Бесплатная горячая линия

8 800 301 63 12
Главная - Другое - Закон преломления света формулы

Закон преломления света формулы

Закон преломления света формулы

Формула закона полного отражения и преломления света


› Людям, даже далеким от физики, знаком закон отражения и преломления света. Солнечное свечение по своим природным свойствам может проявляться в двух вариантах: в виде фотонов и как волновой поток.

Это необычное свойство называют волновым дуализмом.В различных ситуациях излучение не проявляется одинаково. Сейчас некоторые механизмы его распространения можно объяснить. В однородных условиях световое излучение опускается прямолинейно.

Но при попадании на границу двух сред траектория его движения изменяется.ОглавлениеКогда луч опускается на раздел двух сред (возьмем воду и стекло), одна его часть отражается от стекла, а другая проникает внутрь, но в стекле излучение преломляется.Закон отражения и преломления света выглядит так: Важно! Запомните траектории движений.Дадим определение понятиям, без которых понимание сути законов невозможно.Отражение света – это перемена траектории движения светового излучения при попадании на край двух сред, после чего излучение остается и продолжает распространение в первой среде.

Преломление света – это перемена курса светового излучения после перехода из одних условий в другие.В основе волновой оптики лежит принцип Ферма. Он гласит, что световое излучение выбирает путь, на преодоление которого требуется минимум времени. Это утверждение определяет законы волновой оптики, представленные ниже.Это интересно!

Квантовые : кратко об основных положенияхСуть этого закона показывает данный рисунок:Но свет может падать не только на плоскость. Что происходит с ним, когда он падает на неровную поверхность?

Закон отражения света все равно будет действовать, но каждая точка поверхности будет отражать луч в своем направлении, т.

е. диффузно.Суть закона преломления света:Здесь n1 – показатель преломления в условиях, в которых луч опускается, n2 – показатель преломления в условиях, в которых он преломляется.Абсолютный показатель – это постоянная величина. Он равняется отношению скорости движения светового потока в вакууме к скорости его движения в среде.Здесь c – скорость света в вакууме; v – в среде.Луч, направленный на край двух сред перпендикулярно, не будет преломлен, при прохождении из одной среды в другую.Когда световое излучение попадает из более уплотненной среды в менее уплотненную, случается полное отражение света.

При нем световой поток скользит по поверхности, не преломляясь.α на рисунке – предельный угол полного внутреннего отражения (угол преломления будет равен 90 гр.). Чаще всего он обозначается как α0.На этом принципе основана волновая оптика. Принцип описывает механизм движения волн.

К световому излучению его также можно применить. Принцип говорит о том, что когда волна достигает какой-нибудь поверхности, ее точки становятся источниками следующих волн. По такому принципу происходит движение и светового излучения.Допустим, нам известно положение поверхности волны в данный момент.
По такому принципу происходит движение и светового излучения.Допустим, нам известно положение поверхности волны в данный момент. Чтобы узнать ее положение в любой другой момент, нужно рассматривать все ее точки как источники следующих волн.Простой пример того, как проходит преломление света в неоднородных условиях.Точки на краю двух сред порождают новые волны.

Огибающая к этим волнам уже не параллельна к разделу условий. Граница раздела следующих условий также породит вторичные волны, и поток отклонится еще.

По такому же принципу световая волна будет идти дальше. Из этого рисунка понятно, что излучение уходит в сторону увеличения n.Можно объяснить законы кратко.

Если вам нужны лишь минимальные сведения о законе отражения, просто запомните правило равенства отраженного и падающего лучей. Для запоминания закона рефракции, нужно усвоить его формулу отношения синусов.Отражение и преломление имеют свои показатели, поскольку разные условия световой поток проходит по-разному.Эта величина показывает отражательные способности веществ.

Она является отношением интенсивностей отраженного потока и падающего.

Ф – волна отражения; Фо – волна падения.Проще говоря, коэффициент показывает, сколько от принесенной на раздел двух условий световой энергии составит та, которая отразится.Иногда коэффициент обозначается буквой R.Его величина зависит от нескольких причин:

  1. угол падения;
  2. состав спектра.
  3. свойства тела;
  4. поляризация;

Допустим, свет опускается на покрытие. Чтобы волна отразилась зеркально, нужно, чтобы неровность покрытия была меньше, чем ее длина. Коэффициент (pr) при этом будет равняться отношению зеркально отраженного света (Фr) к падающему.

Формула выглядит так:pr = Фr / Фo.Коэффициент диффузного отражения (pd) определяет возможность тел отражать излучение диффузно. Он равен отношению диффузно отраженного света (Фd) к падающему:pd = Фd / Фо.Иногда поток отражается и диффузно и зеркально.

