Конспект по физике для 9 класса «Преломление света». Что такое преломление света. Как формулируются законы преломления света.
Конспекты по физике Учебник физики Тесты по физике
Преломление света.
В основе геометрической оптики лежат четыре закона, три из которых вы уже знаете: закон прямолинейного распространения света в однородной среде, закон отражения света от зеркальной поверхности и закон независимости световых лучей. Давайте рассмотрим четвёртый закон — закон преломления света на границе двух прозрачных сред.
ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА
Вы уже знаете, что свет, падая на границу раздела двух сред, частично отражается от неё. Если среда прозрачна, то часть света может пройти сквозь неё. В этом случае наблюдается явление преломления света. Преломление света мы часто наблюдаем в нашей жизни. Ложка или трубочка, опущенная в стакан с водой, кажется надломленной на границе воды и воздуха. Это объясняется тем, что световой пучок при переходе из одной среды в другую меняет своё направление. Преломление света — это изменение направления распространения света при его переходе из одной среды в другую.
Закон преломления света в отличие от законов прямолинейного распространения света и закона отражения света стал известен человечеству гораздо позднее. Его пытались открыть сначала греческие, а позже арабские учёные. Автором закона преломления считается голландец Виллеброрд Снеллиус, экспериментально открывший его в 1621 г. Сам учёный свой труд не опубликовал, о чём известно из сочинений Рене Декарта, независимо от него сформулировавшего тот же закон в 1637 г.
Проведём опыт, используя оптический диск, в центре которого установлена стеклянная пластина. В отличие от опыта с зеркальной пластиной теперь световой луч не отразится на границе раздела двух сред (воздух — стекло). Луч проникает внутрь стекла и меняет направление своего распространения.
В этом опыте также можно проверить выполнение закона обратимости световых лучей. Если передвинуть осветитель по краю оптического диска и пустить световой луч в направлении луча DO, то после преломления света мы получим световой луч, совпадающий с лучом ОС.
Обозначим линию раздела двух сред (воздух — вода) MN. Пусть на эту поверхность из точки S падает пучок света. Его направление задано лучом SO. Луч SO — падающий луч. При попадании светового луча на границу раздела двух сред наблюдается его преломление. Луч О В называют преломлённым лучом. Из точки падения луча О проведём перпендикуляр ОС к поверхности раздела двух сред. Угол между падающим лучом и перпендикуляром к поверхности раздела двух сред в точке падения луча называют углом падения (угол α).
Угол между преломлённым лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения луча называют углом преломления (угол γ).
Из опыта с оптическим диском можно сделать следующие выводы:
- чем больше угол падения, тем больше угол преломления;
- при переходе луча света из воздуха в стекло угол преломления меньше угла падения;
- при переходе луча света из стекла в воздух угол преломления больше угла падения.
ОПТИЧЕСКАЯ ПЛОТНОСТЬ СРЕДЫ
Различие углов падения и преломления обусловлено тем, что скорость распространения света в различных средах различна.
Говорят, что чем больше скорость распространения света в среде, тем меньше её оптическая плотность. Стекло и воздух имеют разную оптическую плотность, т. е. скорость распространения света в стекле меньше, чем в воздухе. Поэтому оптическая плотность стекла больше, чем оптическая плотность воздуха. Оптическая плотность воды также больше оптической плотности воздуха.
ЗАКОН ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА
Только в середине XVII в. стало понятно, что преломление света на границе двух сред объясняется различием их оптических плотностей.
Если луч света переходит из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную, то угол преломления меньше угла падения: α > γ.
Если луч света переходит из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную, то угол преломления больше угла падения: α < γ.
При изменении угла падения меняется и угол преломления. При этом опытами установлено, что отношение между углами не сохраняется, а остаётся постоянным отношение синусов углов падения и преломления.
Таким образом, для любой пары веществ с различной оптической плотностью можно записать:
где n — относительный показатель преломления для двух данных сред.
Учитывая вышесказанное, можно сформулировать закон преломления света следующим образом: лучи падающий, преломлённый и перпендикуляр, проведённый к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости. При этом отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред.
Когда мы пытаемся на глаз оценить глубину водоёма или сосуда с водой, необходимо учитывать, что из-за преломления света глубина кажется нам меньше, чем на самом деле. Это явление легко проверяется на опыте. Наблюдатель размещает сосуд (чашку) с лежащим на его дне предметом (монеткой) таким образом, чтобы края сосуда не позволяли увидеть ни дна, ни этот предмет. Затем, не меняя направление взгляда, в сосуд начинают наливать воду, и через некоторое время предмет становится видимым.
Если луч переходит из воздуха в воду, то относительный показатель преломления этих сред равен 1,33. Относительный показатель преломления для воздуха и некоторых сортов стекла составляет приблизительно 1,5.
Вы смотрели Конспект по физике для 9 класса «Преломление света».
Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).