Особенности явления преломления света с точки зрения физики

11 класс

Пройдите тест по явлению ЭМИ!

Пройдите тест по природе света!

Электродинамика       

             Магнитное поле

                        Взаимодействие токов. Магнитное поле. Магнитная индукция. Вихревое поле

                        Сила Ампера. Электроизмерительные приборы. Громкоговоритель. Сила Лоренца

                        Электромагнитная индукция. Открытие ЭМИ. Магнитный поток

                        Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля

Магнитные свойства вещества

                         Уравнения Максвелла*

             Механические колебания

                        Свободные и вынужденные колебания. Условия возникновения колебаний

                        Динамика колебательного движения. Энергия колебательного движения

                        Сложение гармонических колебаний. Резонанс. Автоколебания

             Электромагнитные колебания

                        Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур

                        Переменный электрический ток. Активное, ёмкостное, индуктивное сопротивление в цепи переменного тока

                        Электрический резонанс. Мощность в цепи с активным сопротивлением

                        Генерирование электрической энергии. Трансформаторы. Производство, передача и использование электрической энергии

             Механические волны

                        Механические волны.  Длина волны. Скорость волны. Свойства волн

                        Звуковые волны. Звук. Эффект Допплера

             Электромагнитные волны

                        Электромагнитные волны. Экспериментальное обнаружение и свойства электромагнитных волн

                        Изобретение радио А.С. Поповым. Принцип радиосвязи. Модуляция и детектирование. Простейший детекторный приёмник

                        Распространение радиоволн. Радиолокация. Телевидение. Развитие средств связи

Оптика

             Геометрическая оптика

                        Развитие взглядов на природу света

                        Основные понятия геометрической оптики. Фотометрия

                        Принцип Гюйгенса и Ферма. Закон отражения. Закон преломления света. Полное отражение

                         Плоское зеркало. Сферическое зеркало

                                                                    Задачи на сферическое зеркало

             Линза 

                        Линза. Формула тонкой линзы

                        Построение изображений, даваемой линзой

                        Оптические приборы

             Волновая оптика

                        Скорость света

                        Дисперсия света. Интерференция света

                        Дифракция света. Дифракционная решётка

                        Поляризация света

Основы теории относительности

                        Законы электродинамики и принцип относительности

                        Постулаты теории относительности. Релятивисткой закон сложения скоростей

                        Зависимость массы тела от скорости его движения. Связь между массой и энергией

Основы квантовой физики

             Излучения и спектры

                        Виды излучений. Источники света

                        Спектры и спектральный анализ

                        Инфракрасное, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение

                        Шкала электромагнитных излучений

             Световые кванты

                        Физические истоки квантовой теории

                        Теория фотоэффекта. Применение фотоэффекта

                        Фотоны. Давление света. Гипотеза де Бройля

             Атомная физика

                        Опыт Резерфорда. Ядерная модель атома

                        Квантовые постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору

                        Атом водорода в квантовой механике

                        Вынужденное излучение света. Лазеры

                        Открытие радиоактивности. Альфа-, Бета-, гамма- излучения

                         Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений

                        Радиоактивные превращения

                        Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Изотопы

             Ядерная физика

                        Открытие нейтрона. Состав ядра атома

                        Ядерные силы. Энергия связи атомных ядер. Ядерные спектры

                        Ядерные реакции. Энергетический выход ядерных реакций

                        Деление ядер урана. Цепные ядерные реакции. Ядерный реактор

                        Термоядерные реакции. Применение ядерной энергии

                        Получение радиоактивных изотопов и их применение. Биологическое действие радиоактивныхизлучений

             Физика элементарных частиц

                        Стандартная модель элементарных частиц

                        Открытие позитрона. Античастицы

             Современная физическая картина мира

                        Современная физическая картина мира

Строение Вселенной

             Строение Вселенной

                        Солнечная система

                        Звёзды и источники их энергии. Современные представления о происхождении и эволюции Солнца и звёзд

