0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Преломление света

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Преломление света. Показатель преломления»

«Никто не зажигает свечу,

чтобы хранить ее за дверью,

ибо свет затем и существует,

чтобы светить, открывать людям глаза,

показывать какие вокруг чудеса».

Пауло Коэльо

В курсе физики 8 класса вы рассматривалось явление преломления света. Известно, что свет представляет собой электромагнитные волны определенного оптического диапазона.

Опираясь на знание о природе света, в данной теме рассмотрим физическую причину преломления и объясним многие другие связанные с ним световые явления.

Преломление — это изменение направления распространения света при его переходе через границу раздела двух сред.

Угол (a) между падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча, называется углом падения.

Угол (b) между перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред, восстановленным в точке падения луча, и преломленным лучом называется углом преломления.

Если падающий луч перпендикулярен к границе раздела, то угол преломления равен нулю, т.е. луч идет не преломляясь.

В курсе физики 8 класса изучался закон преломления света, который излагался в следующей форме: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восставленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, не зависящая от угла падения.

Статья в тему:  Что делать, если на душе тоска? Тоска и тревога не дают жить! Что делать

Величина n21 называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой.

Относительным показателем преломления второй среды относительно первой называется скалярная физическая величина, равная отношению синуса угла падения к синусу угла преломления.

Из закона преломления света следует, что если менять угол падения, то соответственно будет меняться и угол преломления. Но при любом угле падения соотношение синусов этих углов будет оставаться неизменным для данных двух сред.

Если луч переходит в какую-либо среду из вакуума, то отношение синуса угла падения к синусу угла преломления будет называться абсолютным показателем преломления второй среды, так как показатель преломления вакуума принято считать равным единице.

Закон преломления света был открыт опытным путем голландским ученым Виллебордом Снеллиусом в 1621 году. Однако результаты многочисленных экспериментов по оптике опубликованы не были. Позже, после смерти ученого, они были обнаружены в архивах Рене ДекАртом, который использовал их при написании своих «Рассуждений о методе. » в приложении «Диоптрика» (1637год).

После открытия Снеллиуса несколькими учеными была выдвинута гипотеза о том, что преломление света обусловлено изменением его скорости при переходе через границу двух сред. Справедливость этой гипотезы была подтверждена теоретическими доказательствами, выполненными независимо друг от друга французским математиком Пьером Ферма в 1662году) и голландским физиком Христианом Гюйгенсом (в 1690году).

Разными путями они пришли к одному и тому же результату, доказав, что отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная отношению скоростей света в этих средах.

Статья в тему:  Борьба народов руси с немецко шведской агрессией. Борьба северо-западной руси со шведской и немецкой агрессией. Русские земли в xii–xiv вв

Из данного утверждения следует, что относительный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света в первой по ходу луча среде отличается от скорости распространения света во второй среде.

Тогда, абсолютный показатель преломления будет показывать, во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в данном веществе.

Существуют таблицы значений абсолютных показателей преломления для твердых, жидких и газообразных веществ.

Из таблицы видно, что из двух сред оптически более плотной считается та, у которой показатель преломления больше (или та, в которой скорость света меньше).

Отсюда следует, что при переходе света из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную угол преломления меньше угла падения.

Это значит, что, попадая в среду оптически более плотную, луч отклоняется в сторону перпендикуляра к границе двух сред. И наоборот, если происходит переход луча из среды оптически более плотной в среду менее плотную, угол преломления оказывается больше угла падения и луч прижимается к границе раздела двух сред.

Обратимся теперь к рисун­ку, который поясняет, почему на границе двух сред с изменением скорости меняется и направление распространения световой волны.

На рисунке изображена све­товая волна, переходящая из воздуха в воду и падающая на границу раздела этих сред под углом a. В воздухе свет рас­пространяется со скоростью , а в воде — с меньшей скоростью .

Статья в тему:  Что написал крылов иван андреевич. Кто есть кто в рвсн. шевцов иван андреевич. Смерть и погребение

Первой до границы доходит точка А волны. За промежуток вре­мени точка B, перемещаясь в воздухе с прежней скоростью до­стигнет точки B’. За то же время точка А перемещаясь в воде с мень­шей скоростью, пройдет меньшее расстояние, достигнув только точки A’. При этом так называемый фронт волны A’B’ в воде окажет­ся повернутым па некоторый угол по отношению к фронту AB волны в воздухе. А вектор скорости (который всегда перпендикулярен к фронту волны и совпадает с направлением ее распространения) поворачивается, приближаясь к прямой ОО’, перпендикулярной к границе раздела сред. При этом угол преломления оказывается меньше угла падения. Так и происходит преломление света.

Из рисунка видно также, что при переходе в другую среду и поворо­те волнового фронта, меняется и длина волны: при переходе в оптически более плотную среду уменьшается скорость, длина волны то же умень­шается. Это согласуется и с известной формулой, из которой следует, что при неизменной частоте (которая не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе луча из одной среды в другую) уменьшение скорости распространения вол­ны сопровождается пропорциональным уменьшением длины волны.

