SA Преломление света
Повторение
- Углом падения α называется угол между падающим лучом света и перпендикуляром к границе раздела двух сред, восстановленным в точке падения (рис. 1).
- Углом отражения β называется угол между отраженным лучом света и перпендикуляром к отражающей поверхности, восстановленным в точке падения (см. рис. 1).
- Углом преломления γ называется угол между преломленным лучом света и перпендикуляром к границе раздела двух сред, восстановленным в точке падения (см. рис. 1).
-
Под лучом понимают линию, вдоль которой переносится энергия электромагнитной волны.
- Условимся изображать оптические лучи графически с помощью геометрических лучей со стрелками. В геометрической оптике волновая природа света не учитывается (см. рис. 1).
- Лучи, выходящие из одной точки, называют расходящимися, а собирающиеся в одной точке — сходящимися.
- Примером расходящихся лучей может служить наблюдаемый свет далеких звезд, а примером сходящихся — совокупность лучей, попадающих в зрачок нашего глаза от различных предметов.
При изучении свойств световых лучей были экспериментально установлены четыре основных закона геометрической оптики:
- закон прямолинейного распространения света;
- закон независимости световых лучей;
- закон отражения световых лучей;
- закон преломления световых лучей.
Преломление света
Измерения показали, что скорость света в веществе υ всегда меньше скорости света в вакууме c.
- Отношение скорости света в вакууме c к ее скорости в данной среде υ называется абсолютным показателем преломления:
Словосочетание «абсолютный показатель преломления среды» часто заменяют «показатель преломления среды».
Рассмотрим луч, падающий на плоскую границу раздела двух прозрачных сред с показателями преломления n1 и n2 под некоторым углом α (рис. 2).
- Изменение направления распространения луча света при прохождении через границу раздела двух сред называется преломлением света.
Законы преломления:
- отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления γ есть величина постоянная для двух данных сред
- лучи, падающий и преломленный, лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным в точке падения луча к плоскости границы раздела двух сред.
Для преломления выполняется принцип обратимости световых лучей:
- луч света, распространяющийся по пути преломленного луча, преломившись в точке O на границе раздела сред, распространяется дальше по пути падающего луча.
Из закона преломления следует, что если вторая среда оптически более плотная через первая среда,
- т.е. n2 > n1, то α > γ \(\left( \frac{n_2}{n_1} > 1, \;\;\; \frac{sin \alpha }{sin \gamma } > 1 \right)\) (рис. 3, а);
- если n2 < n1, то α < γ (рис. 3, б).
Первые упоминания о преломлении света в воде и стекле встречаются в труде Клавдия Птолемея «Оптика», вышедшего в свет во II веке нашей эры. Закон преломления света был экспериментально установлен в 1620 г. голландским ученым Виллебродом Снеллиусом. Заметим, что независимо от Снеллиуса закон преломления был также открыт Рене Декартом.
Закон преломления света позволяет рассчитывать ход лучей в различных оптических системах.
На границе раздела двух прозрачных сред обычно одновременно с преломлением наблюдается отражение волн. Согласно закону сохранения энергии сумма энергий отраженной Wo и преломленной Wnp волн равна энергии падающей волны Wn:
Полное отражение
Как уже говорилось выше, при переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду (n1 > n2), угол преломления γ становится больше угла падения α (см. рис. 3, б).
По мере увеличения угла падения α (рис. 4), при некотором его значении α3, угол преломления станет γ = 90°, т. е. свет не будет попадать во вторую среду. При углах больших α3 свет будет только отражаться. Энергия преломленной волны Wnp при этом станет равной нулю, а энергия отраженной волны будет равна энергии падающей: Wn = Wo. Следовательно, начиная с этого угла падения α3 (в дальнейшем будет обозначать его α0), вся световая энергия отражается от границы раздела этих сред.
Это явление получило название полное отражение (см. рис. 4).
- Угол α0, при котором начинается полное отражение, называется предельным углом полного отражения.
Значение угла α0 определяется из закона преломления при условии, что угол преломления γ = 90°:
Литература
Жилко, В.В. Физика: учеб. Пособие для 11 класса общеобразоват. шк. с рус. яз. обучения / В.В.Жилко, Л.Г.Маркович. — Минск: Нар. Асвета, 2009. — С. 91-96.