона преломления света. Закон преломления света был установлен опытным путем в XVII в. Мы его выведем с помощью принципа Гюйгенса.

Преломление света при переходе из одной среды в другую вызвано различием в скоростях распространения света в той и другой среде. Обозначим скорость волны в первой среде через υ1, а во второй через υ2.

Пусть на плоскую границу раздела двух сред (например, из воздуха в воду) падает плоская световая волна (рис. 8.8). Обозначим через АС фронт волны в тот момент, когда волна достигнет точки А. Луч В1В достигнет границы раздела двух сред спустя время Δt:

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

Когда волна достигнет точки В, вторичная волна во второй среде от источника, находящегося в точке А, уже будет иметь вид полусферы радиусом

Фронт преломленной волны можно получить, проведя поверхность, касательную ко всем фронтам вторичных волн во второй среде, источники которых находятся на границе раздела сред. В данном случае это плоскость BD. Она является огибающей вторичных волн.

Угол падения α луча А1А равен углу САВ в треугольнике АВС (углы между двумя взаимно перпендикулярными сторонами). Следовательно,

СВ = υ1Δt = АВ sin α. (8.2)

Угол преломления β равен углу ABD треугольника ABD. Поэтому

AD = υ2Δt = АВ sin β. α. (8.3)

Разделив почленно уравнение (8.2) на уравнение (8.3), получим

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

где n — постоянная величина, не зависящая от угла падения.

Сформулируем законы преломления света.

1) Падающий луч, преломленный луч и нормаль к границе раздела двух сред в точке падения лежат в одной плоскости.

2) Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для этих двух сред, равная относительному показателю преломления второй среды относительно первой.

Убедиться в справедливости закона преломления можно экспериментально, измеряя углы падения и преломления и вычисляя отношение их синусов при различных углах падения. Это отношение остается неизменным.

Показатель преломления. Из принципа Гюйгенса не только следует закон преломления, но с помощью этого принципа раскрывается физический смысл показателя преломления. Он равен отношению скоростей света в средах, на границе между которыми происходит преломление:

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

Если угол преломления β меньше угла падения α, то согласно уравнению (8.4) скорость света во второй среде меньше, чем в первой.

Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления этой среды. Он показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в среде, и равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления при переходе светового луча из вакуума в данную среду: при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

Пользуясь формулой (8.5), можно выразить относительный показатель преломления через абсолютные показатели преломления n1 и n2 первой и второй сред.

Действительно, так как при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломлениеи при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломлениегде с — скорость света в вакууме, то

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее плотной средой.

Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физических свойств и состояния среды, т. е. от температуры вещества, его плотности, наличия в нем упругих напряжений. Показатель преломления зависит также и от длины волны λ света. Для красного света он меньше, чем для зеленого, а для зеленого меньше, чем для фиолетового. Поэтому в таблицах значений показателей преломления для разных веществ обычно указывается, для какого света приведено данное значение n и в каком состоянии находится среда. Если таких указаний нет, то это означает, что зависимостью от приведенных факторов можно пренебречь.

В большинстве случаев приходится рассматривать переход света через границу воздух — твердое тело или воздух — жидкость, а не через границу вакуум — среда. Однако абсолютный показатель преломления n2 твердого или жидкого вещества отличается от показателя преломления того же вещества относительно воздуха незначительно. Так, абсолютный показатель преломления воздуха при нормальных условиях для желтого света равен примерно n1 ≈ 1,000292. Следовательно,

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

Значения показателей преломления для некоторых веществ относительно воздуха приведены ниже в таблице (данные относятся к желтому свету).

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

Ход лучей в треугольной призме. С помощью закона преломления света можно рассчитать ход лучей в различных оптических устройствах, например в треугольной призме, изготовленной из стекла или другого прозрачного материала.

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

На основе принципа Гюйгенса выведен закон преломления света.

Вопросы к параграфу

1. Каков физический смысл показателя преломления?

2. Чем отличается относительный показатель преломления от абсолютного?

Источник

Преломление

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

Преломление света на границе двух сред даёт парадоксальный зрительный эффект: пересекающие границу раздела прямые предметы в более плотной среде выглядят образующими больший угол с нормалью к границе раздела (то есть преломлёнными «вверх»); в то время как луч, входящий в более плотную среду, распространяется в ней под меньшим углом к нормали (то есть преломляется «вниз»). Этот же оптический эффект приводит к ошибкам в визуальном определении глубины водоёма, которая всегда кажется меньше, чем есть на самом деле.

