Если свет переходит из среды. Явление преломления света

Лабораторная работа 301

Измерение показателя преломления жидкости рефрактометром АББЕ

Элементы геометрической оптики

Основу геометрической оптики составляют следующие законы: 1) закон прямолинейного распространения света; 2) закон независимости световых лучей; 3) законы отражения света; 4) законы преломления света.

Закон прямолинейного распространения света :

В однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно.

Закон независимости световых лучей :

Каждый световой луч при объединении с другими ведет себя независимо от остальных лучей, т.е. справедлив принцип суперпозиции.

Законы отражения света :

Луч, падающий на поверхность раздела, нормаль к этой поверхности в точке падения и отраженный луч лежат в одной плоскости (называемой плоскостью падения ).

Угол отражения равен углу падения.

Законы преломления света :

Луч, падающий на поверхность раздела, нормаль к этой поверхности в точке падения и отраженный луч лежат в одной плоскости.

Отношение синусов угла падения i и угла преломления r есть величина постоянная для двух разных сред (закон Снеллиуса):

Величина n 21 называется относительным показателем преломления двух сред. Относительный показатель преломления n 21 равен отношению скорости света в первой среде υ 1 , к скорости света во второй среде υ 2:

В этом состоит его физический смысл. Показатель преломления какой-либо среды относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления этой среды. Он показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данной среде, и определяется по формуле

где с – скорость света в вакууме; υ – скорость света в среде. Зная абсолютные показатели преломления двух сред n 1 и n 2 , можно найти их относительный показатель преломления:

С учетом этого выражения, закон Снеллиуса (1) можно переписать в симметричной относительно двух сред форме:

n 1 sin i = n 2 sin r . (2)

Соотношение (2) отображает свойство обратимости световых лучей.

Среда с большим n называется оптически более плотной по отношению к среде с меньшим n и наоборот. Если свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную (n 1 < n 2), например, из воздуха в стекло, то угол преломления оказывается меньше угла падения, r < i (рис. 1а). Если же свет переходит из оптически более плотной среды в менее плотную (n 1 > n 2), например, из стекла в воздух, то r > i (рис. 1б). В последнем случае возможна такая ситуация, что

при достаточно большом угле падения угол преломления достигает π /2, и свет перестанет проникать во вторую среду (рис. 1в). Угол падения, при котором угол преломления равен π /2, называется предельным углом падения i пр. При углах падения i > i пр свет полностью отражается от границы раздела. Явление, при котором луч света не переходит во вторую среду, полностью отражаясь от границы раздела, называется полным внутренним отражением (рис. 1г).

Значение предельного угла для двух сред с относительным показателем преломления n 21 можно определить из закона Снеллиуса (1): если i = i пр, то, по определению, r = π /2, следовательно,

.

Например, при переходе из стекла (n 1 = 1,7) в воздух (n 2 = 1) полное внутреннее отражение будет наблюдаться при углах падения i > arcsin(1/1,7) = 37 0 .

Явление полного внутреннего отражения широко используется в технике: в рефрактометрах для измерения показателей преломления, световодах (оптических волокнах), поляризаторах, перископах и других приборах.

Совокупность методов для измерения показателя преломления веществ называется рефрактометрией, а приборы для его измерения – рефрактометрами. Рефрактометрия широко применяется для определения состава и структуры веществ, а также для контроля качества и состава различных продуктов в химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Достоинства рефрактометрических методов количественного анализа – быстрота измерений, малый расход вещества и высокая точность.

Тест по физике Преломление света, Закон преломления света для учащихся 8 класса с ответами. Тест включает в себя 13 заданий с выбором ответа.

1. Оптически более плотная среда — это среда, в которой

1) скорость распространения света больше
2) скорость распространения света меньше
3) плотность ее вещества больше
4) плотность ее вещества меньше

2. Преломлением света называют явление

1) его перехода через границу раздела двух сред
2) распространения света сначала в одном, а потом в другом веществе
3) изменения направления светового луча на границе раздела сред, имеющих разные оптические плотности

3. Угол преломления — это угол между

1) преломленным лучом и границей раздела сред
2) преломленным лучом и перпендикуляром к границе раздела сред в точке падения на нее светового луча
3) преломленным лучом и продолжением падающего луча

4. Если свет переходит из среды менее оптически плотной в оптически более плотную среду, то угол преломления светового луча всегда

1) равен углу падения (α = γ)
2) меньше угла падения (α > γ)
3) больше угла падения (α

5. Когда свет распространяется в оптически плотной среде и переходит в среду, менее оптически плотную, то угол преломления светового луча всегда

1) равен углу падения (α = γ)
2) меньше угла падения (α > γ)
3) больше угла падения (α

6. На каком рисунке изображен переход светового луча в оптически менее плотную среду?