Тогда «p» равен их сумме:p = pd + pr.Это интересно! Формулировки : кратко и понятноЧаще его называют показателем. Это как раз то, о чем говорилось ранее (n).

Он может быть абсолютным и относительным.

Про абсолютный сказано выше. Теперь относительный.

Его величина определяется свойствами самого вещества. Исключение составляет лишь вакуум.Обратите внимание!

Относительный коэффициент преломления – это отношение световой скорости в первом веществе к световой скорости во втором веществе.Вопросы на законы отражения и преломления света.

  • Чему равняется отношение показателя условий, в которых луч преломляется к показателю условий, на которые луч опускается?
  • Как точки покрытия влияют на световую волну, падающую на это покрытие?
  • Какое значение должен иметь угол светопреломления, когда случается полное отражение света?

Ответы.

  • Относительному показателю рефракции.
  • Точки являются источником вторичных волн.
  • 90

Это интересно! Изучаем термины: – что же это такое простыми словамиЗадачи на законы с решением.№ 1.

Световой поток опускается на плоский раздел двух сред. Между падающим излучением и перпендикуляром, проведенным к точке падения 50 гр. Между отраженным и преломленным лучом 100 гр.

Чему равен угол светопреломления?Решение.

  • Отраженный угол тоже будет равняться 50 гр. Пусть угол светопреломления равен X. Если мы проведем перпендикуляр в точку падения луча, то получим:
  • X + 50 + 100 = 180
  • X = 180 – 100 – 50
  • X = 30.

Ответ: 30 гр.№ 2. Угол падения равняется 30 гр., n = 1,6. Найдите угол светопреломления.Решение.

  • sin b = 0,5 / 1,6 = 0,3125.
  • Нам известна формула, действующая для закона преломления света: sin a / sin b = n.
  • Осталось вычислить значение «b» по калькулятору.
  • Исходя из этого, получаем:
  • Мы знаем величину «а», sin 30 = 0,5.

Ответ: 18,2 гр.№ 3.

Угол падения равняется 30 гр. А угол преломления – 140 гр. В какой среде луч был сначала: с большей плотностью или с меньшей?Решение.

  • Угол преломления получается больше. Значит, 1-я среда была более плотной.
  • Сначала нужно узнать, под каким углом происходит преломление света. Делаем это по принципу из 1-й задачи.
  • X = 180 – (140-30) = 70.

Ответ: сначала луч распространялся в более плотной среде.№ 4. Луч опускается из воздуха на прозрачный пластик.

Угол падения – 50 гр., светопреломления – 25 гр. Каково значение показателя преломления пластика относительно воздуха?Решение.

  • 0,76 / 0,42 = 1,8.
  • sin 50 / sin 25 = n
  • Нам известно, что sin пад / sin прел = n.

Ответ: 1,8.№ 5.

Угол между плоскостью и падающим лучом равен углу между падающим и отраженным лучом. Чему равен угол падения? Решение.

  • X = 90 – 2X
  • X = 30.
  • Пусть угол падения равен X. Угол между падающим лучом и поверхностью зеркала + X = 90 гр.
  • Таким образом, мы получаем:
  • 3X = 90

Ответ: 30 гр.В жизни мы постоянно наблюдаем законы преломления и отражения света, даже если формулировка нам не знакома: солнечные зайчики, резкий отблеск от металла, непонятное положение тел в воде. Эти явления кажутся нам обычными.

Но тот, кто близко знаком с физикой, знает, что отражение и преломление света – не такие простые процессы, как кажется на первый взгляд.ВконтактеОдноклассникиFacebookМой мирTwitterПомогла статья?

Оцените её

Загрузка.

Знаниягуру © 2018–2021 – Учись с умом.Перепечатка материалов разрешена только с указанием первоисточника Adblockdetector

Особенности явления преломления света с точки зрения физики

› Процессы, которые связаны со светом, являются важной составляющей физики и окружают нас в нашей обыденной жизни повсеместно. Самые важные в данной ситуации являются законы отражения и преломления света, на которых зиждется современная оптика.

Преломление света является важной составляющей частью современной науки.

Эффект искажения Эта статья расскажет вам, что собой представляет явление преломления света, а также как выглядит закон преломления и что из него вытекает. При падении луча на поверхность, которая разделяется двумя прозрачными веществами, имеющими разную оптическую плотность (к примеру, разные стекла или в воде), часть лучей будет отражена, а часть – проникнет во вторую структуру (например, пойдет распространяться в воде или стекле).

При переходе из одной среды в другую для луча характерно изменение своего направления.

Это и есть явление преломления света. Особенно хорошо отражение и преломление света видно в воде.

Эффект искажения в воде Смотря на вещи, находящиеся в воде, они кажутся искаженными.

