Закон преломления светового луча

В настоящее время на этой странице нет текста. Вы можете найти упоминание данного названия в других статьях, или найти соответствующие записи журналов.

© Автор системы образования 7W и Гипермаркета Знаний — Владимир Спиваковский

При использовании материалов ресурса
ссылка на edufuture.biz обязательна (для интернет ресурсов — гиперссылка).
edufuture.biz 2008-2018© Все права защищены.
Сайт edufuture.biz является порталом, в котором не предусмотрены темы политики, наркомании, алкоголизма, курения и других «взрослых» тем.

Ждем Ваши замечания и предложения на email:
По вопросам рекламы и спонсорства пишите на email:

Закон преломления светового луча

«Физика — 11 класс»

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.

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

Закон преломления света определяет взаимное расположение падающего луча АВ, 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.

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.
Обозначим через АС фронт волны в тот момент, когда волна достигнет точки А.
Луч В1В достигнет границы раздела двух сред спустя время Δt:

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

AD = υ2Δt

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

Угол преломления β равен углу ABD треугольника ABD.
Поэтому

AD = υ2Δt = АВ sin β

Разделив почленно одно уравнение на другое, получим

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:

Если угол преломления β меньше угла падения α, то согласно уравнению 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:

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

Действительно, так как и где с — скорость света в вакууме, то

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,

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

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.

На рисунке 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 θ отклонения луча зависит от преломляющего угла φ призмы, показателя преломления n материала призмы и угла падения α.
Он может быть вычислен с помощью закона преломления.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Световые волны. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Отражение света. Закон отражения света. Полное отражение света

Некоторые законы физики трудно представить без использования наглядных пособий. Это не касается привычного всем света, попадающего на различные объекты. Так на границе, разделяющей две среды, происходит смена направления световых лучей в том случае, если эта граница намного превышает длину волны. При этом отражение света возникает, когда часть его энергии возвращается в первую среду. Если часть лучей проникает в другую среду, то происходит их преломление. В физике поток световой энергии, попадающий на границу двух различных сред, называется падающим, а тот, что от нее возвращается в первую среду, – отраженным. Именно взаимное расположение данных лучей определяет законы отражения и преломления света.

Угол между падающим лучом и перпендикулярной линией к границе раздела двух сред, восстановленной к точке падения потока световой энергии, называется углом падения. Существует еще один важный показатель. Это угол отражения. Он возникает между отраженным лучом и перпендикулярной линией, восстановленной к точке его падения. Свет может распространяться прямолинейно исключительно в однородной среде. Разные среды по-разному поглощают и отражают излучение света. Коэффициентом отражения называют величину, характеризующую отражательную способность вещества. Он показывает, сколько принесенной световым излучением на поверхность среды энергии составит та, которая унесется от нее отраженным излучением. Данный коэффициент зависит от целого множества факторов, одними из самых важных являются угол падения и состав излучения. Полное отражение света происходит тогда, когда он падает на предметы или вещества с отражающей поверхностью. Так, например, это случается при попадании лучей на тонкую пленку серебра и жидкой ртути, нанесенных на стекло. Полное отражение света на практике встречается довольно часто.

Законы отражения и преломления света были сформулированы Евклидом еще в ІІІ в. до н. э. Все они были установлены экспериментально и легко подтверждаются чисто геометрическим принципом Гюйгенса. Согласно ему любая точка среды, до которой доходит возмущение, представляет собой источник вторичных волн.

Первый закон отражения света: падающий и отражающий луч, а также перпендикулярная линия к границе раздела сред, восстановленная в точке падения светового луча, расположены в одной плоскости. На отражательную поверхность падает плоская волна, волновые поверхности которой являются полосками.

Другой закон гласит о том, что угол отражения света равен углу падения. Это происходит потому, что они имеют взаимно перпендикулярные стороны. Исходя из принципов равенства треугольников, следует, что угол падения равен углу отражения. Можно легко доказать, что они лежат в одной плоскости с перпендикулярной линией, восстановленной к границе раздела сред в точке падения луча. Эти важнейшие законы справедливы и для обратного хода света. Вследствие обратимости энергии луч, распространяющийся по пути отраженного, будет отражаться по пути падающего.

Свойства отражающих тел

Подавляющее большинство объектов только отражают падающее на них световое излучение. При этом они не являются источником света. Хорошо освещенные тела отлично видны с любых сторон, поскольку излучение от их поверхности отражается и рассеивается в разных направлениях. Это явление называются диффузным (рассеянным) отражением. Оно происходит при попадании света на любые шероховатые поверхности. Для определения пути отраженного от тела луча в точке его падения проводится плоскость, касающаяся поверхности. Затем по отношению к ней строят углы падения лучей и отражения.

