Центр юридических услуг

Все о ваших правах

2 закон отражения и преломления света

Корпускулярная теория очень просто объясняла явления геометрической оптики, описываемые в терминах распространения световых лучей. С точки зрения волновой теории, лучи — это нормали к фронту волны. Принцип Гюйгенса также позволяет объяснить законы геометрической оптики на основе волновых представлений о природе света.

Для еще одной иллюстрации применения принципа Гюйгенса рассмотрим пример.

Закон отражения также вытекает из принципа Гюйгенса. Рассмотрим (рис. 3.6) плоскую волну (фронт АВ), которая распространяется в среде с показателем преломления , вдоль направления I со скоростью

Достаточно рассмотреть два параллельных луча I и в падающем пучке. Углом падения называют угол между нормалью п к поверхности раздела и падающим лучом I. Плоский фронт AD падающей волны сначала достигнет границы раздела двух сред в точке А, которая станет источником вторичных волн. Согласно принципу Гюйгенса, из нее, как из центра, будет распространяться сферическая волна. Через время

Рис. 3.2. Отражение света от плоской поверхности

Эта задача имеет отношение к явлению, наблюдающемуся на море. Когда ветер дует с берега, иногда возникает так называемая «зона молчания»: звук колокола с судна не достигает берега. Обычно говорят, что звук относится ветром. Но даже при сильном урагане скорость ветра примерно в 10 раз меньше скорости звука, так что «отнести» звук ветер никак не может. Объяснение заключается в том, что скорость встречного ветра у поверхности моря вследствие трения меньше, чем на высоте. Поэтому скорость звука у поверхности больше, и линия распространения звука загибается кверху, не попадая на берег.

Рис. 3.8. Искривление луча света в неоднородной среде

Отражение света — это изменение направления световой волны при падении на границу раздела двух сред, в результате чего волна продолжает распространяться в первой среде.

В соответствии с принципом Гюйгенса положение фронта преломленной волны в этот момент времени задается плоскостью DC, а направление ее распространения — лучом III, перпендикулярным к DC. Из треугольников и следует

За это же время фронт вторичной волны, возбуждаемой в точке А во второй среде, достигнет точек полусферы с радиусом

Преломление света — это изменение направления распространения световой волны при переходе из одной прозрачной среды в другую.

2 закон отражения и преломления света

Таким образом, закон преломления света записывается так:

1.1 закон прямолинейного распро­странения света;

Лекция 1. Законы отражения и преломления света.

3. Полуцилиндр из оптически более плотной среды.

Вывод: таким образом, пятно света на экране исчезнет. Это свидетельствует о том, что свет распространяется прямолинейно.

угол β становится равным . Величина (1.2) называется предельным углом. Энергия, которую несет с собой падающий луч, рас­пределяется между отраженным и преломленным луча­ми. По мере увеличения угла падения интенсивность от­раженного луча растет, интенсивность же преломленного луча убывает, обращаясь в нуль при предельном угле.

При прохождении света через границу двух прозрачных веществ падающий луч разделяется на два — отраженный и преломленный (рис. 1.2). Направления этих лучей определяются законами отражения и преломления света.

Опыт 1.1Прямолинейное распространение света.

Лекция 1

Таким образом, можно сказать, что в однородной среде свет распространяется прямоли­нейно. Это вытекает из того, что непрозрачные предметы при освещении их источниками малых размеров дают тени с резко очерченными границами. Закон прямолиней­ного распространения является приближенным; при про­хождении света через очень малые отверстия наблюда­ются отклонения от прямолинейности, тем большие, чем меньше отверстие.

Рассмотрим ряд опытов, иллюстрирующих законы отражения и преломления света.

2. Сдвинем в сторону один из листов. Отверстия больше не будут находиться на одной прямой, и свет не достигнет экрана.

Величина называется относительным по­казателем преломления второго вещества по отношению к первому.