Особенно это сильно заметно на границе между воздухом и водой.

Визуально кажется, что подводные предметы слегка отклонены. В описываемом физическом явлении как раз и кроется причина того, что в воде все объекты кажутся искаженными. При попадании лучей на стекло, данный эффект менее заметен.

Преломление света представляет собой физическое явление, которое характеризуется изменением направления движения солнечного луча в момент перемещения из одной среды (структуры) в другую.

Для улучшения понимания данного процесса, рассмотрим пример попадания луча из воздуха в воду (аналогично для стекла).

При проведении перпендикуляра вдоль границы раздела можно измерить угол преломления и возвращения светового луча. Данный показатель (угол преломления) будет изменяться при проникновении потока в воду (внутрь стекла).

Обратите внимание! Под данным параметром понимается угол, который образует перпендикуляр, проведенный к разделу двух веществ при проникновении луча из первой структуры во вторую.

Прохождение луча Этот же показатель характерен и для других сред.

Установлено, что данный показатель зависит от плотности вещества. Если падение луча происходит из менее плотной в более плотную структуру, то угол создаваемого искажения будет больше. А если наоборот – то меньше. При этом изменение наклона падения также скажется и на данном показателе. Но отношение между ними не остается постоянным.
Но отношение между ними не остается постоянным.

В то же время, отношение их синусов останется постоянной величиной, которую отображает следующая формула: sinα / sinγ = n, где:

  1. n – постоянная величина, которая описана для каждого конкретного вещества (воздуха, стекла, воды и т.д.). Поэтому, какова будет данная величина можно определить по специальным таблицам;
  2. α – угол падения;
  3. γ – угол преломления.

Для определения этого физического явления и был создан закон преломления. Закон преломления световых потоков позволяет определить характеристики прозрачных веществ. Сам закон состоит из двух положений:

  1. вторая часть. Показатель соотношения синуса угла падения к синусу этого же угла, образовавшегося при переходе границы, будет величиной постоянной.
  2. первая часть. Луч (падающий, измененный) и перпендикуляр, который был восстановлен в точке падения на границе, например, воздуха и воды (стекла и т.д.), будут располагаться в одной плоскости;

Описание закона При этом в момент выхода луча из второй структуры в первую (например, при прохождении светового потока из воздуха, через стекло и обратно в воздух), также будет возникать эффект искажения.

Основной показатель в данной ситуации — это соотношение синуса угла падения к аналогичному параметру, но для искажения. Как следует из закона, описанного выше, данный показатель являет собой постоянную величину.

При этом при изменении значения наклона падения, такая же ситуация будет характерна и для аналогичного показателя. Данный параметр имеет большое значение, поскольку является неотъемлемой характеристикой прозрачных веществ.

Показатели для разных объектов Благодаря этому параметру можно довольно эффективно различать виды стекол, а также разнообразные драгоценные камни. Также он важен для определения скорости перемещения света в различных средах. Обратите внимание! Наивысшая скорость светового потока – в вакууме.

При переходе из одного вещества в другие, его скорость будет уменьшаться. К примеру, у алмаза, который обладает самым большим показателем преломляемости, скорость распространения фотонов будет в 2,42 раза выше, чем у воздуха. В воде же они будут распространяться медленнее в 1,33 раза.

Для разных видов стекол данный параметр колеблется в диапазоне от 1,4 до 2,2.

Обратите внимание! Некоторые стекла имеют показатель преломляемости 2,2, что очень близко к алмазу (2,4). Поэтому не всегда получится отличить стекляшку от реального алмаза.

Свет может проникать через разные вещества, которые характеризуются различными показателями оптической плотности. Как мы уже говорили ранее, используя данный закон можно определить характеристику плотности среды (структуры). Чем более плотной она будет, тем с меньшей скоростью в ней будет распространяться свет.

Например, стекло или вода будут более оптически плотными, чем воздух. Кроме того, что данный параметр является постоянной величиной, он еще и отражает отношение скорости света в двух веществах. Физический смысл можно отобразить в виде следующей формулы: Данный показатель говорит, каким образом изменяется скорость распространения фотонов при переходе из одного вещества в другое.

При перемещении светового потока через прозрачные объекты возможна его поляризация. Она наблюдается при прохождении светового потока от диэлектрических изотропных сред. Поляризация возникает при прохождении фотонов через стекло.

Эффект поляризации Частичная поляризация наблюдается, когда угол падения светового потока на границе двух диэлектриков будет отличаться от нуля.

Степень поляризации зависит от того, каковы были углы падения (закон Брюстера).

Завершая наш небольшой экскурс, еще необходимо рассмотреть такой эффект, как полноценное внутреннее отражение.

