Отражение и преломление света. Полное отражение - раздел Физика, КОНСПЕКТЫ ЛЕКЦИЙ ПО ФИЗИКЕ Опыт И Теория Показывают, Что В Разных Прозрачных Средах Свет Распространяетс...
Опыт и теория показывают, что в разных прозрачных средах свет распространяется с различными скоростями, меньшими скорости света в вакууме.
Среда, во всех точках которой скорость распространения света одинакова, называется оптически однородной.Рассмотрим, используя волновую теорию, явление отражения и преломления монохроматического света на плоской границе раздела двух различных, оптически однородных сред. Монохроматическому свету соответствует какая-либо одна длина волны или, говоря о субъективном восприятии, какой-либо один цвет.
Рис. 3.1
Пусть плоский фронт световой волны ОА падает на границу раздела двух сред, скорости света в которых с1 и с2 <с1 (рис. 3.1). Связанные с этим фронтом лучи 1 и 2 составляют с нормалью к границе раздела угол α. На границе раздела свет частично отражается (лучи 3 и 4), и частично проходят (преломляются) во вторую среду (лучи 5 и 6). Применяя принцип Гюйгенса, построим фронт отраженной и преломленной волны. В точку В 2 луч приходит позднее, чем 1 луч в точку О, на время t = |АВ|/с1. За это же время из точки О (как из вторичного источника света) в первой среде успевает распространиться полусферическая волна радиусом r1 = c1t = |АВ|, а во второй среде – полусферическая волна радиусом
r2 = с2t = |АВ| c2/c1.
Рис. 3.2
От всех остальных точек границы ОВ (кроме самой точки В) также распространятся вторичные полусферические волны, радиусы которых окажутся убывающими в направлении от О к В. Эти вторичные волны показаны на рис. 3.2. Огибающая всех полусфер первой среды дает фронт отраженной волны ВD, а огибающая всех полусфер второй среды – фронт преломленной волны BE.
Из рис. 3.1 видно, что ∆ОАВ = ∆ВDО (как прямоугольные, имеющие общую гипотенузу и по одному одинаковому катету: ОD = r = АВ). Поэтому угол АОВ = углу DВО. Но угол АОВ = α, а угол DВО = β (как углы со взаимно перпендикулярными сторонами), следовательно,
α = β, (3.1)
где β – угол отражения.
Падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным к границе раздела сред в точке падения; угол падения равен углу отражения(закон отражения света).
Возвращаясь к рис.3. 1, учтем, что
Тогда
(3.2)
где γ– угол преломления.
Падающий и преломленные лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром к границе раздела сред, проведенным в точку падения; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде(закон преломления света).
Из формулы (3.2) следует, что при α = 0 будет и γ = 0 (так как с1/с2 ≠ 0), т. е. луч, падающий нормально на границу раздела сред, не преломляется. Обозначим
с1 = с/n1 и c2 = c/n2,
где с – скорость света в вакууме, а n1 и n2 – безразмерные величины, называемые абсолютными показателями преломления первой и второй сред. Абсолютный показатель преломления показывает во сколько раз скорость света в данной среде меньше скорости света в вакууме.Очевидно, что абсолютный показатель преломления вакуума равен единице.
Учитывая, что показатели преломления двух сред обратно пропорциональны скоростям распространения света в этих средах, можно записать закон преломления в виде
(3.3)
где n21– относительный показатель преломления второй среды относительно первой.
Из двух сред, имеющих различные показатели преломления, среда с меньшим показателем называется оптически менее плотной, а среда с большим показателем – оптически более плотной.
Если свет проходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду, например, из стекла в воду, то, согласно формуле (3.3), угол падения αбудет меньше угла преломления γ(рис. 3.3а). Поэтому при некотором угле падения (α = А) угол преломления окажется равным 90°, т. е. преломленный луч будет скользить вдоль границы раздела сред, не входя во вторую среду (рис. 3.3б). Угол Аназывается предельным углом падения. При α > Асвет полностью отражается в первую среду (рис. 3.3в). Это явление называется полным внутренним отражением света.