                        Наша галактика и другие галактики

                        Пространственные масштабы наблюдаемой Вселенной

                        Применимость законов физики для объяснения природы космических объектов

                        «Красное смещение» в спектрах галактик

                        Современные взгляды на строение и эволюцию Вселенной

                        Наблюдение солнечных пятен, звёздных скоплений, туманностей и галактик

Медиаматериалы

Магнитное поле

Дисперсия света

Виды излучений и спектры

Загадки спектра

Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение

 

 

Примерные темы проектов

Информация о материале
  • Вы здесь:  
  • Главнаяarrow.png
  • 11 класс

Часто мы наблюдаем, что освещение, которое попадает на воду или проходит через стеклянную линзу трансформируется и искажает изображение. Этот эффект может объяснить, такое физическое явление как преломление света. Давайте более детально разберемся, что происходит с излучением, и какие закономерности управляют этим процессом.

zakona-prelomleniya-sveta-1.jpg

Кто открыл

Хотя особенности распространения солнечного излучения были частично сформулированы еще в X веке астрономом Ибн Салахом, впервые принцип лучепреломления был открыт в XVII физиком В. Снеллиусом. В то же время другой ученый Р. Декарт независимо от Снеллиуса также открыл закон лучепреломления света.

При чем, эта закономерность справедлива не только в отношении света, но также радио и магнитных потоков.

Читайте также: Что такое дисперсия света – открытие Ньютона, что нужно знать.

Определение и формула коэффициента преломления

Преломление света описывает изменение направления диапазона волн на границе соприкосновения двух прозрачных сфер. То есть луч, попадая из одного вещества в другое, проходит внутри второго под другим углом.

Принцип изменения траектории описывают два пункта закона:

  • Первый: свет который падает на поверхность раздела двух веществ, изменивший направление и перпендикулярная константа (нормаль) в точке искажения, находятся в одной плоскости по отношению друг к другу.
  • Второй: отношение синуса угла падения к синусу угла измененного потока – постоянный показатель, который не зависит от направления луча и плотности среды.

Эту закономерность можно представить в виде формулы коэффициента:

sinα/ sin γ =n,

где: α – угол падения волны;

γ – угол преломления;

n – относительный показатель преломления второй сферы по отношению к первоначальной.

Рекомендуем посмотреть видео на тему “Преломление света”.

Физический смысл показателя преломления

Показатель лучепреломления – это пропорциональное отношение скорости волны в первой сфере и второй, где происходит изменение направления потока.

Каждая среда имеет свои характеристики изменения направления спектра. Эти данные можно узнать эмпирическим путем. Обычно эталонной сферой считается вакуум. В нем искривление светового поля будет 1.

На изменение скорости может влиять температура, диапазон излучения.

Согласно вышеперечисленным определениям физический смысл показателя преломления можно представить так: он показывает, во сколько волны в одном веществе распространяются быстрее, чем в другом.

Читайте также: Сравнительная таблица светодиодных ламп и ламп накаливания.

Абсолютный показатель преломления

Эта величина показывает оптическую плотность сферы (то есть способность замедлять движение излучения). Она определяется относительно эталонной среды, то есть вакуума. Это связано с тем, что скорость света в вакууме эта универсальная единица. Величину оптической плотности (n) можно описать формулой:

n = C/v,

где: С – скорость света в вакууме;

v – скорость в другом веществе.

Среда Коэффициент изменения движения

Стекло

2

Воздух

1,00029

Вода

1,33

Лед

1,3

Глицерин

1,5

Из таблицы видно, что в воде движение замедляется в 1,33 раза по сравнению с вакуумом. Обычно это среднее значение, при расчете не учитывается температура, плотность и пр.

absolyutnyj-pokazatel-prelomleniya-150x150.jpg

Относительный показатель преломления

показывает отношение абсолютных величин преломления второй сферы к первой. Если абсолютные величины равны, это будет означать, что луч при переходе из одной среды в другую не изменит своей скорости. Эта зависимость представлена формулой:

n = n2/n1,

где n1 = первое вещество;

n2 второе.