Диффузное отражение

Только благодаря существованию рассеянного (диффузного) отражения световой энергии мы различаем предметы, не способные испускать свет. Любое тело будет абсолютно невидимым для нас, если рассеивание лучей будет равно нулю.

Диффузное отражение световой энергии не вызывает у человека неприятных ощущений в глазах. Это происходит от того, что не весь свет возвращается в первоначальную среду. Так от снега отражается около 85% излучения, от белой бумаги – 75%, ну а от велюра черного цвета – всего 0,5%. При отражении света от различных шероховатых поверхностей лучи направляются хаотично по отношению друг к другу. В зависимости от того, в какой степени поверхности отражают световые лучи, их называют матовыми или зеркальными. Но все-таки эти понятия являются относительными. Одни и те же поверхности могут быть зеркальными и матовыми при различной длине волны падающего света. Поверхность, которая равномерно рассеивает лучи в разные стороны, считается абсолютно матовой. Хотя в природе таких объектов практически нет, к ним очень близки неглазурованный фарфор, снег, чертежная бумага.

Зеркальное отражение

Зеркальное отражение лучей света отличается от других видов тем, что при падении пучков энергии на гладкую поверхность под определенным углом они отражаются в одном направлении. Это явление знакомо всем, кто когда-то пользовался зеркалом под лучами света. В этом случае оно является отражающей поверхностью. К этому разряду относятся и другие тела. К зеркальным (отражающим) поверхностям можно отнести все оптически гладкие объекты, если размеры неоднородностей и неровностей на них составляют меньше 1 мкм (не превышают величину длины волны света). Для всех таких поверхностей действительны законы отражения света.

Отражение света от разных зеркальных поверхностей

В технике нередко используются зеркала с изогнутой отражающей поверхностью (сферические зеркала). Такие объекты представляют собой тела, имеющие форму сферического сегмента. Параллельность лучей в случае отражения света от таких поверхностей сильно нарушается. При этом существует два вида таких зеркал:

• вогнутые — отражают свет от внутренней поверхности сегмента сферы, их называют собирающими, поскольку параллельные лучи света после отражения от них собираются в одной точке;

• выпуклые — отражают свет от наружной поверхности, при этом параллельные лучи рассеиваются в стороны, именно поэтому выпуклые зеркала называют рассеивающими.

Варианты отражения световых лучей

Луч, падающий практически параллельно поверхности, только немного касается ее, а далее отражается под сильно тупым углом. Затем он продолжает путь по очень низкой траектории, максимально расположенной к поверхности. Луч, падающий практически отвесно, отражается под острым углом. При этом направление уже отраженного луча будет близко к пути падающего луча, что полностью соответствует физическим законам.

Преломление света

Отражение тесно связано с иными явлениями геометрической оптики, такими как преломление и полное внутреннее отражение. Зачастую свет проходит через границу между двумя средами. Преломлением света называют изменение направления оптического излучения. Оно происходит при прохождении его из одной среды в другую. Преломление света имеет две закономерности:

• луч, прошедший через границу между средами, расположен в плоскости, которая проходит через перпендикуляр к поверхности и падающий луч;

• угол падения и преломления связаны.

Преломление всегда сопровождается отражением света. Сумма энергий отраженного и преломленного пучков лучей равна энергии падающего луча. Их относительная интенсивность зависит от поляризации света в падающем пучке и угла падения. На законах преломления света основывается устройство многих оптических приборов.

Закон преломления: закон Снелла и индекс преломления

Физика > Закон преломления: закон Снелла и индекс преломления

Величина изменения светового луча основывается на угле падения и показателе перемены скорости.

Задача обучения

  • Вывести связь между показателем преломления и скоростью света.
  • Основные пункты

  • Когда световой луч проходит сквозь перемену в материи, то создается изгиб, именуемый преломлением.
  • Показатель преломления – n = c/v (v – световая скорость в материале, c – скорость света в вакууме, n – показатель преломления).
  • Закон Снелла в форме уравнения: n1sinθ1 = n2sinθ2.
    • Показатель преломления – соотношение скорости света в вакууме и в другом материале.
    • Преломление – смена направленности светового луча, когда проходит в иной материи.
    • Если вы наблюдали за аквариумом, то могли заметить, что одна и та же рыбка могла оказываться в двух разных местах. Дело в том, что свет, путешествуя от рыбки к нам, меняет направленность пересекая черту резервуара. Изменение направленности луча между материями именуют преломлением. Это явление несет ответственность за множество оптических иллюзий.

      Наблюдая за аквариумом, мы замечаем одну рыбку в разным местах, потому что свет меняет свою направленность, когда пересекает границу материи. Тогда свет приходит к наблюдателю двумя дорогами и создается два образа единой рыбки. Изгиб именуют преломлением

      Преломление – перемена направленности светового луча, когда он проходит сквозь смену материй.