Явление полноценного отображения Для появления данного эффекта необходимо увеличение угла падения светового потока в момент его перехода из более плотного в менее плотную среду в границе раздела между веществами. В ситуации, когда данный параметр будет превосходить определенное предельное значение, тогда фотоны, падающие на границу этого раздела будут полностью отражаться.

Собственно это и будет наше искомое явление. Без него невозможно было сделать волоконную оптику. Практическое применение особенностей поведения светового потока дали очень многое, создав разнообразные технические приспособления для улучшения нашей жизни.

При этом свет открыл перед человечеством далеко не все свои возможности и его практический потенциал еще полностью не реализован.

Описание закона преломления света: что важно знать

Часто мы наблюдаем, что освещение, которое попадает на воду или проходит через стеклянную линзу трансформируется и искажает изображение.

Этот эффект может объяснить, такое физическое явление как преломление света. Давайте более детально разберемся, что происходит с излучением, и какие закономерности управляют этим процессом.

Хотя особенности распространения солнечного излучения были частично сформулированы еще в X веке астрономом Ибн Салахом, впервые принцип лучепреломления был открыт в XVII физиком В. Снеллиусом. В то же время другой ученый Р. Декарт независимо от Снеллиуса также открыл закон лучепреломления света.

При чем, эта закономерность справедлива не только в отношении света, но также радио и магнитных потоков.

Читайте также: Преломление света описывает изменение направления диапазона волн на границе соприкосновения двух прозрачных сфер. То есть луч, попадая из одного вещества в другое, проходит внутри второго под другим углом. Принцип изменения траектории описывают два пункта закона:

  1. Второй: отношение синуса угла падения к синусу угла измененного потока – постоянный показатель, который не зависит от направления луча и плотности среды.
  2. Первый: свет который падает на поверхность раздела двух веществ, изменивший направление и перпендикулярная константа (нормаль) в точке искажения, находятся в одной плоскости по отношению друг к другу.

Эту закономерность можно представить в виде формулы коэффициента: sinα/ sin γ =n, где: α – угол падения волны; γ – угол преломления; n – относительный показатель преломления второй сферы по отношению к первоначальной.

Рекомендуем посмотреть видео на тему “Преломление света”.

Показатель лучепреломления – это пропорциональное отношение скорости волны в первой сфере и второй, где происходит изменение направления потока. Каждая среда имеет свои характеристики изменения направления спектра.

Эти данные можно узнать эмпирическим путем. Обычно эталонной сферой считается вакуум. В нем искривление светового поля будет 1.

На изменение скорости может влиять температура, диапазон излучения. Согласно вышеперечисленным определениям физический смысл показателя преломления можно представить так: он показывает, во сколько волны в одном веществе распространяются быстрее, чем в другом.

Читайте также: Эта величина показывает оптическую плотность сферы (то есть способность замедлять движение излучения). Она определяется относительно эталонной среды, то есть вакуума. Это связано с тем, что скорость света в вакууме эта универсальная единица.

Величину оптической плотности (n) можно описать формулой: n = C/v, где: С – скорость света в вакууме; v – скорость в другом веществе.

Среда Коэффициент изменения движения Стекло 2 Воздух 1,00029 Вода 1,33 Лед 1,3 Глицерин 1,5 Из таблицы видно, что в воде движение замедляется в 1,33 раза по сравнению с вакуумом.

Обычно это среднее значение, при расчете не учитывается температура, плотность и пр. показывает отношение абсолютных величин преломления второй сферы к первой. Если абсолютные величины равны, это будет означать, что луч при переходе из одной среды в другую не изменит своей скорости. Эта зависимость представлена формулой: n = n2/n1, где n1 = первое вещество; n2 второе.
Эта зависимость представлена формулой: n = n2/n1, где n1 = первое вещество; n2 второе. Читайте также: Наблюдения и многочисленные эмпирические исследования показывают, что у эффекта изменения скорости и траектории потока есть обратный принцип.

То есть, если перевернуть лучи падающий и искаженный, спектры и направление не изменятся. Как бы мы не меняли потоки местами, направление их волн не изменится. В повседневной жизни искажение траектории света применяется повсеместно.

Применение закона преломления света реализовано в производстве всевозможных линз: для телескопов, микроскопов, автомобильных фар. Любая оптика для улучшения зрения: очки, контактные линзы.

Одни приборы концентрируют лучи, другие наоборот рассеивают, чтобы свет не ослеплял. Даже наше зрение, устроено так, что волны света попадают на хрусталик, где меняется их траектория, обрабатываются и передаются на сетчатку.

Рекомендуем посмотреть видео на тему “Галилео — преломление света”. То, что мы привыкли наблюдать в повседневной жизни, было бы невозможно увидеть без трансформации светового поля.