1) №1
2) №2
3) №3

7. В каком веществе — с большей оптической плотностью или с меньшей — скорость света больше?

1) С большей
2) С меньшей
3) Скорость света везде одинакова

8. Когда свет, падающий на границу прозрачных веществ с разными оптическими плотностями, переходит через нее, не преломляясь?

1) Когда падающие лучи перпендикулярны этой границе
2) При угле падения лучей на границу раздела веществ, рав­ном 90°
3) Когда свет переходит в вещество с большей оптической плотностью
4) В случае перехода света в вещество с меньшей оптической плотностью

9. Показатель преломления -это постоянная для данных двух сред величина

1) не зависящая от угла падения луча света и характеризую­щая преломляющие свойства этих двух сред
2) не зависящая от угла падения луча света и характеризую­щая прозрачность сред
3) зависящая от угла падения и показывающая степень этой зависимости
4) определяющая зависимость преломляющих свойств двух сред от их прозрачности

10. Какая формула выражает закон преломления света?

1) U /R = I
2) A /t = N
3) α = γ
4) sinα/sinγ = n

11. Луч света переходит из воды в воздух. Пунктирными линия­ми на рисунке намечены три направления: 1 , 2 и 3 . Какое из них может приблизительно соответствовать преломленному в этом случае лучу?

1) 1
2) 2
3) 3

12. На рисунке показаны падающий и преломленный лучи света. В какой среде — I или II — скорость света меньше?

1) В I
2) В II
3) Скорость света во всех средах одинакова

13. В сосуде находятся две жидкости, оптические плотности ко­торых одинаковы. На границу их раздела сверху падает луч света. По какому из намеченных пунктиром направлений он пойдет в жидкости, находящейся внизу сосуда?

1) 1
2) 2
3) 3

Ответы на тест по физике Преломление света, Закон преломления света
1-2
2-3
3-2
4-2
5-3
6-2
7-2
8-1
9-1
10-4
11-3
12-1
13-2

Среду с большим абсолютным показателем преломления называют оптически более плотной . Если свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную (например, из воздуха в воду или стекло), то угол падения больше угла преломления.

Тепловое излучение

1 Что называют энергитической светимостьюRЭ (интегральная энергетическая светимость) - энергетическая светимость определяет количество энергии, излучаемой с единичной поверхности за единицу времени во всем интервале частот от 0 до ∞ при данной температуре Т.

2 что называют испускательной способностью

Суммарный поток энергии излучения с единицы поверхности тела по всему диапазону частот

Называется интегральной испускательной способностью тела или его энергетической светимостью. В системе СИ энергетическая светимость измеряется в Вт/м 2 , а спектральная испускательная способность имеет размерность Дж/м 2 .

Испускательную способность тела можно представить и как функцию длины волны излучения , которая связана с частотой через скорость света в вакууме по формуле . Действительно, выделяя потоки излучения, приходящиеся на интервал частот и на соответствующий ему интервал длин волн , и приравнивая их друг другу, находим, что

3 поглащательная способность

Поглощательная способность тела - это безразмерная величина, показывающая какую часть излучения в интервале длин волн от до падающих на единицу поверхности тела, в единицу времени тело поглощает.

4 отражательная способность

Отражательная способность - величина, описывающая способность какой-либо поверхности или границы раздела двух сред отражать падающий на неё поток электромагнитного излучения. Широко используется в оптике, количественно характеризуется коэффициентом отражения. Для характеризации диффузного отражения используется величина, называемая альбедо.

Способность материалов отражать излучение зависит от угла падения, от поляризации падающего излучения, а также егоспектра. Зависимость отражательной способности поверхности тела от длины волны света в области видимого света глаз человека воспринимает как цвет тела.

Зависимость отражательной способности материалов от длины волны имеет важное значение при построении оптических систем. Для получения нужных свойств материалов по отражению и пропусканию света иногда используют просветление оптики как, например, при производстве диэлектрических зеркал или интерференционных фильтров.