1. Расположим источник света и экран таким образом, чтобы на экране появилось пятно света, при этом отверстия на листах картона должны располагаться на одной прямой.

где V1 и V2 – скорости распространения света в первой и второй среде.

Скорость света в воздухе очень мало отличается от значения с, поэтому

2. Отношение синуса угла падения a к синусу угла преломления b есть величина постоянная для данной пары сред:

Угол отраженияугол βмежду этим перпендикуляром и направлением отраженного луча.

Зная абсолютный показатель преломления воздуха (n1=1), находим абсолютный показатель преломления алмаза n2= 2,42.

Абсолютный показатель преломления для воздуха будем считать равным 1

Абсолютный показатель преломления для вакуума равен 1

Например, находим в таблице показатель преломления алмаза n= 2,42.

При падении в оптически менее плотную среду

Преломлением света называют изменение направления световых лучей при переходе света из одной прозрачной среды в другую.

Показатель преломления среды относительно воздуха (вакуума) можно найти в таблице 12 (задачник Рымкевича). Значения приведены для случая падения света из воздуха в данную среду.

Абсолютный показатель преломления среды показывает, во сколько раз скорость света v в дан­ной среде меньше, чем скорость света с в вакууме.

(Физический смысл показателя преломления. Абсолютный показатель преломления.)

(Модель перехода луча из более плотной среды в менее плотную, приложение 5)

Слайд 3

  • Угол падения равен углу отражения.
  • Луч падающий, отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

(Применение полного внутреннего отражения)

Слайд 9

  • Отношение синуса угла падения луча к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред.
  • Луч падающий, преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
  • Используя этот принцип можно показать зависимость угла преломления от угла падения волн на модели. Применим принцип Гюйгенса к выводу законов преломления волн. (Динамическая модель преломления, приложение 4). Перейдём к выводу закона преломления.

    Принцип Гюйгенса позволил с помощью геометрических построений и вычислений доказать справедливость законов преломления. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, которая называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой. При переходе из одной среды в другую изменяется скорость света, поэтому относительный показатель преломления связан со скоростями света в этих средах. Среды, при переходе в которые скорость света уменьшается, называются оптически более плотными. Рассмотрим применение свойства обратимости лучей при переходе через границу раздела двух сред.

    В природе полным внутренним отражением объясняется образование радуги, серебристая окраска капелек росы.

    Опыт показывает:

    1. Луч, идущий перпендикулярно поверхности раздела сред не преломляется.
    2. На границе раздела двух прозрачных сред одновременно существуют отраженный и преломлённый лучи.
    3. При увеличении угла падения увеличивается угол преломления.
    4. При некотором угле падения преломлённый луч скользит по поверхности.
    5. При дальнейшем увеличении угла падения преломлённого луча не существует – проявляется явление полного внутреннего отражения.

    Презентация к урокам — Закон отражения света, Закон преломления света, Полное внутреннее отражение

    Каждая точка, до которой дошло возмущение, сама становится источником вторичных сферических волн.

    Одними из важнейших свойств света являются отражение и преломление. Законы отражения и преломления света изучались в 8-м классе. Вспомним законы отражения света.

    В технических устройствах полное внутреннее отражение в призмах позволяет использовать призмы в оптических приборах: телескопах, биноклях, перископах, что улучшает освещенность изображений.

    1 Здесь и далее в алгебраических соотношениях иод снопом угол подразумевается его радианная (или градусная) мера.

    2. Почему нельзя использовать плоское зеркало в качестве киноэкрана!