Читайте также: Что такое цветовая температура: холодный или теплый свет, индекс в Кельвинах.

Особенности закона

Наблюдения и многочисленные эмпирические исследования показывают, что у эффекта изменения скорости и траектории потока есть обратный принцип. То есть, если перевернуть лучи падающий и искаженный, спектры и направление не изменятся. Как бы мы не меняли потоки местами, направление их волн не изменится.

Применение на практике

В повседневной жизни искажение траектории света применяется повсеместно. Применение закона преломления света реализовано в производстве всевозможных линз: для телескопов, микроскопов, автомобильных фар. Любая оптика для улучшения зрения: очки, контактные линзы. Одни приборы концентрируют лучи, другие наоборот рассеивают, чтобы свет не ослеплял.

Даже наше зрение, устроено так, что волны света попадают на хрусталик, где меняется их траектория, обрабатываются и передаются на сетчатку.

Рекомендуем посмотреть видео на тему “Галилео — преломление света”.

В заключение

То, что мы привыкли наблюдать в повседневной жизни, было бы невозможно увидеть без трансформации светового поля. Теперь вы знаете, что у этого явления есть свои принципы и физические закономерности, которые описаны четкими формулами.

Делитесь в комментариях и социальных сетях, где еще применяется эффект искажения лучей в быту.

Содержание

Процессы, которые связаны со светом, являются важной составляющей физики и окружают нас в нашей обыденной жизни повсеместно. Самые важные в данной ситуации являются законы отражения и преломления света, на которых зиждется современная оптика. Преломление света является важной составляющей частью современной науки.

distortion-effect-650x376.jpg

Эффект искажения

Эта статья расскажет вам, что собой представляет явление преломления света, а также как выглядит закон преломления и что из него вытекает.

Основы физического явления

The-distortion-in-water-650x366.jpg

Эффект искажения в воде

Смотря на вещи, находящиеся в воде, они кажутся искаженными. Особенно это сильно заметно на границе между воздухом и водой. Визуально кажется, что подводные предметы слегка отклонены. В описываемом физическом явлении как раз и кроется причина того, что в воде все объекты кажутся искаженными. При попадании лучей на стекло, данный эффект менее заметен.Преломление света представляет собой физическое явление, которое характеризуется изменением направления движения солнечного луча в момент перемещения из одной среды (структуры) в другую. Для улучшения понимания данного процесса, рассмотрим пример попадания луча из воздуха в воду (аналогично для стекла). При проведении перпендикуляра вдоль границы раздела можно измерить угол преломления и возвращения светового луча. Данный показатель (угол преломления) будет изменяться при проникновении потока в воду (внутрь стекла). Обратите внимание! Под данным параметром понимается угол, который образует перпендикуляр, проведенный к разделу двух веществ при проникновении луча из первой структуры во вторую.

Прохождение луча

  • n – постоянная величина, которая описана для каждого конкретного вещества (воздуха, стекла, воды и т.д.). Поэтому, какова будет данная величина можно определить по специальным таблицам;
  • α – угол падения;
  • γ – угол преломления.

Для определения этого физического явления и был создан закон преломления.

Физический закон

Закон преломления световых потоков позволяет определить характеристики прозрачных веществ. Сам закон состоит из двух положений:

  • первая часть. Луч (падающий, измененный) и перпендикуляр, который был восстановлен в точке падения на границе, например, воздуха и воды (стекла и т.д.), будут располагаться в одной плоскости;
  • вторая часть. Показатель соотношения синуса угла падения к синусу этого же угла, образовавшегося при переходе границы, будет величиной постоянной.

Описание закона

При этом в момент выхода луча из второй структуры в первую (например, при прохождении светового потока из воздуха, через стекло и обратно в воздух), также будет возникать эффект искажения.