Теперь вы знаете, что у этого явления есть свои принципы и физические закономерности, которые описаны четкими формулами. Делитесь в комментариях и социальных сетях, где еще применяется эффект искажения лучей в быту.

Оценка статьи:

(голосов: 2, средняя оценка: 5,00 из 5)

Загрузка.

Поделиться с друзьями: Твитнуть Поделиться Поделиться Отправить Класснуть

Закон Снеллиуса

6 августа 2021Некоторые физические законы известны буквально каждому школьнику, но вот люди их открывшие порой неведомы даже учителям физики со стажем. (Снелля в голландской транскрипции) относится именно к таким понятиям.В конце статьи мы приведем видео нескольких простых и в тоже время эффектных экспериментов, демонстрирующих преломление света на границе сред.Для начала вспомним классический опыт школьной физики. На дно непрозрачной чашки положим монету.

Подготовим стакан с водой. Одной рукой начнем поднимать чашку вверх до того момента пока монета полностью не скроется из поля видимости.

Затем свободной рукой берем стакан и начинаем наливать воду в чашку. Спустя некоторое время монета вернется в поле зрения.

На этом примере школьные учителя чаще всего демонстрируют закон преломления света на границе раздела 2 сред, даже не подозревая, что открыт этот закон был профессором Лейденского университета Виллебрордом Снеллиусом (Снеллем) в 1621 году.Ученый не опубликовал свое открытие, оно осталось как запись в бумагах. Позднее известный французский ученый Рене Декарт разбирал архив своего предшественника.

В 1637 году вышла книга Декарта «Диоптрика», в которой описывался закон преломления света. Открыл ли Декарт заново закон самостоятельно или просто воспользовался записями Снеллиуса до сих пор неизвестно. Исследователи этого вопроса по сей день не пришли к единому мнению.Практически любому человеку известно, что скорость света, обозначаемая латинской буквой c, в 300 000 км/с является предельной для всех объектов и излучений.

На самом деле в этом утверждении имеются сразу 2 неточности, причем одна из них весьма существенная. Первая — скорость света на самом деле немного меньше 300 000 км/с, но это не имеет особого значения.

Вторая — в первом предложении абзаца не упоминалось, что имеется в виду скорость света в вакууме, а эта поправка весьма существенна.Существует много материалов сквозь которые проходит свет.

Ради примера можно вспомнить стекло, лед, воду, алмаз.

Но проходит свет через них по-разному.

На своем пути через прозрачные материалы свет взаимодействует с веществом, что уменьшает его скорость. Если взять отношение скорости света в вакууме к его же скорости в оптически прозрачной среде, то получится некое число, которое в физике назвали коэффициент преломления среды.

Для воды он равен 1.33, для обычного стекла около 1,5. Несложно вычислить, что в стекле скорость света примерно 200 000 км/с.Проводя долгие исследования в геодезии, Снеллиус понял, что очень многое в этой науке зависит от соотношений сторон прямоугольного треугольника.

Отношение стороны, противолежащей вершине острого угла к гипотенузе треугольника, называется синусом этого угла.

Перенеся знания о треугольниках из геодезии в оптику, Виллеброрд обнаружил, что падающий на границу раздела двух прозрачных сред луч и луч преломленный находятся в единой плоскости, причем она размещена перпендикулярно границе раздела сред. А еще ученый вывел соотношение между углами падения, преломления и коэффициентами преломления сред. Получилось:n1 * sin a1 = n2 * sin a2.

В этой формуле n1 и n2 коэффициенты преломления сред, a1 и a2 углы падения и преломления соответственно.

Приведенная формула имеет сразу несколько названий, среди них — закон преломления света, закон Снеллиуса, закон синусов.Если проанализировать, то становится понятно, что при падении луча света из среды с меньшим коэффициентом преломления в среду с большим коэффициентом преломления луч приближается к нормали, восстановленной в точке падения. А если ситуация обратная, то луч стремится «прижаться» к границе раздела сред.В предыдущем пункте упоминалось, что если луч вырывается из среды с большим коэффициентом преломления в среду с меньшим коэффициентом преломления, то он стремится прижаться к границе раздела сред. Однако возможен вариант, когда луч начнет скользить прямо по границе раздела сред.Так, если мы выберем пару стекло-воздух, то луч, идущий по стеклу под углом в 42 градуса, в воздух не вырвется, а пойдет по границе воздух-стекло.

В случае, когда угол падения будет больше 42 градусов, то луч, отразившись от границы стекло-воздух, вернется в стекло. Произойдет полное отражение луча света.На принципе полного отражения света основано создание таких важных вещей в технике, как световоды.

Световоды встречаются различных типов, самые известные для простого человека это медицинские зонды.