Преломление света в атмосфере Земли приводит к тому, что мы наблюдаем восход Солнца несколько раньше, а закат несколько позже, чем это имело бы место при отсутствии атмосферы. По той же причине вблизи горизонта диск Солнца выглядит заметно сплющенным вдоль вертикали.

Содержание

Физика явления

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

Преломление наблюдается, когда фазовые скорости электромагнитных волн в контактирующих средах различаются (см. показатель преломления). В этом случае полное значение скорости волны должно быть разным по разные стороны границы раздела сред. Однако если проследить движение, например, гребня волны вдоль границы раздела — то соответствующая скорость должна быть одинаковой для обеих «половинок» волны (поскольку при пересечении границы максимум волны остается максимумом, и наоборот; то есть можно говорить о синхронизации падающей и прошедшей волны во всех точках границы, см. верхний рисунок). Из простого геометрического построения получаем, что скорость движения точки пересечения гребня при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломлениес линией, наклонённой к направлению распространения волны под углом при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление, будет равна при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление, где при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление— скорость распространения волны.

Это ясно из того, что, пока гребень волны пройдёт в направлении своего распространения (то есть перпендикулярно гребню) расстояние, равное катету треугольника, точка пересечения гребня с границей пройдёт расстояние, равное гипотенузе, а отношение этих расстояний, равное синусу угла, и есть отношение скоростей.

Тогда, приравняв скорости вдоль границы раздела для падающей и прошедшей волн, получим при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление, что эквивалентно закону Снелла, поскольку показатель преломления определяется как отношение скорости электромагнитного излучения в вакууме к скорости электромагнитного излучения в среде: при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление.

В итоге на границе раздела двух сред наблюдается преломление луча, качественно состоящее в том, что углы к нормали к границе раздела сред для падающего и преломлённого луча отличаются друг от друга, то есть ход луча вместо прямого становится ломаным — луч преломляется.

Заметим, что практически тождественным способом вывода закона Снелла является построение прошедшей волны с помощью принципа Гюйгенса — Френеля (см. рисунок).

В изотропной среде для синусоидальной волны, характеризуемой частотой и волновым вектором, перпендикулярным направлению распространения волны, соображения, что составляющая волнового вектора, параллельная границе раздела, должна быть одинаковой до и после прохождения этой границы, приводят к такому же виду закона преломления.

Дополнительно стоит отметить, что волновой вектор фотона равен вектору его импульса, делённому на постоянную Планка, и это дает возможность естественной физической интерпретации закона Снелла как сохранения проекции импульса фотона на пересекаемую им границу раздела сред.

Комплексный показатель преломления

при каком условии наблюдается преломление. Смотреть фото при каком условии наблюдается преломление. Смотреть картинку при каком условии наблюдается преломление. Картинка про при каком условии наблюдается преломление. Фото при каком условии наблюдается преломление

Полное преломление

Тесно связано с преломлением такое явление, как отражение от границы прозрачных сред. В каком-то смысле это две стороны одного и того же явления. Так, например, явление полного внутреннего отражения связано с тем, что преломлённой волны, которая бы удовлетворяла закону Снелла, для некоторых углов падения не находится, и волне приходится полностью отражаться.

Если вертикально поляризованная волна падает на поверхность раздела под углом Брюстера, то будет наблюдаться эффект полного преломления — отражённая волна будет отсутствовать.

Преломление в технике и научных приборах

Явление преломления лежит в основе работы телескопов-рефракторов (научного и практического назначения, в том числе подавляющей доли зрительных труб, биноклей и других приборов наблюдения), объективов фото-, кино- и телекамер, микроскопов, увеличительных стекол, очков, проекционных приборов, приемников и передатчиков оптических сигналов, концентраторов мощных световых пучков, призменных спектроскопов и спектрометров, призменных монохроматоров, и многих других оптических приборов, содержащих линзы и/или призмы. Её учет необходим при расчете работы почти всех оптических приборов. Всё это относится к разным диапазонам электромагнитного спектра.

В акустике преломление звука особенно важно учитывать при исследовании распространения звука в неоднородной среде и, конечно, на границе разных сред.

Может быть важным в технике и учет преломления волн другой природы, например, волн на воде, различных волн в активных средах итд.

Источник

При каком условии наблюдается преломление

Наблюдение преломления света.

На границе двух сред свет меняет направление своего распространения. Часть световой энергии возвращается в первую среду, т. е. происходит отражение света. Если вторая среда прозрачна, то свет частично может пройти через границу сред, также меняя при этом, как правило, направление распространения. Это явление называется преломлением света.

