Как поступить
в Онлайн-школу и получить аттестат?

Подробно расскажем о том, как перевестись на дистанционный формат обучения, как устроены онлайн-уроки и учебный процесс, как улучшить успеваемость и повысить мотивацию!

Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных

  • Все предметы
  • 9 класс
  • Физика
  • Закон преломления света на плоской границе двух однородных прозрачных сред. Преломление света в призме. Дисперсия. Явление полного внутреннего отражения.

Конспект урока: Закон преломления света на плоской границе двух однородных прозрачных сред. Преломление света в призме. Дисперсия. Явление полного внутреннего отражения.

Геометрическая оптика

29.03.2024
1843
0

Закон преломления света на плоской границе двух однородных прозрачных сред

План урока

  • Закон преломления света. Относительный и абсолютный показатели преломления света

Цели урока

  • знать понятие «преломление света»; формулировку закона преломления света; связь между относительным и абсолютным показателем преломления
  • уметь рассчитывать угол преломления; объяснять причины искажения очертаний предметов в воде

Разминка

  • Почему глубина водоёма кажется меньше, чем она есть на самом деле?
  • Как изменяется направление луча света при переходе из воздуха в стекло?
  • Как изменяется скорость света при переходе из воздуха в стекло?

Закон преломления света. Относительный и абсолютный показатели преломления света

Вы наверняка замечали искажение очертаний предметов, находящихся в воде, например, излом ложки, находящейся в стакане с водой, или кажущаяся меньшей глубина водоёма, если смотреть на дно сверху вниз.
 

Это связано с тем, что свет, переходя из воздуха в воду, меняет направление своего распространения. Наблюдаемое явление называется преломлением.


Преломление света — это изменение направления распространения света при прохождении границы раздела двух прозрачных сред.


Рис. 1. Ход луча при переходе из воздуха в воду

На рисунке 1 показан ход луча при переходе из воздуха в воду. Как видно из рисунка, свет частично отражается от поверхности воды, а частично преломляется. Угол отражения луча света, согласно закону отражения света, равен углу падения α=β. Угол между преломлённым лучом и перпендикуляром к поверхности воды γ в данном случае оказался меньше угла падения.

 

Закон преломления света был одновременно открыт двумя учёными: голландским математиком Снеллиусом (1580–1626) и французским физиком Рене Декартом (1596–1650).


Угол γ между перпендикуляром к границе раздела двух сред и преломлённым лучом называется углом преломления .

Закон преломления света на границе раздела двух прозрачных сред

 

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, не зависящая от угла падения:
 

sin(α)sin(γ)=n21,
 

где n21 — относительный показатель преломления второй среды по отношению к первой.


Падающий, отражённый и преломлённый лучи, а также перпендикуляр к границе раздела сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости.


Если свет переходит в какую-либо среду из вакуума, то отношение синуса угла падения к синусу угла преломления называют абсолютным показателем преломления n этой среды.


Абсолютный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данной среде:
 

n=cv,
 

где с = 300 000 км/с — скорость света в вакууме;
v [м/с] — скорость света в рассматриваемой среде.
 

Абсолютный показатель преломления характеризует оптическую плотность среды. Чем меньше скорость света в среде, тем больше её абсолютный показатель преломления, тем оптически плотнее данная среда.
 

Например, известно, что свет в воздухе распространяется со скоростью, практически равной скорости света в вакууме. В жидкости свет распространяется со значительно меньшей скоростью. Следовательно, вода является оптически более плотной средой, нежели воздух. Абсолютный показатель преломления воды больше показателя преломления воздуха.

 

Относительный показатель преломления двух сред связан с абсолютными показателями следующим отношением:
 

n21=n2n1.
 

Закон преломления света, учитывая формулу выше, можно записать в следующем виде:

sin(α)sin(γ)=n2n1,
 

где n2 — абсолютный показатель преломления среды, в которой распространяется преломлённый луч;

n1 — абсолютный показатель преломления среды, из которой падает свет.

 

Абсолютные показатели преломления большинства газов при нормальных условиях очень близки к единице, поэтому, если свет попадает из воздуха в оптически более плотную среду, относительный показатель преломления для двух таких сред будет совпадать с абсолютным показателем среды, в которую переходит световой луч.
 

В таблице 1 приведены абсолютные показатели преломления некоторых твёрдых и жидких веществ.
 

