Полное отражение. Дисперсия света

Полное отражение. Дисперсия света

Закон преломления света позволяет объяснить интересное явление – полное внутреннее отражение света.

Отражение света, падающего из оптически более плотной среды на границу с оптически менее плотной средой под углом падения, большим некоторого критического угла, называется полным внутренним отражением.

А угол, при котором возникает полное отражение, называется предельным углом полного отражения. Он определяется из закона преломления при условии, что угол преломления светового луча равен 90°: 

Полное отражение можно наблюдать и в равнобедренной прямоугольной стеклянной призме, которая широко используется в перископах, биноклях и так далее.

Рассмотрим ход лучей в такой призме. Итак, пусть параллельный пучок света падает перпендикулярно боковой грани призмы катетов. Лучи, не испытывая преломления, попадают на основание призмы под углом 45°. Но для стекла предельный угол равен 42°. Поэтому на этой грани свет испытывает полное внутреннее отражение и выходит из призмы перпендикулярно нижней грани.

Такая призма называется поворотной, так как она поворачивает пучок света на 90°.

Теперь установим призму так, как это показано на экране, и вновь направим на неё параллельный пучок света. Внутри призмы свет испытывает уже двукратное полное отражение и пучок света после прохождения призмы поворачивается на 180°. Поэтому это тоже поворотная призма.

Перевернём ещё раз призму и повторим операцию. Не трудно заметить, что при выходе из призмы лучи параллельны падающим. Но теперь верхний падающий луч выходит из призмы ниже, а нижний — выше. В этом случае призма называется оборотной.

Одним из первых, кто изучал распространение света в призмах, был сэр Исаак Ньютон. Ещё в 1666 году он направил узкий пучок солнечного света, образованного малым отверстием в ставне, на грань стеклянной призмы, установленной в затемнённой комнате. При этом на экране появилось удлинённое изображение щели, состоящее из ряда цветных полос семи основных цветов, плавно переходящих друг в друга. Получившуюся полоску Ньютон назвал спектром (от латинского видение). А сам опыт показал, что белый свет является сложным: пройдя через призму, он разлагается на пучки различных цветов.

Следующие опыты Ньютона были посвящены изучению влияния вещества призмы на характер окрашивания светового пучка. Для этого он закрывал отверстие в ставне стёклами различных цветов. При этом он наблюдал соответствующие цветные пятна на стене. Это означало, что призма не может влиять на цвет светового пучка.

В своём фундаментальном трактате «Оптика» Ньютон написал: «световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости. В наибольшей степени преломляются фиолетовые пучки, в наименьшей красные».

Зависимость показателя преломления среды от цвета световых лучей Ньютон назвал дисперсией света.

Фиолетовый и красный лучи, выделенные Ньютоном в опыте, при прохождении через призму не разлагались в спектр. Это говорило о том, что цветные лучи являются простыми или, как их ещё называют, монохроматическими.

Отметим, что дисперсией света также объясняется и такое явление, как радуга на небосклоне после дождя. Дело в том, что простой солнечный свет рассеивается на мелких капельках воды, которые остались в воздухе после дождя. Когда из воздуха исчезают капли воды, все семь цветов радуги снова сливаются в один белый свет.

Основные выводы:

·         Явление дисперсии состоит в зависимости показателя преломления от цвета луча (от частоты световой волны)

·         Дисперсию можно наблюдать, пропуская белый свет через призму.

·         Белый свет является сложным.

·         Световые лучи, различающиеся по частоте,  по-разному преломляются на границе двух сред.

·         Лучи разного цвета (световые волны разной частоты) по-разному отражаются, поглощаются, рассеиваются и преломляются.

·         При переходе из одной среды в другую луч преломляется.

·         Показатель преломления среды зависит от цвета света (фиолетовый, красный)

·         Показатель преломления света в среде зависит от его частоты.

·         Дисперсия – явление разложения белого света в спектр.

·         Белый свет – сложный, состоит из монохроматических цветов.

Вопросы

1.       Почему белый свет, проходя сквозь призму, разлагается в цветной спектр?

2.       Какие цвета, и в какой последовательности наблюдаются в спектре?

3.       Какие волны больше всего преломляются при прохождении призмы?

4.       Изменяется ли длина волны и частота световой волны при её переходе в среду?

5.       Для фиолетового или для красного света показатель преломления вещества больше?

6.       Свет, какого цвета распространяется в призме из стекла с большей скоростью?

7.       Что произойдёт при соединении лучей всех цветов спектра?