7 закон стефана больцмана

где ε - степень черноты (для всех веществ ε < 1, для абсолютно черного тела ε = 1). При помощи законаПланка для излучения, постоянную σ можно определелить как

где - постоянная Планка, k - постоянная Больцмана, c - скорость света.

Численное значение Дж · с -1 · м -2 · К -4 .

10 Закон смешения вина

квантоваяфизика

чему равна масса покоя фотона =0

10. назовите 3 основных элемента из которых состоит оптический квантовый луч

Оптический квантовый генератор состоит из трех основных элементов: активного вещества, являющегося источником индуцированного излучения; источника возбуждения (подкачки), который снабжает внешней энергией активное вещество; резонансной системы, обеспечивающей фокусирование излучения.  

11 назовите характерные для лазерного излучения свойства

Особыми свойствами лазерного света являются монохроматичность, когерентность, поляризация и малая расходимость луча.

Диэлектрики металлы полупроводники

1 Работа выхода электрона из метала

В металлах имеются электроны проводимости, образующие электронный газ и участвующие в тепловом движении. Так как электроны проводимости удерживаются внутри металла, то, следовательно, вблизи поверхности существуют силы, действующие на электроны и направленные внутрь металла. Чтобы электрон мог выйти из металла за его пределы, должна быть совершена определенная работа А против этих сил, которая получила название работа выхода электрона из металла. Эта работа, естественно, различна для разных металлов.

Потенциальная энергия электрона внутри металла постоянна и равна:

W p = -eφ, где j – потенциал электрического поля внутри металла.

При переходе электрона через поверхностный электронный слой потенциальная энергия быстро уменьшается на величину работы выхода и становится вне металла равной нулю. Распределение энергии электрона внутри металла можно представить в виде потенциальной ямы.

В рассмотренной выше трактовке работа выхода электрона равна глубине потенциальной ямы, т.е.

Этот результат соответствует классической электронной теории металлов, в которой предполагается, что скорость электронов в металле подчиняется закону распределения Максвелла и при температуре абсолютного нуля равна нулю. Однако в действительности электроны проводимости подчиняются квантовой статистике Ферми-Дирака, согласно которой при абсолютном нуле скорость электронов и соответственно их энергия отлична от нуля.

Максимальное значение энергии, которой обладают электроны при абсолютном нуле, называется энергией Ферми E F . Квантовая теория проводимости металлов, основанная на этой статистике, дает иную трактовку работы выхода. Работа выхода электрона из металла равна разности высоты потенциального барьера eφ и энергии Ферми.

A вых = eφ" - E F

где φ" – среднее значение потенциала электрического поля внутри металла.

2Назовите насителя тока в полупроводниках

В полупроводниках носителями заряда являются электроны и дырки. Отношение их концентраций определяет тип проводимости полупроводника. Те носители, концентрация которых выше, называют основными носителями заряда, а носители другого типа - неосновными .

3.какие примесные полупроводники называются проводниками n типа

Полупроводники n-типа - полупроводник, в котором основные носители заряда - электроны проводимости.

4 какие примесные полупроводники называются проводниками p типа

Полупроводник p-типа - полупроводник, в котором основными носителями заряда являются дырки.

Полупроводники p-типа получают методом легирования собственных полупроводников акцепторами. Для полупроводников четвёртой группы периодической таблицы, таких как кремний и германий, акцепторами могут быть примеси химических элементов третьей группы - бор, алюминий

5 вольт амперная характеристика полупроводникового диода

Оптика – раздел физики, изучающий природу светового излучения, его распространение и взаимодействие с веществом.

Свет имеет двойственную природу, он обладает волновыми и корпускулярными свойствами:

Свет – поток частиц (фотонов); корпускулярная природа проявляется при излучении и поглощении света (например, явление фотоэффекта).

Свет – электромагнитная волна; на шкале ЭМВ – положение между радиоволнами и рентгеновским излучением – оптический диапазон:

1. Видимый свет: длина волны 380-760 нм.

   Инфракрасный свет: длина волны 760 нм – 1 мм.

   Ультрафиолетовое излучение: 10 – 380 нм.

Электромагнитная природа обнаруживается в процессе распространения света – явления интерференции, дифракции, поляризации, отражения и преломления.

