 |
Закон преломления света: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скорости распространения света в первой среде к скорости распространения света во второй среде.
|
|
|
|
В курсе физики 9 класса вводились понятия абсолютного и относительного показателей преломления среды. Абсолютным показателем преломления называется отношение скорости распространения световой волны в вакууме к ее скорости распространения в данной среде.
Относительный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света в первой по ходу луча среде отличается от скорости распространения света во второй среде.
С учётом данных определний, сформулируем закон преломления света в его современном виде.
Первая его часть очень напоминает закон отражения света. И так, луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная относительному показателю преломления второй по ходу луча среды относительно первой — это вторая часть закона преломления света.
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.
|
|
|
Помимо этого, показатель преломления будет зависеть не только от скорости света в данной среде, но и от физических свойств и состояния среды (т.е. от температуры, плотности, упругости), а также от длины волны падающего света.
Рассмотрим, что будет происходить со световой волной, если увеличивать угол ее падения. По мере увеличения угла падения при его некотором значении a0 угол преломления станет равным 900, т.е. свет не будет попадать во вторую среду.
Энергия преломленной волны при этом станет равной нулю, а энергия отраженной волны будет равна энергии падающей. Следовательно, начиная с этого угла падения, вся световая энергия отражается от границы раздела этих сред. Это явление называется полным отражением. А угол, при котором луч скользит вдоль поверхности раздела сред, называется предельным углом полного отражения. Он определяется из закона преломления света, при условии, что угол преломления равен 900.
С помощью закона преломления света можно рассчитать ход лучей в различных оптических устройствах. Для примера, рассмотрим ход лучей в треугольной призме, изготовленной из стекла или другого прозрачного материала.
Пусть монохроматический свет падает на грань AB стеклянной призмы, которая находится в воздухе (показатель преломления воздуха будем считать равным единице). На рисунке изображены: падающий луч — S 1 O 1, угол падения — a1, преломленный луч — O 1 O 2, и b1 — угол преломления. Обратите внимание, что угол преломления меньше угла падения, так как свет переходит из среды оптически менее плотной в оптически более плотную.
Пройдя через призму, свет попадет на ее другую грань — AC. Здесь он снова испытает преломление. На рисунке: a2 — угол падения, b2 — угол преломления. На данной грани свет переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, поэтому угол преломления будет больше угла падения. Грани BA и CA, на которых происходит преломление света, будем называть преломляющими гранями.
|
|
|
А угол между этими гранями — преломляющим углом призмы (обычно его обозначают буквой 
). Далее, угол образованный направлением луча, входящего в призму, и направлением луча, выходящего из нее, называют углом отклонения. Грань, которая лежит против преломляющего угла, мы будем называть основанием призмы.
Помимо этого, еще необходимо знать некоторые соотношения для призмы:
Для первой преломляющей грани закон преломления света запишется так:
Для второй преломляющей грани закон преломления будет иметь вид:
Для того, что бы найти преломляющий угол призмы, достаточно найти сумму угла падения a2 и угла преломления b1.
А чтобы определить угол отклонения луча, достаточно из предыдущей суммы вычесть преломляющий угол призмы.
Таким образом, получается, что если оптическая плотность вещества призмы будет больше, чем окружающей среды, то луч света, проходящий через призму, отклонится к ее основанию. Нетрудно показать, что если оптическая плотность окружающей среды будет больше чем призмы, то луч света после прохождения через призму отклонится к ее вершине.
Упражнения.
Задача 1. Под каким углом должен упасть луч на стекло, показатель преломления которого 1,8, чтобы преломленный луч оказался перпендикулярным отраженному?
Задача 2. Сечение стеклянной призмы имеет форму равностороннего треугольника. Луч падает на одну из граней перпендикулярно к ней. Вычислите угол между этим лучом и лучом, вышедшим из призмы. Показатель преломления стекла равен 1,5.
Основные выводы:
– Преломлением называют изменение направления распространения света, возникающее на границе раздела двух прозрачных сред или в толще среды с непрерывно изменяющимися свойствами.
– Закон преломления света, согласно которому луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
– Отношение же синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная относительному показателю преломления второй по ходу луча среды относительно первой.
|
|
|
|
|
|