Вследствие преломления наблюдается кажущееся изменение формы предметов, их расположения и размеров. В этом нас могут убедить простые наблюдения. Положим на дно пустого непрозрачного стакана монету или другой небольшой предмет. Подвинем стакан так, чтобы центр монеты, край стакана и глаз находились на одной прямой. Не меняя положения головы, будем наливать в стакан воду. По мере повышения уровня воды дно стакана с монетой как бы приподнимается. Монета, которая ранее была видна лишь частично, теперь будет видна полностью. Установим наклонно карандаш в сосуде с водой.

Если посмотреть на сосуд сбоку, то можно заметить, что часть карандаша, находящаяся в воде, кажется сдвинутой в сторону (рис. 96).

Эти явления объясняются изменением направления лучей на границе двух сред — преломлением света.

Закон преломления света определяет взаимное расположение падающего луча АВ (рис. 97), преломленного DB и перпендикуляра СЕ к поверхности раздела сред, восставленного в точке падения. Угол а называется углом падения, а угол β— углом преломления.

Падающий, отраженный и преломленный лучи нетрудно наблюдать, сделав узкий световой пучок видимым. Ход такого пучка в воздухе можно проследить, если пустить в воздух немного дыма или же поставить экран под небольшим углом к лучу. Преломленный пучок также виден в подкрашенной флюоресцеином воде аквариума (рис. 98).

Вывод закона преломления света. Закон преломления света был установлен опытным путем в XVII веке. Мы его выведем с помощью принципа Гюйгенса.

Преломление света при переходе из одной среды в другую вызвано различием в скоростях распространения света в той и другой среде. Обозначим скорость волны в первой среде через v1, а во второй — через v2.

Пусть на плоскую границу раздела двух сред (например, из воздуха в воду) падает плоская световая волна (рис. 99). Волновая поверхность АС перпендикулярна лучам А1А и В1В. Поверхности MN сначала достигнет луч А1А. Луч В1В достигнет поверхности спустя время

Поэтому в момент, когда вторичная волна в точке В только начнет возбуждаться, волна от точки А уже имеет вид полусферы радиусом

Волновую поверхность преломленной волны можно получить, проведя поверхность, касательную ко всем вторичным волнам во второй среде, центры которых лежат на границе раздела сред. В данном случае это плоскость BD. Она является огибающей вторичных волн.

Угол падения α луча равен углу САВ в треугольнике АВС (стороны одного из этих углов перпендикулярны сторонам другого). Следовательно,

Угол преломления β равен углу ABD треугольника ABD. Поэтому

Разделив почленно (5.2) на (5.3), получим

где n — постоянная величина, не зависящая от угла падения.

Из построения (рис. 99) видно, что падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости. Данное утверждение совместно с уравнением (5.4), согласно которому отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред, представляет собой закон преломления света.

Убедиться в справедливости закона преломления можно экспериментально, измеряя углы падения и преломления и вычисляя отношение их синусов при различных углах падения. Это отношение остается неизменным.

Показатель преломления. Постоянная величина, входящая в закон преломления света, называется относительным показателем преломления или показателем преломления второй среды относительно первой.

Из принципа Гюйгенса не только следует закон преломления, но с помощью этого принципа раскрывается физический смысл показателя преломления. Он равен отношению скоростей света в средах, на границе между которыми происходит преломление:

Если угол преломления β меньше угла падения а, то согласно (5.4) скорость света во второй среде меньше, чем в первой.

Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления этой среды. Он равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления при переходе светового луча из вакуума в данную среду.

Пользуясь формулой (5.5), можно выразить относительный показатель преломления через абсолютные показатели преломления n1 и n2 первой и второй сред.

Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее плотной средой.

Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, т. е. от температуры вещества, его плотности, наличия в нем упругих напряжений. Показатель преломления зависит также и от характеристик самого света. Для красного света он меньше, чем для зеленого, а для зеленого — меньше, чем для фиолетового.

Поэтому в таблицах значений показателей преломления для разных веществ обычно указывается, для какого света приведено данное значение n и в каком состоянии находится среда. Если таких указаний нет, то это означает, что зависимостью от указанных факторов можно пренебречь.

В большинстве случаев приходится рассматривать переход света через границу воздух — твердое тело или воздух — жидкость, а не через границу вакуум — среда. Однако абсолютный показатель преломления n2 твердого или жидкого вещества отличается от показателя преломления того же вещества относительно воздуха незначительно. Так, абсолютный показатель преломления воздуха при нормальных условиях для желтого света равен приблизительно n1≈1,000292. Следовательно,

Значения показателей преломления для некоторых веществ относительно воздуха приведены в таблице 2 (данные относятся к желтому свету).