Рефрактометрия – наиболее точный и простой метод количественного определения белков сыворотки крови – общего белка и процентного соотношения его фракций (альбуминов, глобулинов и фибриногена). Также данный метод используется для определения чистоты воды, для идентификации различных веществ и т.д.

Свет, как и любая электромагнитная волна, от источника распространяется в пространстве во все стороны. Электромагнитные волны распространяются в любых средах, в том числе и в вакууме. При этом скорость волны зависит от диэлектрических и магнитных свойств среды:

- относительная диэлектрическая проницаемость среды

- диэлектрическая постоянная

- магнитная постоянная

- относительная магнитная проницаемость среды

- скорость света (и электромагнитной волны) в вакууме.

Луч – любое произвольное направление распространения световой волны. В однородной среде свет распространяется прямолинейно с постоянной скоростью.

Отражение света – изменение направления распространения световой волны на границе раздела двух сред, при котором волна возвращается в первую среду, не изменяя своей скорости.

Законы отражения:

Преломление света – изменение направления распространения световой волны на границе двух сред, при котором волна проходит во вторую среду и её скорость изменяется.

Законы преломления:

, где

- показатель преломления второй среды относительно первой (относительный показатель преломления)

и - абсолютные показатели преломления первой и второй сред, т.е. показатели преломления каждой из этих сред относительно вакуума.

Физический смысл показателя преломления: абсолютный показатель преломления равен отношению скорости света в вакууме к скорости света в среде:

Из формулы скорости электромагнитной волны следует:

Таким образом, абсолютный показатель преломления
, т.е. зависит от свойств среды. Аналогично, относительный показатель преломления равен отношению скорости света в первой среде к его скорости во второй среде:

При переходе света из одной среды в другую скорость может, как увеличиться, так и уменьшиться, в зависимости от свойств данных сред. Среду с меньшим абсолютным показателем преломления называют оптически менее плотной, с большим – оптически более плотной.

Особенности отражения и преломления света на границе двух сред разной оптической плотности:

При переходе света из оптически менее плотной среды в оптически более плотную среду угол преломления меньше угла падения .

При увеличении угла падения увеличивается и угол преломления. Максимальному углу падения
соответствует угол преломления
. Таким образом, лучи, падающие на границу раздела двух сред под любыми углами от 0 0 до 90 0 , проходят во вторую среду, то есть имеет место полное преломление света. Угол преломления, соответствующий углу падения в 90 0 , называется предельным углом полного преломления (). Величину этого угла можно определить, исходя из закона преломления:

При переходе света из оптически более плотной среды в менее плотную угол преломления больше угла падения :

При увеличении угла падения увеличивается и угол преломления. При некотором значении угла падения (
) угол преломления достигает максимального значения в 90 0 , т.е. преломлённый луч скользит по границе раздела сред. При дальнейшем увеличении угла падения (
) луч света не проходит во вторую среду, а полностью отражается в первую среду. Это явление называется полным внутренним отражением. Угол падения, которому соответствует угол преломления в 90 0 , называется предельным углом полного внутреннего отражения (
). Величину этого угла также можно определить, исходя из закона преломления:

При переходе луча света из среды с показателем
в воздух, показатель преломления которого приближённо равен единице,

.

Условия полного внутреннего отражения:

Свет переходит из оптически более плотной среды в менее плотную.

Угол падения больше или равен предельному углу полного внутреннего отражения.

В целом, на границе раздела сред явления отражения и преломления света происходят совместно. Интенсивность падающего света равна сумме интенсивностей света отражённого и преломлённого:
. По мере увеличения угла падения интенсивность преломлённого луча уменьшается, а отражённого увеличивается. При полном внутреннем отражении вся энергия световой волны возвращается в первую среду.

Рефрактометр – прибор для определения показателя преломления вещества. Его работа в проходящем свете основана на определении предельного угла преломления, зависящего от показателя преломления исследуемой жидкости. Главной частью рефрактометра являются две стеклянные призмы (1 и 2), которые соприкасаются гипотенузными гранями. Между этими гранями имеется зазор размером около 0,1 мм, куда помещается исследуемая жидкость. Гипотенузная грань верхней призмы (1) – матовая. Свет, попадая на эту грань, рассеивается и, пройдя через исследуемую жидкость, падает на гипотенузную грань нижней призмы (2) под разными углами от 0 0 до 90 0 . Показатель преломления жидкости меньше показателя преломления стекла, поэтому все лучи входят в нижнюю призму (2) под углами от 0 0 до предельного угла преломления (). На пути выходящих из второй призмы лучей стоит зрительная трубка. Поле зрения трубки разделено на 2 части: светлую и тёмную. Граница света и тени соответствует лучу, проходящему под предельным углом преломления: пространство внутри этого угла освещённое, вне его – тёмное.