Важную роль световоды играют для передачи информации, фактически, высокоскоростной интернет обязан своим существованием оптоволоконной связи. А оптическое волокно и представляет собой подобие веревки, где каждое волокно является световодом.Обнаружение несплошностей металла и сварки является очень важным делом во многих областях техники. Одним из способов такого обнаружения является ультразвуковая дефектоскопия.

Ее принцип прямо связан с законом Снеллиуса (в дефектоскопии он называется законом синусов), правда, вместо волн света в этом виде неразрушающего контроля качества выступают звуковые волны.

Для них закон также справедлив и имеет аналогичную форму.А теперь, как и обещали, эксперименты:Если вам понравилась статья,топоставьте лайкиподпишитесь на канал.Оставайтесь с нами, друзья! Впереди ждёт много интересного!

Преломление света

В предыдущих параграфах мы изучили явление отражения света.

Познакомимся теперь со вторым явлением, при котором лучи меняют направление своего распространения.

Это явление – преломление света на границе раздела двух сред.

Взгляните на чертежи с лучами и аквариумом в § 14-б.

Луч, выходящий из лазера, был прямолинейным, но, дойдя до стеклянной стенки аквариума, луч изменил направление – преломился. Преломлением света называют изменение направления луча на границе раздела двух сред, при котором свет переходит во вторую среду (сравните с отражением). Например, на рисунке мы изобразили примеры преломления светового луча на границах воздуха и воды, воздуха и стекла, воды и стекла.

Из сравнения левых чертежей следует, что пара сред «воздух-стекло» преломляет свет сильнее, чем пара сред «воздух-вода».

Из сравнения правых чертежей видно, что при переходе из воздуха в стекло свет преломляется сильнее, чем при переходе из воды в стекло. То есть, пары сред, прозрачные для оптических излучений, обладают различной преломляющей способностью, характеризующейся относительным показателем преломления.

Он вычисляется по формуле, указанной на следующей странице, поэтому может быть измерен экспериментально. Если в качестве первой среды выбран вакуум, то получаются значения:Вакуум1Вода1,33Воздух1,0003Глицерин1,47Лёд1,31Стекло1,5 – 2,0Эти значения измерены при 20 °С для жёлтого света. При другой температуре или другом цвете света показатели будут иными (см.
При другой температуре или другом цвете света показатели будут иными (см.

§ 14-з). При качественном рассмотрении таблицы отметим: чем больше показатель преломления отличается от единицы, тем больше угол, на который отклоняется луч, переходя из вакуума в среду. Поскольку показатель преломления воздуха почти не отличается от единицы, влияние воздуха на распространение света практически незаметно. Закон преломления света. Чтобы рассмотреть этот закон, введём определения.

Угол между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред в точке излома луча назовём углом падения (a). Аналогично, угол между преломлённым лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред в точке излома луча назовём углом преломления (g).При преломлении света всегда выполняются закономерности, составляющие закон преломления света: 1.

Луч падающий, луч преломлённый и перпендикуляр к границе раздела сред в точке излома луча лежат в одной плоскости.

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления – постоянная величина, не зависящая от углов: n – относительный показатель преломления a – угол падения луча g – угол преломления лучаПрименяют и качественную трактовку закона преломления света: при переходе света в оптически более плотную среду луч отклоняется к перпендикуляру к границе раздела сред.

И наоборот. Принцип обратимости световых лучей.

При отражении или преломлении света падающий и отражённый лучи всегда можно поменять местами.

Это означает, что ход лучей не изменится, если изменить их направления на противоположные.

Многочисленные опыты подтверждают: при этом «траектория» хода лучей не меняется (см.

чертёж). Опубликовано в разделах: ,

Закон преломления света

Эксперименты показывают, что в однородных средах свет распространяется прямолинейно. Падая на границу раздела двух сред, свет частично отражается, а также частично проходит через границу раздела и распространяется во второй среде.

Изменение направления светового луча, возникающего на границе двух сред, называется преломлением (рефракцией).

Для объяснения механизма распространения световых волн, нидерландский ученый Христиан Гюйгенс в 1678 г. сформулировал принцип (постулат, т.е. утверждение принимаемое за истинное без доказательств), названный его именем.

Принцип состоит из двух основных положений:

  1. Поверхность, касательная ко всем вторичным волнам, представляет собой волновую поверхность в следующий момент времени. Фронт волны – это огибающая фронта вторичных волн.
  2. Каждая точка среды, до которой дошла световая волна, сама становится источником вторичных волн;

Рис. 1. Принцип Гюйгенса. На представленном рисунке изображен фронт световой волны, распространяющийся со скоростью v в два момента времени — t и t+ Δt.