    § 60 ПРИНЦИП ГЮЙГЕНСА. ЗАКОН ОГРАЖЕНИЯ СВЕТА

    Полный перечень тем по классам, календарный план согласно школьной программе по физике онлайн, видеоматериал по физике для 11 класса скачать

    Волновую поверхность отраженной волны можно получить, если провести огибающую вторичных волн, центры которых лежат на границе раздела двух сред. Различные участки волновой поверхности АС достигают отражающей границы не одновременно. Возбуждение колебаний в точке А начнется раньше, чем в точке В, на время — скорость волны).

    r = AD = t = СВ. Фронты вторичных волн от источников, расположенных между точками А и В, показаны на рисунке 8.5. Огибающей фронтов вторичных волн является плоскость DB, касательная к сферическим поверхностям. Она и представляет собой фронт отраженной волны. Лучи АА2 и ВВ2 перпендикулярны фронту отраженной волны DB. Угол . между нормалью к отражающей поверхности и отраженным лучом называют углом отражения.

    Мякишев Г. Я., Физика. 11 класс : учеб. для общеобразоват. учреждений : базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 17-е изд., перераб. и доп. — М. : Просвещение, 2008. — 399 с : ил.

    1. Как с помощью закона отражения построить изображение точечного источника света в плоском зеркале!

    На рисунке 8.5 MN — отражающая поверхность; прямые A1A и В1В — два луча падающей плоской волны. Плоскость АС — фронт волны в момент времени, когда луч А1А дошел до отражающей поверхности.

    Принцип Гюйгенса. Согласно принципу Гюйгенса каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн. Для того чтобы, зная положение волновой поверхности (фронта волны) в момент времени t, найти ее положение в следующий момент времени t + t , нужно каждую точку фронта рассматривать как источник вторич ных волн. Точки М1, M2, M3 и т. д. являются такими источниками. Поверхность, касательная к фронтам вторичных волн, представляет собой фронт первичной волны в следую щий момент времени (рис. 8.4). Этот принцип в равной мере пригоден для описания распространения волн любой природы: механических, световых и т. д. Гюйгенс сформулировал его первоначально именно для световых волн.

    Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

    От­но­си­тель­ный по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния – это на­гляд­ная де­мон­стра­ция того факта, что при­чи­на из­ме­не­ния на­прав­ле­ния света при пе­ре­хо­де из одной среды в дру­гую – это раз­ная ско­рость света в двух сре­дах. Часто для ха­рак­те­ри­сти­ки оп­ти­че­ских свойств среды поль­зу­ют­ся по­ня­ти­ем «оп­ти­че­ская плот­ность среды» (рис. 3).

    На ри­сун­ке 2 мы видим па­да­ю­щий луч, угол па­да­ния обо­зна­чим α. Луч, ко­то­рый будет за­да­вать на­прав­ле­ние пре­лом­лен­но­го пучка света, будем на­зы­вать пре­лом­лен­ным лучом. Угол между пер­пен­ди­ку­ля­ром к гра­ни­це раз­де­ла сред, вос­ста­нов­лен­ным из точки па­де­ния, и пре­лом­лен­ным лучом на­зы­ва­ют углом пре­лом­ле­ния, на ри­сун­ке это угол γ. Для пол­но­ты кар­ти­ны дадим еще изоб­ра­же­ние отоб­ра­жен­но­го луча и, со­от­вет­ствен­но, угла от­ра­же­ния β. Ка­ко­ва же связь между углом па­де­ния и углом пре­лом­ле­ния, можно ли пред­ска­зать, зная угол па­де­ния и то, с какой среды в какую пе­ре­шел луч, каким будет угол пре­лом­ле­ния? Ока­зы­ва­ет­ся можно!

    Если аб­со­лют­ные по­ка­за­те­ли пре­лом­ле­ния двух сред прак­ти­че­ски оди­на­ко­вы, это зна­чит, что от­но­си­тель­ный по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния при пе­ре­хо­де из одной среды в дру­гую будет равен еди­ни­це, то есть луч света фак­ти­че­ски не будет пре­лом­лять­ся. На­при­мер, при пе­ре­хо­де из ани­со­во­го масла в дра­го­цен­ный ка­мень бе­рилл свет прак­ти­че­ски не от­кло­нит­ся, то есть будет вести себя так, как при про­хож­де­нии ани­со­во­го масла, так как по­ка­за­тель пре­лом­ле­ния у них 1,56 и 1,57 со­от­вет­ствен­но, таким об­ра­зом, дра­го­цен­ный ка­мень можно как бы спря­тать в жид­ко­сти, его про­сто не будет видно.