Измерив и зная показатель преломления N стекла призмы, показатель преломления n исследуемой жидкости можно найти по формуле:
.

Для удобства пользования прибором измерительная шкала градуируется сразу по показателю преломления.

При определении показателя преломления мутных и окрашенных жидкостей измерения проводят в отражённом свете, чтобы уменьшить потери энергии при прохождении света через жидкость. Луч света от источника проходит через матовую боковую грань нижней призмы (2). При этом свет рассеивается и падает на её гипотенузную грань, соприкасающуюся с исследуемой жидкостью, под разными углами от 0 0 до 90 0 . Лучи, падающие на жидкость под углами, меньшими предельного, проходят в неё, а лучи, падающие под большими, испытывают полное внутреннее отражение и выходят через вторую боковую грань нижней призмы в зрительную трубу. Поле зрения также разделено на светлую и тёмную части, но положение границы раздела в этом случае определяется предельным углом полного отражения.

Однако с помощью данного прибора можно измерить лишь показатель преломления веществ, у которых он меньше показателя преломления стекла измерительных призм.

Важной составной частью рефрактометра является компенсатор дисперсии (так как работа в белом свете, для устранения дисперсии, т.е. спектральной полосы) – призма Амичи, устанавливающаяся перед объективом зрительной трубы. Призма Амичи состоит из 3 призм, подобранных так, чтобы дисперсия в них была равна по величине но противоположная по знаку дисперсии в призмах 1 и 2. Таким образом, общая дисперсия сводится к нулю. Единственный не отклонённый после призмы Амичи луч – жёлтый. Цветные лучи на выходе из призмы собираются в пучок белого света, соответствующий направлению жёлтого луча.

Потоком Ф энергии называется энергия Е, проходящая через какую-либо поверхность в единицу времени:

[Вт]

Если на тело падает поток энергии Ф 0 , то в общем случае часть этого потока Ф отр отражается от поверхности тела, часть Ф пр проходит сквозь тело и часть Ф погл поглощается частицами тела. Таким образом, общий баланс энергии: Ф 0 = Ф отр + Ф погл + Ф пр. Разделив обе части на Ф 0 получим:

Отношение
- коэффициент отражения, причём он от 0 до 1.

Отношение
- коэффициент поглощения, причём он от 0 до 1.

Отношение
- коэффициент пропускания, причём он от 0 до 1.

Если тело абсолютно прозрачно, т.е. не поглощает излучение, и
, тогда
. Если же тело абсолютно непрозрачно, т.е.
, тогда
. Если
, то тело поглощает все попадающие на него лучи.

Указанные коэффициенты зависят от длины волны света и абсолютной температуры тела:

Коэффициенты отражения, поглощения и пропускания при определённой длине волны называются монохроматическими. В записи это отмечается обычно нижним индексом «» при соответствующей характеристике, например, .

Законы ослабления света при его прохождении через вещество.

Интенсивность излучения – величина, численно равная
, где

S – площадь перпендикулярной направлению распространения волны поверхности, через которую переносится энергия E.

Пусть I 0 – интенсивность света, падающего на некий поглощающий слой, I X – интенсивность света после прохождения слоя, толщиной X. В каждом тонком слое dX поглощается dI = - kIdX (знак «-» указывает на уменьшение интенсивности). Разделив переменные получим:

. Решим дифференциальное уравнение:

Последнее уравнение – закон поглощения Бугера. Коэффициент пропорциональности k в законе Бугера зависит от длины волны света:
- и для данной волны называется монохроматическим натуральным показателем поглощения. Кроме того, k зависит от рода вещества.

Физический смысл натурального показателя поглощения: это величина, обратная толщине поглощающего слоя вещества, при прохождении которого интенсивность света уменьшится в e раз. Размерность k в системе единиц СИ – [м -1 ].