Рис. 3.3
Согласно формуле (3.3)
откуда sinA= n21.
Рис. 3.4
Во многих оптических приборах для преломления света используют призмы. На рис. 3.4 показан ход монохроматического луча в призме. После двукратного преломления луч оказывается отклоненным от первоначального направления на угол δ, называемый углом отклонения. Угол Ө, заключенный между преломляющими гранями, называется преломляющим углом призмы.
Угол отклонения δзависит от преломляющего угла Өи показателя преломления призмы n. Эта зависимость легко устанавливается для призмы с малым преломляющим углом Өв случаях малого угла падения α.Для призмы находящейся в воздухе
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования... Ульяновский государственный технический университет...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Отражение и преломление света. Полное отражение
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
ПО ФИЗИКЕ
Часть 2. Волновые процессы. Волновая и квантовая оптика. Квантовая механика. Многоэлектронные атомы
Методические указания для студентов дневной формы обучения машиностроительного факультет
Волны. Плоские и сферические волны
Волновые процессы наблюдаются в упругих средах. Под упругой средой понимают среду, между частицами которой действуют упругие силы. Если какую либо частицу среды заставить совершать
Поток энергии волны
При распространении волн частицы среды не переносятся вместе с волной. Процесс распространения волны в каком-либо направлении в среде сопров
Групповая скорость волны
Все реальные волны в той или иной степени отличаются от синусоидальных волн, так как энергия колебательного движения частично превращается в другие виды энергии, что ведет к уменьшению амплитуды ко
Интерференция волн
Если под действием проходящей волны свойства среды не меняются, то для волн в этой среде применим принцип суперпозиции (наложения). При распространении в этой среде нескольких волн, каждая
Стоячие волны
Стоячей волной называют волну, образующуюся при наложении двух встречных когерентных волн. Рассмотрим случай наложения двух плоских волн, распространяющихся вдоль оси Ох в положительном _
Звуковые волны
Под звуковыми волнами в узком смысле слова понимают волны с частотой от 16 Гц до 20 кГц. Эти волны, воздействуя на ухо человека, вызывают звуковые ощущения. Звуковые волны с частотой ниже 16 Гц наз
Эффект Доплера
Рассмотрим вопрос о том, какова связь между колебаниями, испускаемыми источником, и колебаниями, воспринимаемыми прибором, регистрирующим колебания, если источник и прибор движутся относительно дру
Тонкая линза. Формула линзы
Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя криволинейными поверхностями. На рис. 3.5 изображены поперечные сечения двояковыпуклой
Основные фотометрические характеристики
Наряду со световым потоком основными фотометрическими характеристиками являются сила света, освещенность и яркость.
Понятие силы света вв
Пространственная и временная когерентности
Определим, при каких же условиях полученные выше волны можно считать когерентными. Учтем, что любая волна представляет собой результат налож
Интерференция на тонкой пленке
Луч света длиной волны λ падает на пленку толщиной dпод углом падения i(рис. 4.6) и делится на два: луч 1 отражается от верхней грани, а луч 2 преломляется, проходит в пленка рас
Интерферометры
Просветление оптики.На границе раздела воздух – стекло отражается 4% энергии световой волны. Поэтому при наличии в оптическом приборе достаточного количества линз, зеркал,
Дифракция Френеля на круглом отверстии
Рассмотрим конкретный пример расчета дифракционной картины с использованием метода зон Френеля. Точечный источник монохроматического излучения посылает волну на преграду, в которой имеется круглое
Дифракция Фраунгофера на одной щели.