Видно, что точки волны в момент времени t являются источниками вторичной волны в момент времени t+ Δt. Из принципа Гюйгенса следует закон отражения света, который формулируется так: Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

Угол падения α равен углу отражения β. Рис. 2. Отражение и преломление света на границе двух сред с разными показателями преломления Угол γ, образованный преломленным лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред, проведенным через точку падения луча, называется углом преломления. Видно, что угол γ не равен углу α.

был экспериментально открыт в ХVII веке нидерландским физиком Снеллиусом, и формулируется так:

  1. отношение синуса угла падения к синусу угла преломления — постоянная величина для двух данных сред.
  2. падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред к точке падения луча, лежат в одной плоскости;

Формула закона преломления света, количественно описывающая соотношение синусов углов падения и преломления, выглядит так: $$n21={v1\over v2}$$ где n21 — физическая величина, называемая относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Эта формула также называется в честь своего первооткрывателя законом Снеллиуса. Ярким примером явления преломления света является кажущийся излом чайной ложки в стакане воды на границе раздела воздух-вода.

Рис. 3. Сломанная ложка в стакане с водой Экспериментально установлено, что отличие угла преломления от угла преломления связано с изменением скорости распространения световой при переходе из одной среды в другую.

Физический смысл показателя преломления — это отношение скорости распространения волн в первой среде v1 к скорости их распространения во второй среде v2: $$n21={v1\over v2}$$ Показатель преломления n среды относительно вакуума называется показателем преломления этой среды: $$n={c\over v}$$ где c — скорость света в вакууме, v — скорость света в данной среде. Экспериментально доказано, что скорость света в вакууме является максимальной скоростью распространения в природе. Значение c равно 300 000 км/сек.

Поэтому показатели преломления всех веществ больше единицы. Таким образом относительный показатель преломления n21 в формуле закона Снеллиуса равен отношению показателей преломления сред n1 и n2: $$ n21={ n2\over n1}$$ Из двух сред та среда, которая имеет меньшее значение показателя преломления, называется оптически менее плотной средой.

Если свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, то угол преломления меньше угла падения . Итак, мы узнали что происходит со световой волной, падающей на границу раздела двух сред с разными показателями преломления.

Принцип Гюйгенса, закон Снеллиуса и знание величин показателей преломления позволяют определить углы отражения и преломления на границе раздела двух сред.

  • 300000 км/час
  • Вопрос 1 из 5
    • 100000 км/сек
    • 200000 км/час
    • 300000 км/час
    • 300000 км/сек
  • 200000 км/час
  • 300000 км/сек
  • 100000 км/сек

(новая вкладка) А какая ваша оценка? Новые тестыБудь в числе первых на доске почета

Преломление света.

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Темы кодификатора ЕГЭ: закон преломления света, полное внутреннее отражение.

На границе раздела двух прозрачных сред наряду с отражением света наблюдается его преломление — свет, переходя в другую среду, меняет направление своего распространения. Преломление светового луча происходит при его наклонном падении на поверхность раздела (правда, не всегда — читайте дальше про полное внутреннее отражение). Если же луч падает перпендикулярно поверхности, то преломления не будет — во второй среде луч сохранит своё направление и также пойдёт перпендикулярно поверхности.

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. Предположим, что луч света, идущий в воздухе, наклонно падает на поверхность стекла, воды или какой-либо другой прозрачной среды.

При переходе в среду луч преломляется, и его дальнейший ход показан на рис. 1. Рис. 1. Преломление луча на границе «воздух–среда» В точке падения проведён перпендикуляр (или, как ещё говорят, нормаль) к поверхности среды.

Луч , как и раньше, называется падающим лучом, а угол между падающим лучом и нормалью — углом падения. Луч — это преломлённый луч; угол между преломлённым лучом и нормалью к поверхности называется углом преломления. Всякая прозрачная среда характеризуется величиной , которая называется показателем преломления этой среды.

Показатели преломления различных сред можно найти в таблицах. Например, для стекла , а для воды .

Вообще, у любой среды ; показатель преломления равен единице только в вакууме. У воздуха , поэтому для воздуха с достаточной точностью можно полагать в задачах (в оптике воздух не сильно отличается от вакуума).

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:

.

(1) Поскольку из соотношения (1) следует, что , то есть — угол преломления меньше угла падения. Запоминаем: переходя из воздуха в среду, луч после преломления идёт ближе к нормали. Показатель преломления непосредственно связан со скоростью распространения света в данной среде.

Эта скорость всегда меньше скорости света в вакууме: . И вот оказывается,что

.

(2) Почему так получается, мы с вами поймём при изучении волновой оптики.

А пока скомбинируем формулы .

(1) и (2):

.

(3) Так как показатель преломления воздуха очень близок единице, мы можем считать, что скорость света в воздухе примерно равна скорости света в вакууме .

Приняв это во внимание и глядя на формулу .

(3), делаем вывод: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скорости света в воздухе к скорости света в среде. 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. Рис. 2. Преломление луча на границе «среда–воздух» Раз геометрическая картинка не изменилась, той же самой останется и формула (1): отношение синуса угла к синусу угла по-прежнему равно показателю преломления среды. Правда, теперь углы поменялись ролями: угол стал углом падения, а угол — углом преломления.

В любом случае, как бы ни шёл луч — из воздуха в среду или из среды в воздух — работает следующее простое правило. Берём два угла — угол падения и угол преломления; отношение синуса большего угла к синусу меньшего угла равно показателю преломления среды.

Теперь мы целиком подготовлены для того, чтобы обсудить закон преломления в самом общем случае. Пусть свет переходит из среды 1 с показателем преломления

в среду 2 с показателем преломления

. Среда с большим показателем преломления называется оптически более плотной; соответственно, среда с меньшим показателем преломления называется оптически менее плотной.

Переходя из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, световой луч после преломления идёт ближе к нормали (рис. 3). В этом случае угол падения больше угла преломления: . 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: Рис. 4. Оказывается, оба этих случая охватываются одной формулой — общим законом преломления, справедливым для любых двух прозрачных сред. 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:

. (4) Нетрудно видеть, что сформулированный ранее закон преломления для перехода «воздух–среда» является частным случаем данного закона. В самом деле, полагая в формуле (4) , мы придём к формуле (1).

Вспомним теперь, что показатель преломления — это отношение скорости света в вакууме к скорости света в данной среде:

. Подставляя это в (4), получим:

. (5) Формула (5) естественным образом обобщает формулу (3).

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде.

При переходе световых лучей из оптически более плотной среды в оптически менее плотную наблюдается интересное явление — полное внутреннее отражение. Давайте разберёмся, что это такое. Будем считать для определённости, что свет идёт из воды в воздух.

Предположим, что в глубине водоёма находится точечный источник света , испускающий лучи во все стороны.

Мы рассмотрим некоторые из этих лучей (рис. 5). Рис. 5. Полное внутреннее отражение Луч

падает на поверхность воды под наименьшим углом.

Этот луч частично преломляется (луч

) и частично отражается назад в воду (луч

). Таким образом, часть энергии падающего луча передаётся преломлённому лучу, а оставшаяся часть энергии -отражённому лучу. Угол падения луча

больше.

Этот луч также разделяется на два луча — преломлённый и отражённый. Но энергия исходного луча распределяется между ними по-другому: преломлённый луч

будет тусклее, чем луч (то есть получит меньшую долю энергии), а отражённый луч

— соответственно ярче, чем луч (он получит большую долю энергии). По мере увеличения угла падения прослеживается та же закономерность: всё большая доля энергии падающего луча достаётся отражённому лучу, и всё меньшая — преломлённому лучу.

Преломлённый луч становится всё тусклее и тусклее, и в какой-то момент исчезает совсем! Это исчезновение происходит при достижении угла падения

, которому отвечает угол преломления .

В данной ситуации преломлённый луч должен был бы пойти параллельно поверхности воды, да идти уже нечему — вся энергия падающего луча целиком досталась отражённому лучу . При дальнейшем увеличении угла падения преломлённый луч и подавно будет отсутствовать. Описанное явление и есть полное внутреннее отражение.

Вода не выпускает наружу лучи с углами падения, равными или превышающими некоторое значение — все такие лучи целиком отражаются назад в воду.

Угол называется предельным углом полного отражения. Величину легко найти из закона преломления. Имеем:

.

Но

, поэтому

, откуда

.

Так, для воды предельный угол полного отражения равен:

. Явление полного внутреннего отражения вы легко можете наблюдать дома. Налейте воду в стакан, поднимите его и смотрите на поверхность воды чуть снизу сквозь стенку стакана.

Вы увидите серебристый блеск поверхности — вследствие полного внутреннего отражения она ведёт себя подобно зеркалу. 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.

Последние новости по теме статьи

Важно знать!
  • В связи с частыми изменениями в законодательстве информация порой устаревает быстрее, чем мы успеваем ее обновлять на сайте.
  • Все случаи очень индивидуальны и зависят от множества факторов.
  • Знание базовых основ желательно, но не гарантирует решение именно вашей проблемы.

Поэтому, для вас работают бесплатные эксперты-консультанты!

Расскажите о вашей проблеме, и мы поможем ее решить! Задайте вопрос прямо сейчас!

  • Анонимно
  • Профессионально

Задайте вопрос нашему юристу!

Расскажите о вашей проблеме и мы поможем ее решить!

+