Для достаточно разбавленных растворов, в которых поглощает только растворённое вещество (но не растворитель), справедливо соотношение, называемое законом Бера:
, где

С – молярная концентрация поглощающих центров (молекул-хромофоров);

- натуральный молярный показатель поглощения, т.е. показатель поглощения раствора единичной концентрации. Размерность – [моль -1 метр -1 ].

Согласно закону Бера, показатель поглощения прямо пропорционален концентрации растворённого вещества (молярный показатель, в отличие от k, от концентрации не зависит).

При подстановке закона Бера в уравнение закона Бугера, получим объединённый закон Ламберта-Бугера-Бера:

.

Однако на практике обычно берут основанием не e, а 10:

, где молярный показатель поглощения
, так как
. В спектроскопии молярный показатель поглощения называют молярной экстинкцией.

Спектры поглощения света. Концентрационная калориметрия.

Величина, равная десятичному логарифму величины, обратной коэффициенту пропускания – оптическая плотность раствора:

.

Зависимость от или
от - спектр поглощения данного вещества. Оптическую плотность можно измерить на практике с помощью прибора спектрофотометра. это позволяет определить неизвестную концентрацию раствора вещества-хромофора по известной концентрации раствора того же вещества. Измерив оптические плотности D 0 раствора известной концентрации C 0 и D X раствора неизвестной концентрации С Х при одной и той же толщине поглощающего слоя (толщине кюветы), получим пропорцию:

, откуда

В медицине данный метод широко применяется, так как позволяет работать с малыми концентрациями вещества (10 -8 – 10 -12 М). В частности, используется в судебной медицине.

Явление преломления света.

Если световой пучок падает на поверхность, разделяющую две прозрачные среды разной оптической плотности, например воздух и воду, то часть света отражается от этой поверхности, а другая часть - проникает во вторую среду. При переходе из одной среды в другую луч света изменяет направление на границе этих сред. Это явление называется преломле­нием света.
Рассмотрим преломление света подробнее. На рисунке показаны: падающий луч АО, преломлённый луч ОВ и перпендикуляр CD, восстановленный из точки падения О к поверхности, разделяющей две разные среды. Угол АОС- угол падения, угол DOB- угол преломле­ния. Угол преломления DOB меньше угла падения АОС.
Луч света при переходе из воздуха в воду меняет своё направление, приближаясь к перпендикуляру CD. Вода - среда оптически более плотная, чем воздух. Если воду заменить какой-либо иной прозрачней средой, оптически более плотной, чем воздух, то преломлённый луч также будет приближаться к перпендикуляру. Поэтому можно сказать: если свет идет из среды оптически менее плотной в более плотную среду, то угол преломления всегда меньше угла падения.

Опыты показывают, что при одном и том же угле падения угол преломления тем меньше, чем плотнее в оптическом отношении среда, в которую проникает луч.
Если на пути преломлённого луча расположить перпендикулярно лучу зеркало, то свет отразится от зеркала и выйдет из воды в воздух по направлению падающего луча. Следовательно, лучи падающий и преломлённый обратимы так же, как обратимы падающий и отражённый лучи.
Если свет идёт из среды более оптически плотной в среду менее плотную, то угол преломления луча больше угла падения.

Давайте проведем дома маленький эксперимент. м дома маленький эксперимент. нам надо опустить в стакан с водой карандаш, и он покажется поломанным. Это можно объяснить только тем, что лучи света, идущие от карандаша, имеют в воде другое направление, чем в воздухе, т. е. происходит преломление света на границе воздуха с водой. Когда свет переходит из одной среды в другую, на границе раздела происходит отражение части падающего на неё света. Остальная часть света проникает в новую среду. Если свет падает под углом к поверхности раздела, отличным от прямого, от на границе световой луч изменяет своё направление. Это и называется явлением преломлением света. Явление преломления света наблюдается на границе двух прозрачных сред и объясняется разной скоростью распространения света в различных средах. В вакууме скорость света составляет приблизительно 300000 км/с, во всех других средах она меньше.

На рисунке ниже показан луч, переходящий из воздуха в воду. Угол α называется углом падения луча, а β углом преломления. Обратите внимание на то, что в воде луч приближается к нормали. Так происходит всякий раз, когда луч попадает в среду, где скорость света меньше. Если же свет распространяется из одной среды в другую, где скорость света больше, то он отклоняется от нормали.

Преломлением обусловлен целый ряд широко известных оптических иллюзий. Например, наблюдателю на берегу, кажется, что у человека, зашедшего в воду по пояс, ноги стали короче.

Законы преломления света.

Из всего сказанного заключаем:
1 . На границе раздела двух сред различной оптической плотности луч света при переходе из одной среды в другую меняет своё направление.
2. При переходе луча света в среду с большей оптической плотностью угол преломления меньше угла падения; при переходе луча света из оптически более плотной среды в среду менее плотную угол преломления больше угла падения.
Преломление света сопровождается отражением, причём с увеличением угла падения яркость отражённого пучка возрастает, а преломлённого ослабевает. Это можно увидеть проводя опыт, изображённом на рисунке. Следовательно, отражённый пучок уносит с собой тем больше световой энергии, чем больше угол падения.

Пусть MN - граница раздела двух про зрачных сред, например, воздуха и воды, АО-падающий луч, ОВ - преломленный луч, α-угол падения, β-угол преломления, ϑ1-скорость распространения света в первой среде, ϑ2- скорость распространения света во второй среде.

Первый закон преломления звучит так: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления является постоянной величиной для данных двух сред:

, где n1.2 - относительный показатель преломления (показатель преломления второй среды относительно первой).

Второй закон преломления света очень напоминает второй закон отражения света:

падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный в точку падения луча, лежит в одной плоскости.

Если свет попадает из вакуума в какую-нибудь среду, то

где n - абсолютный показатель преломления данной среды. Относительный показатель преломления двух сред связанный с абсолютными показателями преломления этих сред, где n1 и n2 - соответственно абсолютные показатели преломления первой и второй сред.

Абсолютные показатели преломления света:

Вещество n=c/ϑ

Алмаз 2,42. Кварц 1,54. Воздух (при нормальных условиях) 1,00029. Этиловый спирт 1,36. Вода 1,33. Лёд 1,31. Скипидар 1,47. Плавленый кварц 1,46. Крон 1,52. Лёгкий флинт 1,58. Хлорид натрия (соль) 1,53.

(Как мы увидим в дальнейшем, показатель преломления n несколько меняется в зависимости от длины волны света – постоянное значение он сохраняет только в вакууме. Поэтому приведённые в таблице данные соответствуют желтому свету с длинной волны λ=589 нм.)

Напимер, так как для алмаза n=2.42, свет распространяется в алмазе со скоростью

Оптическая плотность среды.

Если абсолютный показатель преломления первой среды меньше абсолютного показателя преломления второй среды, то первая среда имеет меньшую оптическую плотность, нежели вторая и α> β. Оптическую плотность среды не следует путать с плотностью вещества.

Прохождение света сквозь плоско-параллельную пластинку и призму.

Большое практическое значение имеет прохождение света через прозрачные тела различной формы. Рассмотрим наиболее простые случаи.
Направим луч света сквозь толстую плоскопараллельную пластинку (пластинку, ограниченную параллельными гранями). Проходя через пластинку, луч света преломляется дважды: один раз при входе в пластинку, второй раз при выходе из пластинки в воздух.

Прошедший через пластинку луч света остаётся параллельным своему первоначальному направлению и только немного смещается. Это смещение тем больше, чем толще пластинка и чем больше угол падения. Величина смещения зависит и от того, из какого вещества изготовлена пластинка.
Примером плоскопараллельной пластинки служит оконное стекло. Но рассматривая предметы через стекло, мы не замечаем изменений в их расположении и форме потому, что стекло тонкое; лучи света, проходяhttps://pandia.ru/text/78/137/images/image008_46.jpg" alt="http://*****/images/im8.3.JPG" align="left" width="210" height="108">При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную наблюдается явление полного отражения света. Угол преломления в этом случае больший по сравнению с углом падения α(рис. 141). При увеличении угла падения световых лучей от источника S на поверхность раздела двух сред МN наступит такой момент, когда преломленный луч пойдет вдоль границы раздела двух сред, то есть β= 90°.

Угол падения α0, которому отвечает угол преломления β= 90°, называют граничным углом полного отражения.

Если превысить этот угол, то лучи не выйдут из первой среды вообще, будет наблюдаться только явление отражения света от границы раздела двух сред.