Из-за преломления наблюдается кажущееся изменение размеров, формы и расположения предметов. В этом можно убедиться на простых примерах. Положим на дно пустого стакана кольцо или другой небольшой предмет. Подвинем стакан так, чтобы центр кольца, край стакана и глаз находились на одной прямой. Неменяя положения головы, станем наливать в стакан воду. Заметим, что по мере повышения уровня воды дно стакана с кольцом как бы приподнимается. Кольцо,котороеранеебыловиднолишьчастично,теперьстановитсявидимымполностью. Этот опыт был описан в свое время еще Евклидом.

Статья в тему:  Блока. Основные мотивы лирики А. Блока Сочинения по темам

Возьмем теперь прозрачный стакан с водой и установим в нем наклонно линейку. Рассматривая стакан сбоку, замечаем, что часть линейки, находящаяся в воде, кажется сдвинутой в сторону.

Преломлением света объясняется и тот факт, что глубина водоема кажется меньше, чем на самом деле, а предмет, рассматриваемый через плоскопараллельную стеклянную пластинку или призму, будет казаться смещенным относительно своего истинного положения. Все дело в том, что мы видим не сам предмет, а его мнимое изображение.

Основные выводы:

Преломление — это изменение направления распространения света при его переходе через границу раздела двух сред.

– Угол между падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча, называется углом падения.

– Угол между перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред, восстановленным в точке падения луча, и преломленным лучом называется углом преломления.

Закон преломления света гласит:

Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восставленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости;

отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, не зависящая от угла падения.

Относительный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света в первой по ходу луча среде отличается от скорости распространения света во второй среде.

Абсолютный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в данном веществе.

Статья в тему:  Аюрведический тест на определение конституции доши. Тест: какая у вас доша

Из двух сред оптически более плотной считается та, у которой показатель преломления больше (или та, в которой скорость света меньше).

– Т.е., если луч попадает в среду оптически более плотную, то он отклоняется в сторону перпендикуляра к границе двух сред. И наоборот, если происходит переход луча из среды оптически более плотной в среду менее плотную, луч прижимается к границе раздела.

Преломление света: практический пример

Прежде чем углубиться в теоретическое обоснование показателя преломления, рассмотрим наглядный пример распространения света в различных средах.

На иллюстрации изображены три стакана с опущенными в них стеклянными палочками. Стаканы заполнены разными жидкостями:

Жидкость в стакане
1 Вода.
2 Вода и кедровое масло.
3 Кедровое масло.

Что мы видим в этих стаканах?

Показатель преломления воды (n = 1,333) ниже, чем стекла (n = 1,517). По этой причине стеклянную палочку видно в стакане 1 и отчасти — в стакане 2.

Зато у стеклянной палочки (n = 1,517) и кедрового масла (n = 1,516) показатели преломления почти одинаковые, поэтому кажется, что палочка при погружении в кедровое масло исчезает (частично в стакане 2 и полностью в стакане 3).

Показатель преломления (относительный)

Помимо введенной выше величины n, существует еще показатель преломления относительный. Применяют его реже в физических расчетах, чем абсолютный.

Используя формулу для абсолютного n, закон Снелла для преломления можно записать в таком виде:

Статья в тему:  Боковая и полная поверхность призмы. Площадь основания призмы: от треугольной до многоугольной. Площадь полной и боковой поверхности призмы

sin(θ1)/sin(θ2) = v1/v2 = n12.

Величина n12 называется относительным показателем преломления для рассматриваемых сред.

В чем заключается смысл физический показателя преломления n12? Эта величина показывает, во сколько раз свет в первой среде быстрее, чем во второй. В отличие от абсолютного показателя, относительный может быть как больше единицы, так и меньше нее.

Знание показателя преломления важно для описания явления полного отражения, которое происходит только в оптически более плотной среде, то есть в среде с большим n. Это явление используется в оптических волокнах.

Также показатель преломления важно знать при изготовлении оптических стекол (линз) для микроскопов, телескопов, очков и других приборов.

Метаматериалы с отрицательным индексом

В 60 годах 20 века появилась гипотеза о возможном существовании метаматериалов с отрицательной рефракцией. Метаматериалами называются вещества, которые благодаря искусственно созданной периодической структуре обладают свойствами, нехарактерными для обычных.

В начале 21 века их существование считается практически доказанным, многие ученые публикуют экспериментальные данные о получении подобных образцов. Считается, что они будут обладать такими свойствами:

  1. В них будут отличаться направления фазовой и групповой скорости.
  2. Вероятно преодоление дифракционного предела — минимального значения размера пятна, которое можно получить при фокусировке электромагнитных волн.

Последнее дает возможность повысить разрешающую способность микроскопов и плотность записи информации при меньших физических размерах, создать суперлинзу.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector