Интерактивный рисунок "Преломление света".

Распространение света в различных средах. Преломление света на границе двух
сред
В предыдущих параграфах мы проверили законы геометрической оптики, а
именно:
- В однородной среде свет распространяется прямолинейно;
- На границе двух сред происходят явления поглощения и отражения
света . Отражение светового луча осуществляется в соответствии с законами
отражения.
Выясним теперь, как распространяется свет на границе двух прозрачных
сред .
Наблюдение явлений преломления света. Проделаем такой опыт. Положите на
дно чашки монету, поставьте чашку на стол и посмотрите на нее так, чтобы
край чашки едва закрывал монету. Не меняя положения головы, осторожно
налейте в чашку воды. Вы увидите, что дно чашки будто поднялось и монету
стало видно (рис. 58).
Рис. 58. Опыт с монетой в чашке
Интерактивный рисунок "Преломление света".
Подобное «поднятия» происходит и тогда, когда вы смотрите на дно реки или
бассейна через слой воды: дно кажется ближе, чем оно есть на самом деле.
Просмотрев данный фрагмент вы увидите, что карандаш в стакане кажется
сломанным, а когда долить воды - то сломанным дважды.
Анимация явления преломления света
Причиной таких явлений является преломления света.
Преломление света - явление изменения направления распространения света в
случае его прохождения через границу раздела двух сред.
Итак, на границе двух прозрачных сред наблюдаются явления поглощения,
отражения и преломления света.
Причина преломления света. Причиной возникновения явления преломления
света является изменение скорости распространения света при переходе из
одной среды в другую.
Как вы уже знаете, в вакууме свет распространяется со скоростью 300
000 км / с .
В воздухе скорость распространения света меняется незначительно, поэтому
считается, что и для воздуха она составляет 300000 км / с .
Скорость распространения света в прозрачных средах уменьшается по
сравнению со скоростью света в воздухе в соответствующее количество раз: в
воде в 1,33 раза; в стекле - почти в 1,6 раза; в алмазе - в 2,4 раза.
Принято говорить о оптическую плотность среды : чем меньше скорость
распространения света в среде, тем больше оптическая плотность среды.
Следовательно, можно утверждать, что вода более оптически густое среду, чем
воздух, а стекло или алмаз - более оптически густые среды чем вода.
Законы преломления. Исследуем явление преломления более подробно,
используя оптический диск (рис. 59, а).
На этот раз закрепим на нем стеклянный полуцилиндр так, чтобы его центр
совпадал с центром диска. Направим на него световой пучок. Мы видим, что на
границе стекло-воздух световой пучок удваивается: одна его часть отражается, а
вторая проходя сквозь стекло - преломляется, меняя направление
распространения (нижняя часть полуцилиндра имеет такую форму, что луч при
переходе из стекла в воздух не преломляется, потому угол падение будет = 0 в ).
Сделаем схематический рисунок и обозначим: падающий световой луч ,
отраженный луч , преломленный луч , перпендикуляр , опущенный к границе
раздела двух сред в точку падения луча, угол падения , угол отражения , угол
преломления (рис. 59, б).
а)
б)
Рис. 59. Исследование преломления света
При изменении положения источника света изменяется угол падения,
соответственно изменяется и угол преломления.
Если световой луч переходит из воздуха в стекло, то угол падения больше угол
преломления (рис. 60, а), а если световой луч проходит из стекла в воздух, то
наоборот: угол преломления больше угол падения (рис. 60, б) .
Рис. 60. Установка законов преломления света
Измерение углов падения и преломления позволяют определить законы
преломления света:
1) луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, установленный в
границе раздела сред в точке падения луча лежат в одной плоскости;
2) в зависимости от того, с какой среды в которое переходит луч угол
преломления может быть больше или меньше угла падения.
Соотношение значений угла падения и угла преломления в случае перехода
пучка света из одной среды в другое зависит от оптической плотности каждого
из сред.
Например, при переходе светового луча из воздуха в стекло угол преломления
меньше угол падения ( < ), поскольку стекло более оптически густое среду чем
воздух, а при переходе светового луча из стекла в воду угол преломления
больше, чем угол падения ( > ), так вода менее оптически густое среду чем
стекло (рис. 61).
Если сравнить между собой углы преломления в стекле и воде, то видно, что
чем более оптически густое среда, тем угол преломления меньше. Иными
словами, чем более изменяется скорость света на границе раздела двух сред, тем
сильнее оно преломляется.
Рис. 61. Преломление света в средах с различной оптической плотностью
Полное отражение. Интересное явление наблюдается при распространении
света из среды с большей оптической плотностью в среду с меньшей
оптической плотностью. Если постепенно увеличивать угол падения, то при
определенном его значении угол преломления равен 90 0 . При дальнейшем
увеличены угла падения падающий луч уже будет отражаться в ту же среду,
откуда распространялось свет (рис. 62). Такой случай явления преломления
носит название полное внутреннее отражение.
Рис. 62. Частный случай явления преломления - полное внутреннее отражение
Полное внутреннее отражение применяют в современной технике для передачи
световых сигналов (для телевизоров, компьютеров, телефонов) тонкими
стеклянными нитями - световодами (так называемая «волоконная
оптика»). Оптические волокна применяют и в медицине. С их помощью
изображение внутренних органов передают на телекамеру, что позволяет
тщательно обследовать внутренние органы.
Природные явления, обусловленные преломлением света . Преломлением света
объясняется возникновение миражей. Днем в пустыне нижние слои воздуха
очень прогреваются от горячего песка, вследствие чего воздух становится
неоднородным. Проходя через такую среду луч воздуха плавно искривляется. В
результате этого, луч, идущий сверху от голубого неба, попадает в глаза
путешественнику снизу, и ему кажется, будто он видит голубое озеро.
Подобные миражи можно наблюдать в жаркий летний день на автомобильных
дорогах. Водителю или пассажиру кажется, что на асфальте является «лужи»,
хотя на самом деле шоссе сухое.
Преломлением света объясняется также возникновение радуги. Об этом случае
подробно поговорим в следующем параграфе.
Ответьте на вопрос .
Вопросы повторения учебного материала.
Интерактивная задача "Преломление света".
Подборка заданий "Отражение и преломление света".