Таблица 1. Абсолютные показатели преломления некоторых веществ

Вещество

n

Вещество

n

Алмаз

2,42

Вода

1,33

Кварц

1,54

Скипидар

1,47

Лёд

1,31

Спирт

1,36

Рубин

1,76

Ацетон

1,36

Слюда

1,58

Касторовое масло

1,48

Стекло обычное

1,48–1,53

Эфир

1,35

Стекло оптическое

1,47–2,04

Воздух

1,00

 

Рис. 2. Преломление луча на границе сред воздух – стекло

 

Убедимся в справедливости закона преломления света с помощью оптического диска (рис. 2).
 

Вместо плоского зеркала установим в центре диска оптическое стекло с показателем преломления n2 = 1,87.
 

Направим луч через точку А на центр диска так, чтобы угол падения составлял α = 42°.

 

Рассчитаем угол преломления по формуле:

sin(α)sin(γ)=n2n1sin(γ)=sin(α)·n1n2=sin(42°)·11,870,358;

 

arcsin(0,358)21°.

 

Согласно расчётам, угол преломления должен быть равен γ = 21°, что соответствует результату эксперимента.

Рис. 3. Преломление луча на границе сред стекло – воздух

Принцип обратимости световых лучей справедлив и при преломлении светового луча: если направить луч света через точку В к центру диска, преломлённый луч пройдёт через точку А (рис. 3). Следовательно, падающий и преломлённый лучи обратимы.

 

Используем закон преломления света, чтобы объяснить, почему для наблюдателя, смотрящего в воду сверху вниз, глубина водоёма кажется меньше, чем она есть на самом деле.

 

На рисунке 4 показан ход лучей от источника света S, находящегося на дне водоёма глубиной H.

В качестве источника света может выступать маленькая песчинка, отражающая солнечный свет. Луч SA переходит из воды в воздух, не меняя направление, так как угол падения данного луча составляет 90°.

Рис. 4. Возникновение мнимого источника света в толще воды в результате преломления света

Луч SB падает на границу раздела двух сред под некоторым углом α, в соответствии с законом преломления света синус угла преломления γ будет равен

sin(γ)=sin(α)·n1n2.
 

Показатель преломления воздуха равен n2 = 1, показатель преломления воды n1 = 1,33. Тогда синус угла преломления равен
 

sin(γ)=sin(α)·1,33.

 

Следовательно, угол преломления будет больше угла падения γ>α.

В результате мнимое изображение источника света S1 будет располагаться на глубине h, меньшей реальной глубины водоёма.

 

Отметим, что при переходе света из оптически менее плотной среды в оптически более плотную n1<n2 угол преломления меньше угла падения γ<α. Напротив, при переходе вещества из более плотной оптической среды в менее плотную n1>n2 угол преломления больше угла падения γ>α.

 

Итоги

 

  • Преломление света — это изменение направления распространения света при прохождении границы раздела двух прозрачных сред.
  • Закон преломления света на границе раздела двух прозрачных сред : отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, не зависящая от угла падения и равная относительному показателю преломления второй среды по отношению к первой n21sin(α)sin(γ)=n21.
  • Относительный показатель преломления равен отношению абсолютных показателей преломления двух сред: n21=n2n1.
  • Абсолютный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данной среде: n=cv.


Контрольные вопросы

 

1. Сформулируйте закон преломления света.

2. Как изменится угол между лучом света и перпендикуляром к границе раздела двух сред в точке падения луча при переходе луча из стекла в воздух?
3. Что такое абсолютный показатель преломления, как он рассчитывается?


Предыдущий урок
Построение изображений, создаваемых тонкими собирающими линзами. Построение изображений, создаваемых тонкими рассеивающими линзами
Геометрическая оптика
Следующий урок
Линзы. Тонкие линзы
Геометрическая оптика
Урок подготовил(а)
teacher
Андрей Михайлович
Учитель физики
Опыт работы: 12 лет
Поделиться:
  • Общая характеристика неметаллов

    Химия

  • Географическое положение и природа Поволжья. Население и хозяйство

    География

  • Общая характеристика неметаллов

    Химия

Зарегистрируйся, чтобы присоединиться к обсуждению урока

Добавьте свой отзыв об уроке, войдя на платфому или зарегистрировавшись.

Отзывы об уроке:
Пока никто не оставил отзыв об этом уроке