Ход лучей в треугольной призме.

Закон преломления света позволяет рассчитать ход лучей в различных оптических устройствах, например в треугольной призме, изготовленной из стекла или других прозрачных материалов.

На рисунке 100 изображено сечение стеклянной призмы плоскостью, перпендикулярной ее боковым ребрам. Луч в призме отклоняется к основанию, преломляясь на гранях ОА и ОВ. Угол φ между этими гранями называют преломляющим углом призмы. Угол 0 отклонения луча зависит от преломляющего угла призмы ф, показателя преломления n материала призмы и угла падения а. Он может быть вычислен с помощью закона преломления (5.4).

ПОЛНОЕ ОТРАЖЕНИЕ

При прохождении света из оптически менее плотной среды в более плотную, например из воздуха в стекло или воду, v1 и v2 согласно закону преломления (5.4) показатель преломления 1. Поэтому а>β (рис. 101, а):

преломленный луч приближается к перпендикуляру к границе раздела сред. Если направить луч света в обратном направлении — из оптически более плотной среды в оптически менее плотную вдоль бывшего преломленного луча (рис. 101, б), то закон преломления запишется так:

Преломленный луч по выходе из оптически более плотной среды пойдет по линии бывшего падающего луча, поэтому а ао. При падении света на границу двух сред световой луч, как об этом уже упоминалось, частично преломляется, а частично отражается от нее. При а>a0 преломление света невозможно. Значит, луч должен полностью отразиться. Это явление и называется полным отражением света.

Для наблюдения полного отражения можно использовать стеклянный полуцилиндр с матовой задней поверхностью. Полуцилиндр закрепляют на диске так, чтобы середина плоской поверхности полуцилиндра совпадала с центром диска (рис. 103). Узкий пучок света от осветителя направляют снизу на боковую поверхность полуцилиндра перпендикулярно его поверхности. На этой поверхности луч не преломляется. На плоской поверхности луч частично преломляется и частично отражается. Отражение происходит в соответствии с законом отражения, а преломление — в соответствии с законом преломления (5.4).

Если увеличивать угол падения, то можно заметить, что яркость (и следовательно, энергия) отраженного пучка растет, в то время как яркость (энергия) преломленного пучка падает. Особенно быстро убывает энергия преломленного пучка, когда угол преломления приближается к 90°. Наконец, когда угол падения становится таким, что преломленный пучок идет вдоль границы раздела (см. рис. 102), доля отраженной энергии составляет почти 100%. Повернем осветитель, сделав угол падения а большим ао. Мы увидим, что преломленный пучок исчез и весь свет отражается от границы раздела, т. е. происходит полное отражение света.

На рисунке 104 изображен пучок лучей от источника, помещенного в воде недалеко от ее поверхности. Большая интенсивность света показана большей толщиной линии, изображающей соответствующий луч.

Угол падения ао, соответствующий углу преломления 90°, называют предельным углом полного отражения

При sin β= 1 формула (5.8) при нимает вид

Из этого равенства и может быть найдено значение предельного угла полного отражения ао. Для воды (n = 1,33) он оказывается равным 48°35′, для стекла (n =1,5) он принимает значение 41°51′, а для алмаза (n— 2,42) этот угол составляет 24°40′. Во всех случаях второй средой является воздух.

Явление полного отражения легко наблюдать на простом опыте. Нальем в стакан воду и поднимем его несколько выше уровня глаз. Поверхность воды при рассматривании ее снизу сквозь стенку кажется блестящей, словно посеребренной вследствие полного отражения света.

Полное отражение используют в так называемой волоконной оптике для передачи света и изображения по пучкам прозрачных гибких волокон — световодов. Световод представляет собой стеклянное волокно цилиндрической формы, покрытое оболочкой из прозрачного материала с меньшим, чем у волокна, показателем преломления. За счет многократного полного отражения свет может быть направлен по любому (прямому или изогнутому) пути (рис. 105). Волокна набираются в жгуты. При этом по каждому из волокон передается какой-нибудь элемент изображения (рис. 106). Жгуты из волокон используются, например, в медицине для исследования внутренних органов.

По мере улучшения технологии изготовления длинных пучков волокон— световодов все шире начинает применяться связь (в том числе и телевизионная) с помощью световых лучей.

Трехсантиметровые волны: закон отражения (металл)

Полное внутреннее отражение

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *