Конспект урока "Преломления света"

Закон преломления.

Если световые волны достигают границы раздела двух сред и проникают в другую среду, то направление их распространения также изменяется — происходит преломление света.

Направление распространения падающей и преломленной волны показано на рисунке 1.

Рис.1. Преломление света на плоской границе раздела двух прозрачных сред

Закон преломления гласит:

При переходе из одной среды в другую, для световых лучей данное отношение постоянно и характеризуется величиной, называемой показателем преломления.

Относительный показатель преломления показывает во сколько раз отличается скорость распространения света в одной среде от скорости распространения в другой.

Но удобнее использовать абсолютный показатель преломления.

Исходя из этого закон преломления в полном виде записывается так.

Полное внутреннее отражение.

При прохождении света из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, преломленный луч приближается к перпендикуляру. Если же луч направить в обратном направлении, то преломленный луч будет отдаляться от перпендикуляра. При определенном угле падения луч начнет скользить вдоль поверхности раздела двух сред, если угол падения продолжить увеличивать, то луч отразится внутрь более плотной среды.

Такое явление получило название полного внутреннего отражения.

Угол падения α₀ при котором угол преломления равен 90^о называют предельным углом падения.

Явление полного внутреннего отражения можно наблюдать на опыте с водой, вытекающего из отверстия. Если подсветить струю воды, то можно заметить, что луч света устремляется вместе с жидкостью, не выходя за пределы струи.

Явление полного внутреннего отражения получило свое распространение в волоконной оптике. В оптических приборах, например в не зеркальных перископах.

Выполнить задания.

1. На границе воздух-стекло световой луч частично отражается, частично преломляется (см. рисунок). Определите угол падения, угол отражения и угол преломления светового луча. Рис. 1

2. Луч света переходит из стекла в воздух, преломляясь на границе раздела двух сред. Какое из направлений 1––4 соответствует преломлённому лучу?

Рис. 2                                         Рис. 3

3. Луч света, распространяясь в воздухе, падает на плоскопараллельную стеклянную пластину. Какое из построений 1–4 соответствует ходу светового луча через пластину? Рис. 3.

4. На рисунке представлен ход светового луча через четыре прозрачные пластинки, сложенные стопкой. В какой среде скорость луча максимальная?

Опыты Птолемея по преломлению света

Оптика –– одна из древнейших наук, тесно связанная с потребностями практики на всех этапах своего развития. Прямолинейность распространения света была известна народам Месопотамии за 5 тыс. лет до н.э. и использовалась в Древнем Египте при строительных работах.

Два закона геометрической оптики –– закон прямолинейного распространения света и закон отражения света –– были описаны знаменитым греческим учёным Евклидом, жившим в III в. до н.э. С помощью этих законов Евклид объяснил целый ряд наблюдаемых явлений, и в частности, явлений отражения света от плоских и даже сферических зеркал.
Ученые древности имели также представление о преломлении света и даже пытались установить закон преломления.

Греческий астроном Клавдий Птолемей (около 130 г. н.э.) –– автор замечательной книги, которая в течение почти 15 столетий служила основным учебником по астрономии, –– написал ещё книгу «Оптика», в которой описал, в частности, явление преломления света. С явлением преломления света Птолемей столкнулся, наблюдая звёзды. Он заметил, что луч света, переходя из одной среды в другую, «ломается». Поэтому звёздный луч, проходя через земную атмосферу, доходит до поверхности Земли не по прямой, а по кривой линии, то есть происходит рефракция. Искривление хода луча происходит из-за того, что плотность воздуха меняется с высотой.

Чтобы изучить закон преломления, Птолемей провёл следующий эксперимент. Он взял круг и укрепил на оси линейки l₁ и l₂ так, чтобы они могли свободно вращаться вокруг неё (см. рисунок).

Птолемей погружал этот круг в воду до диаметра АВ и, поворачивая нижнюю линейку, добивался того, чтобы линейки лежали для глаза на одной прямой (если смотреть вдоль верхней линейки). После этого он вынимал круг из воды и сравнивал углы падения α и преломления β. Он измерял углы с точностью до 0,5°. Числа, полученные Птолемеем, представлены в таблице.

Эксперимент Птолемея был поставлен правильно, ученый получил достаточно хорошие численные значения для углов падения и преломления, однако закона он установить не сумел.

Задание №1. Выберите один или несколько правильных ответов.

Задание №2. Дайте развернутый ответ.

В спокойной атмосфере наблюдают положение звёзд, не находящихся на перпендикуляре к поверхности Земли в точке А, где находится наблюдатель. На рисунке схематично показано истинное и видимое положения для одной из звёзд. Какое положение (S₁ или S₂) может соответствовать истинному положению звезды, а какое –– видимому? Ответ поясните.

Скачано с www.znanio.ru