    По­это­му в мо­мент вре­ме­ни, когда вто­рич­ная волна в точке В толь­ко нач­нет воз­буж­дать­ся, волна от точки А уже имеет вид по­лу­сфе­ры ра­ди­у­сом АD, ко­то­рый равен ско­ро­сти света во вто­рой среде на ∆t: АD = ·∆t, то есть прин­цип Гюй­ген­са в на­гляд­ном дей­ствии. Вол­но­вую по­верх­ность пре­лом­лен­ной волны можно по­лу­чить, про­ве­дя по­верх­ность, ка­са­тель­ную ко всем вто­рич­ным вол­нам во вто­рой среде, цен­тры ко­то­рых лежат на гра­ни­це раз­де­ла сред, в дан­ном слу­чае это плос­кость ВD, она яв­ля­ет­ся оги­ба­ю­щей вто­рич­ных волн. Угол па­де­ния α луча равен углу САВ в тре­уголь­ни­ке АВС, сто­ро­ны од­но­го из этих углов пер­пен­ди­ку­ляр­ны сто­ро­нам дру­го­го. Сле­до­ва­тель­но, СВ будет равно ско­ро­сти света в пер­вой среде на ∆t

    Мы по­лу­чи­ли закон пре­лом­ле­ния света, синус угла па­де­ния к си­ну­су угла пре­лом­ле­ния есть ве­ли­чи­на по­сто­ян­ная для дан­ных двух сред и рав­ная от­но­ше­нию ско­ро­стей света в двух дан­ных сре­дах.

    Если на­лить воду в про­зрач­ный ста­кан и по­смот­реть через стен­ку ста­ка­на на свет, то мы уви­дим се­реб­ри­стый блеск по­верх­но­сти вслед­ствие яв­ле­ния пол­но­го внут­рен­не­го от­ра­же­ния, о ко­то­ром сей­час пой­дет речь. При пе­ре­хо­де луча света из более плот­ной оп­ти­че­ской среды в менее плот­ную оп­ти­че­скую среду может на­блю­дать­ся ин­те­рес­ный эф­фект. Для опре­де­лен­но­сти будем счи­тать, что свет идет из воды в воз­дух. Пред­по­ло­жим, что в глу­бине во­до­е­ма на­хо­дит­ся то­чеч­ный ис­точ­ник света S, ис­пус­ка­ю­щий лучи во все сто­ро­ны. На­при­мер, во­до­лаз све­тит фо­на­ри­ком.

    Что очень важно при ре­ше­нии этой за­да­чи? До­га­дать­ся, что так как глаз не видит дна со­су­да, но видит край­нюю точку бо­ко­вой стен­ки, а сосуд пред­став­ля­ет из себя куб, то угол па­де­ния луча на по­верх­ность воды, когда мы ее на­льем, будет равен 450.

    Закон преломления света

    Ку­би­че­ский сосуд с непро­зрач­ны­ми стен­ка­ми рас­по­ло­жен так, что глаз на­блю­да­те­ля не видит его дна, но пол­но­стью видит стен­ку со­су­да СD. Какое ко­ли­че­ство воды нужно на­лить в сосуд, чтобы на­блю­да­тель смог уви­деть пред­мет F, на­хо­дя­щий­ся на рас­сто­я­нии b = 10 см от угла D? Ребро со­су­да α = 40 см (рис. 9).

    Пусть на плос­кую гра­ни­цу раз­де­ла двух сред, на­при­мер из воз­ду­ха в воду, па­да­ет плос­кая све­то­вая волна. Вол­но­вая по­верх­ность АС пер­пен­ди­ку­ляр­на лучам и , по­верх­но­сти раз­де­ла сред МN сна­ча­ла до­сти­га­ет луч , а луч до­стиг­нет этой же по­верх­но­сти спу­стя про­ме­жу­ток вре­ме­ни ∆t, ко­то­рый будет равен пути СВ, де­лен­но­му на ско­рость света в пер­вой среде .

    Если луч пе­ре­хо­дит из среды с боль­шей ско­ро­стью света в среду с мень­шей ско­ро­стью света, то, как видно из ри­сун­ка 3 и за­ко­на пре­лом­ле­ния света, он будет при­жи­мать­ся к пер­пен­ди­ку­ля­ру, то есть угол пре­лом­ле­ния мень­ше, чем угол па­де­ния. В этом слу­чае го­во­рят, что луч пе­ре­шел из менее плот­ной оп­ти­че­ской среды в более оп­ти­че­ски плот­ную среду. При­мер: из воз­ду­ха в воду; из воды в стек­ло.

    Луч SО1 па­да­ет на по­верх­ность воды под наи­мень­шим углом, этот луч ча­стич­но пре­лом­ля­ет­ся – луч О1А1 и ча­стич­но от­ра­жа­ет­ся назад в воду – луч О1В1. Таким об­ра­зом, часть энер­гии па­да­ю­ще­го луча пе­ре­да­ет­ся пре­лом­лен­но­му лучу, а остав­ша­я­ся часть

    Раз­де­лив почлен­но вы­ра­же­ния друг на друга, по­лу­чим:

    Принцип Гюйгенса. Согласно принципу Гюйгенса каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн. Для того чтобы, зная положение волновой поверхности (фронта волны) в момент времени t, найти ее положение в следующий момент времени t + Δt, нужно каждую точку фронта рассматривать как источник вторичных волн. Точки M1, М2, М3 и т. д. являются такими источниками. Поверхность, касательная к фронтам вторичных волн, представляет собой фронт первичной волны в следующий момент времени (рис. 8.4). Этот принцип в равной мере пригоден для описания распространения волн любой природы: механических, световых и т. д. Гюйгенс сформулировал его первоначально именно для световых волн.

    Для механических волн принцип Гюйгенса имеет наглядное истолкование: частицы среды, до которых доходят колебания, в свою очередь, колеблясь, приводят в движение соседние частицы среды, с которыми они взаимодействуют.

    Угол α между падающим лучом и нормалью к отражающей поверхности в точке падения называют углом падения.

    Рассмотрим, как происходит отражение плоской волны. Волна называется плоской, если поверхности равной фазы (волновые поверхности) и соответственно фронт волны представляют собой плоскости. На рисунке 8.5 MN — отражающая поверхность; прямые А1А и В1В — два луча падающей плоской волны. Плоскость АС — фронт волны в момент времени, когда луч А1А дошел до отражающей поверхности.

    В момент, когда волна достигнет точки В и в этой точке начнется возбуждение колебаний, вторичная волна с центром в точке А уже будет представлять собой полусферу радиусом r = AD = υΔt = СВ. Фронты вторичных волн от источников, расположенных между точками А и В, показаны на рисунке 8.5. Огибающей фронтов вторичных волн является плоскость DB, касательная к сферическим поверхностям. Она и представляет собой фронт отраженной волны. Лучи АА2 и ВВ2 перпендикулярны фронту отраженной волны DB. Угол у между нормалью к отражающей поверхности и отраженным лучом называют углом отражения.

    Сформулирован общий принцип распространения волн любой природы — принцип Гюйгенса. Этот принцип позволяет с помощью простых геометрических построений находить волновую поверхность в любой момент времени по известной волновой поверхности в предшествующий момент. Из принципа Гюйгенса выведен закон отражения света.

    1. Как с помощью закона отражения построить изображение точечного источника света в плоском зеркале?

    Законы отражения и преломления света можно вывести из одного общего принципа, описывающего поведение волн. Этот принцип впервые был выдвинут современником Ньютона Христианом Гюйгенсом.

    Из теории Гюйгенса вытекает закон отражения света: луч падающий, луч отраженный и нормаль к отражающей поверхности в точке падения лежат в одной плоскости, причем угол падения равен углу отражения.

    При обратном направлении распространения световых лучей отраженный луч станет падающим, а падающий — отраженным. Обратимость хода световых лучей — их важное свойство.

    Волновую поверхность отраженной волны можно получить, если провести огибающую вторичных волн, центры которых лежат на границе раздела двух сред. Различные участки волновой поверхности АС достигают отражающей границы не одновременно. Возбуждение колебаний в точке А начнется раньше, чем в точке В, на время (υ — скорость волны).

    Закон отражения. С помощью принципа Гюйгенса можно вывести закон, на основе которого объясняется отражение волн от границы раздела сред.

    Законы отражения и преломления света

    Эго уравнение может быть удовлетворено вещественным значением угла iпр лишь при условии, что откуда следует, что полное внутреннее отражение возможно лишь при прохождении света из вещества оптически более плотного в вещество оптически менее плотное и невозможно при прохождении света из вещества оптически менее плотного в вещество оптически более плотное. Например, полное внутреннее отражение возможно при прохождении света из стекла в воздух и невозможно при его прохождении из воздуха в стекло.

    Здесь n1 и n2 — соответственно коэффициенты преломления

    Отражение света наблюдается не только от границы раздела двух прозрачных веществ. В той или другой степени свет отражается от всякого тела. Полированные тела отражают свет с выполнением того же закона отражения, который имеет место при отражении от границы раздела двух прозрачных веществ: свет отражается в направлении угла i‘, равного углу падения i. Такое отражение называется зеркальным. При этом интенсивность отраженного света

    Коэффициент преломления какого-либо вещества по отношению к пустоте принято называть абсолютным коэффициентом преломления данного вещества п. Слово „абсолютный" обычно опускают и тогда просто говорят о коэффициенте преломления данного вещества..

    Что касается закона преломления, то его точная формулировка была дана гораздо позже, чем закона отражения, а именно в начале XVII в. По закону преломления преломленный луч ВD (рис. 4.1) лежит в одной плоскости с падающим лучом АВ и нормалью ВN восстановленной из точки падения; отношение синуса угла падения i1 к синусу угла преломления i2 есть величина постоянная для данной пары веществ:

    На законах преломления и отражения света основано устройство оптических приборов, служащих для изменения направления световых лучей и для получения изображений. В частности, на законах преломления света основано устройство линз, позволяющих собирать или рассеивать пучки света и получать изображения объектов.

    Таким образом, мы приходим к выводу, что относительный коэффициент преломления двух веществ равен отношению их абсолютных коэффициентов преломления,

    первого и второго веществ, а n21 — относительный коэффициент преломления второго вещества относительно первого. Из двух первых равенств имеем:

    После этого закон преломления света на границе двух прозрачных веществ может быть представлен:

    Но, с другой стороны, очевидно, можно положить:

    Рассмотрим две соприкасающиеся плоско-параллельные пластины А и В (рис. 4.3), сделанные из двух различных прозрачных веществ. Пусть на первую пластину падает из пустоты луч под углом i. Пройдя оба вещества, он снова выходит в пустоту, образуя угол преломления i‘. Опыт показывает, что i‘ = i, т. е. что свет выходит в направлении, параллельном первоначальному.

    Его можно получить из предыдущей формулы, положив n1 = — n2 и под i2 подразумевать угол отражения. Таким образом, любую формулу, выведенную для преломляющих систем, можно использовать для описания явлений в отражающих системах.

Proudly powered by WordPress