Пусть плоская монохроматическая волна (λ0) падает перпендикулярно на поверхность щели шириной а (АВ = а). Между экраном и щелью располагается собирающая
Дифракционная решетка
Рассмотрим плоскую периодическую структуру из параллельных щелей, разделенных непрозрачными промежутками. На практике обычно роль щелей выполняют прозрачные участки стеклянных пластинок, разделенны
Взаимодействие света с веществом
Понимание многих явлений взаимодействия ЭМВ с веществом возможно в рамках классической электронной теории. Согласно этой теории внутри атомов находятся электроны, которые могут совершать затухающие
Тепловое излучение. Закон Кихгофа
Под тепловым излучением понимают излучение электромагнитных волн телами за счет их внутренней энергии, то есть за счет теплового движения молекул и атомов. Такое излучение присуще всем телам, так к
Законы теплового излучения
Можно показать, что площадь под графиком испускательной способности r0λ,T абсолютно черного тела прямо пропорциональна четвертой степени е
Внешний фотоэффект. Законы фотоэффекта
Под внешним фотоэффектом понимают процесс выбивания электронов из вещества под действием света. Фотоэффект был открыт Герцем в 1887 году и систематически исследован Столетовым в 18
Эффект Комптона
Рассмотрим эксперимент по рассеянию рентгеновского излучения веществом. Пучок рентгеновских лучей с определенной длиной волны λ
Природа электромагнитного излучения
Итак, электромагнитное излучение в одних опытах проявляет волновые свойства (интерференция, дифракция и поляризация сета), а в других – корпускулярные свойства (тепловое излучение, фотоэффект, эффе
Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома
К началу 20 века было с полной достоверностью установлено, что в состав каждого атома входят электроны. Вместе с тем было установлено, что атом в целом электрически нейтрален. Отсюда следовало, что
Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца
С точки зрения классической физики предложенная Резерфордом модель атома обладала двумя недостатками. Во-первых, она приводит к неустойчивости атома. Действительно, ускоренно движущиеся по круговым
Спектры атома водорода по теории Бора
В атоме водорода вокруг ядра, несущего один электрический заряд е, движется один электрон. Ядро можно считать неподвижным, поскольку его масс в 1840 раз больше массы электрона; орбиты электр
Опыты, подтверждающие волновые свойства частиц
Успешно объясняя спектры атома водорода, теория Бора оказалась не в состоянии объяснить спектры многоэлектронных атомов, так как она была внутренне противоречива.
В 1927 г. Луи де Бройль в
Соотношения неопределенностей Гейзенберга
В отличие от классических частиц, микрочастицы обладают волновыми свойствами, поэтому для них не всегда применимы такие классические понятия, как координата, импульс, время, энергия, траектория дви
Вероятностный смысл волны де Бройля.
Волновая функция
Какова физическая природа волн де Бройля? Ответить на этот вопрос трудно, так как волны де Бройля
Уравнение Шредингера
Мы уже отмечали, что если частица обладает волновыми свойствами, которыми нельзя пренебречь в рассматриваемой задаче, то поведение такой частицы нельзя описывать уравнениями классической физики. Ну
Энергия молекулы
Молекулы состоят из одинаковых или различных атомов, соединенных между собой в одно целое силами связи, которые называют химическими связями.Силы, удерживающие атомы в молекуле, вы
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Пусть плоский фронт световой волны ОА падает на границу раздела двух сред, скорости света в которых с1 и с2 < с1 (рис. 3.1). Связанные с этим фронтом лучи 1 и 2 составляют с нормалью к границе раздела угол α. На границе раздела свет частично отражается (лучи 3 и 4), и частично проходят (преломляются) во вторую среду (лучи 5 и 6). Применяя принцип Гюйгенса, построим фронт отраженной и преломленной волны. В точку В 2 луч приходит позднее, чем 1 луч в точку О, на время t = |АВ|/с1. За это же время из точки О (как из вторичного источника света) в первой среде успевает распространиться полусферическая волна радиусом r1 = c1t = |АВ|, а во второй среде – полусферическая волна радиусом
(3.2)
(3.3)
откуда sinA= n21.
Новости и инфо для студентов