      Скорость света

      Световая скорость (с) не только имеет воздействие на рефракцию, но и выступает одной из главных концепций в теории относительности. Скорость меняется вместе с материалом, через который проходит. Из-за этого создается связь между пространством и временем, что меняет позицию ожидаемого образа. Световая скорость – настолько важное понятие, что она выступает одной из фундаментальных постоянных в природе.

      Почему направленность света меняется?

      Закон преломления

      Световой луч меняет свою направленность лишь в том случае, если переходит из одной среды в другую. Углы вычисляются относительно перпендикуляра к поверхности в точке пересечения светового луча. Смена направления основывается на перемене световой скорости, а она связана с показателями преломления среды.

      Чем выше показатель преломления среды, тем меньше световая скорость. Представьте, как вы двигаете рукой по воздуху и воде. Во втором случае это делать сложнее. Также и свет ведет себя при смене среды.

      На величину изменения светового луча влияет угол падения и показатель перемены скорости. В виде уравнения:

      n1sinθ1 = n2sinθ2 (n1 и n2 – показатели преломления для сред 1 и 2, а θ1 и θ2 – углы между лучами и перпендикуляром).

      Закон преломления также именуют законом Снелла в честь Виллеброрда Снелла, выявившего его еще в 1621 году. Он провел ряд экспериментов, в которых заметил, что закон преломления сохраняется.

      Тест по физике Преломление света 8 класс

      Тест по физике Преломление света, Закон преломления света для учащихся 8 класса с ответами. Тест включает в себя 13 заданий с выбором ответа.

      1. Оптически более плотная среда — это среда, в которой

      1) скорость распространения света больше
      2) скорость распространения света меньше
      3) плотность ее вещества больше
      4) плотность ее вещества меньше

      2. Преломлением света называют явление

      1) его перехода через границу раздела двух сред
      2) распространения света сначала в одном, а потом в другом веществе
      3) изменения направления светового луча на границе раздела сред, имеющих разные оптические плотности

      3. Угол преломления — это угол между

      1) преломленным лучом и границей раздела сред
      2) преломленным лучом и перпендикуляром к границе раздела сред в точке падения на нее светового луча
      3) преломленным лучом и продолжением падающего луча

      4. Если свет переходит из среды менее оптически плотной в оптически более плотную среду, то угол преломления светового луча всегда

      1) равен углу падения (α = γ)
      2) меньше угла падения (α > γ)
      3) больше угла падения (α γ)
      3) больше угла падения (α

      Законы отражения и преломления света

      Из­вестно, что в оп­тически однород­ной среде свет рас­простра­няется прямолинейно с постоянной скоростью v. Величина

      называется абсолютным показателем преломления среды.

      Здесь с = 3∙10 8 м/с — скорость света в вакууме.

      При падении света на границу раздела двух сред происходит отражение и преломление луча (рис.1). Угол падения светового луча равен углу отражения, т. е.

      α = α′. (1.2)

      Это условие называют законом отражения.

      Луч падающий, отраженный и преломленный, а также перпендикуляр, проведенный в точку падения, лежат в одной плоскости. Причем

      (1.3)

      где n1 и n2 — абсолютные показатели преломления первой и второй сред; n21 — относительный показатель преломления второй среды относительно первой; β — угол преломления светового луча.

      Последнее выражение является законом преломления света.

      Как видно из (1.3), при падении света из среды, оптически менее плотной, в среду с большей оптической плотностью ( n1 ‹ n2 ) угол преломления β меньше угла падения α. В обратном случае (при n1 › n2) угол β больше угла α (рис. 2), и возможна такая ситуация, при которой преломленный луч скользит вдоль границы раздела сред (рис. 2, пунктир), т. е β = 90 º.

      Угол падения, соответствующий этому случаю называется предельнымпр). При падении света под углом большим предельного преломленный луч во вторую среду вообще не выходит, а, отражаясь от границы раздела, возвращается в первую среду. Это явление носит название полного внутреннего отражения.

      ПРИМЕР. На плоскопараллельную стеклянную пластинку с показателем преломления 1,5 и толщиной d = 5 см падает луч лазера под углом α = 30º и выходит параллельно первоначальному лучу. Определить расстояние l между вышедшими лучами.

      РЕШЕНИЕ. Ход лучей в пластинке изображен на рис. 3. Используя закон преломления света, найдем угол β :

      Отсюда следует, что угол β = 19º30′ .

      Расстояние l между лучами можно найти из ∆ BED:

      Отрезок BD определим, рассмотрев ∆ BСD:

      BD = 2ВК = 2d tg β.

      l = 2d∙tg β∙cos α =2d∙tg 19º30′ ∙cos 30º = 2∙5∙0, 3541∙0,8665 = 0,3063 (см).

      1.2. Преломление света в линзах

      Линзами называются объекты из прозрачных материалов, ограниченные с двух сторон преломляющими поверхностями, чаще всего сферическими. Линзы бывают двояковыпуклыми, двояковогнутыми, плосковыпуклыми, плосковогнутыми и т.д. При этом плоскую поверхность можно рассматривать как сферическую бесконечно большого радиуса кривизны.

      Фокусом линзы называется точка, в которой после преломления линзой пересекаются лучи, падающие на линзу параллельно ее оптической оси. Расстояние F от фокуса до центра линзы называется фокусным расстоянием линзы.

      Для тонкой линзы, помещенной в однородную среду, выполняется соотношение

      (1.4)

      где а и в — соответственно расстояния от линзы до объекта и от линзы до изображения; R1 и R2 — радиусы кривизны ограничивающих поверхностей; F — фокусное расстояние линзы; D = 1/F — оптическая сила линзы(в системе СИ измеряется в диоптриях, дптр). Все расстояния, отсчитываемые по ходу луча, берутся со знаком “+” против хода луча — со знаком “-”.

      Увеличением линзы k называется отношение размера изображения к размеру объекта.

      ПРИМЕР. На расстоянии а = 25 см от двояковыпуклой линзы Л оптической силой D = 10 дптр поставлен предмет высотой АВ = 3 см. Найти положение и высоту изображения предмета А1В1, а также увеличение линзы k.

      РЕШЕНИЕ. Определим фокусное расстояние линзы

      F = 1/ D = 1/10 =0,1 (м).

      Построим изображение объекта АВ. Для этого от каждой из точек А и В нужно провести не менее двух лучей. Проведем лучи АВ1 и ВА1 через центр линзы; при этом они не изменяют своего направления. Еще два луча, идущие от точек А и В параллельно оптической оси, проходят через фокус линзы F. В результате построения видим, что полученное изображение является действительным, обратным и уменьшенным.

      По формуле (1.4) найдем расстояние в от линзы до изображения:

      Из подобия треугольников АОВ и А1ОВ1 следует, что

      Увеличение линзы k = А1В1 /АВ = 1,82/3 = 0,66.

      Популярное:

      • Сайт верховного суда днр Адвокат Донецк ДНР ЮК ВиП Адвокат в Донецке - услуги в ДНР Верховный суд Донецкой Народной Республики Гражданская палата Верховный суд Донецкой Народной Республики (ВС ДНР). Создан и начал работать с 2015 года. Председателем является […]
      • Каким государством правил теодорих великий Каким государством правил теодорих великий В настоящее время на этой странице нет текста. Вы можете найти упоминание данного названия в других статьях, или найти соответствующие записи журналов. © Автор системы образования 7W и […]
      • Звертання правило В настоящее время на этой странице нет текста. Вы можете найти упоминание данного названия в других статьях, или найти соответствующие записи журналов. © Автор системы образования 7W и Гипермаркета Знаний - Владимир […]
      • Работа европейского суда Работа европейского суда Работ в текущем разделе: [ 640 ] Дисциплина: Право На уровень вверх Тип: Курсовая работа | Цена: 650 р. | Страниц: 70 | Формат: doc | Год: 2012 | КУПИТЬ | Получить демо-версию работы бесплатно Данная […]
      • Курсовые виды исков Работ в текущем разделе: [ 6130 ] Дисциплина: Гражданское право На уровень вверх Тип: Курсовая работа | Цена: 650 р. | Страниц: 27 | Формат: doc | Год: 2012 | КУПИТЬ | Получить демо-версию работы бесплатно Данная работа была […]
      • Юристы саров Таковых нет. А если объявятся, то я Вам настоятельно к ним оращаться не рекомендую. Платные и неплохие есть. № 3 Сообщение CapoOB » 23 ноя 2012 23:13 Лохов лохить! Платите, чё. Может с вас ещё и замерщики и ремонтники деньги за просмотрт […]
      • Узбекистан пенсии на карточку Добро пожаловать, Статистика Эта страница сегодня . всего: 1уникальных: 1 Эта страница когда-либо . всего: 11уникальных: 6 Сайт . всего: 5047уникальных: 1103 Гостей: 11, Пользователей: 0 . рекорд он-лайн: 936(Пользователей: 0, Гостей: […]
      • Разрешение opengl Пропорциональность отображаемых объектов. Разрешение экрана Подскажите рабочий метод, который позволяет сохранять пропорции фигуры в зависимости от разрешения экрана пользователя. (к примеру квадрат должен оставаться квадратом) Добавлено […]