Важный параметр для разных объектов

Основной показатель в данной ситуации — это соотношение синуса угла падения к аналогичному параметру, но для искажения. Как следует из закона, описанного выше, данный показатель являет собой постоянную величину. При этом при изменении значения наклона падения, такая же ситуация будет характерна и для аналогичного показателя. Данный параметр имеет большое значение, поскольку является неотъемлемой характеристикой прозрачных веществ.

Показатели для разных объектов

Явление преломления света было известно еще Аристотелю. Птолемей сделал попытку установить закон количественно, измеряя углы падения и преломления света. Однако ученый сделал неверный вывод о том, что угол преломления пропорционален углу падения. После него было сделано еще несколько попыток установления закона,успешнойстала попытка голландского ученого Снеллиуса в 17 веке.

Закон преломления света является одним из четырех основных законов оптики, которые были эмпирически открыты еще до установления природы света. Это законы:

  1. прямолинейного распространения света;
  2. независимости пучков света;
  3. отражения света от зеркальной поверхности;
  4. преломление света на границе двух прозрачных веществ.

Все данные законы ограничены в применении и являются приближенными. Выяснение границ и условий применимости этих законов имеет большое значение в установлении природы света.

Формулировка закона

pic5000.jpg

Падающий луч света, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела двух прозрачных сред лежат в одной плоскости (рис.1). При этом угол падения (quicklatex.com-02d27772bcf20db8d22b05191676ca66_l3.png) и угол преломления (quicklatex.com-f91b263341b984c8c47dafc86230e21e_l3.png) связаны соотношением:

quicklatex.com-363cab96caa59b5950bd4ccd5817ac62_l3.png

где quicklatex.com-b05a7d84f302544deaf3b6ca71f97565_l3.png — постоянная величина, не зависящая от углов quicklatex.com-819afe943bda638347cd0a1e62ee79fb_l3.png, которая называется показателем преломления. Если быть более точным, то в выражении (1) используют относительный показатель преломления вещества, в котором распространяется преломленный свет, относительно среды, в которой распространялась падающая волна света:

quicklatex.com-d9332aa4a9b5a15c1ac9daaa136031c0_l3.png

где quicklatex.com-418d5edbc68d1b2b8c94e1165e5e9f6f_l3.png — абсолютный показатель преломления второй среды, quicklatex.com-73433150f8bc768621050cc9339cb5d1_l3.png — абсолютный показатель преломления первого вещества; quicklatex.com-cef01810d9327bb8a89af3f977704180_l3.png — фазовая скорость распространения света в первой среде; quicklatex.com-7ff1c89e97ce5e93dad4df047161dca8_l3.png — фазовая скорость распространения света вовтором веществе. В том случае, если quicklatex.com-ecb75bd34270b4ac59fe31afa46f9388_l3.png1″ title=»Rendered by QuickLaTeX.com» />, то вторая среда считается оптически более плотной, чем первая.

Учитывая выражение (2) закон преломления иногда записывают как:

quicklatex.com-37817055b4fff345823959748a2999d3_l3.png

Из симметрии выражения (3) следует обратимость лучей света. Если обратить преломленный луч (рис.1), и заставить его падать на границу раздела под углом quicklatex.com-f91b263341b984c8c47dafc86230e21e_l3.png, то в среде (1) он будет идти в обратном направлении вдоль падающего луча.

В том случае, если световая волна распространяется из вещества с большим показателем преломления в среде с меньшим показателем преломления, то угол преломления будет больше, чем угол падения.

При увеличении угла падения увеличивается и угол преломления. Это происходит до тех пор, пока при некотором угле падения, который называют предельным (quicklatex.com-3d231dddde43e889fe9c719b013009da_l3.png), угол преломления не станет равен 900. Если угол падения больше предельного угла (quicklatex.com-9ab7b84dc817aa62186fb8b9360981e4_l3.png), то весь падающий свет отражается от границы раздела.Для предельного угла падения выражение (1) трансформируется в формулу:

quicklatex.com-3cabe7f747077fb56ff719934f6f40c1_l3.png

где уравнение (4) удовлетворяет величинам угла quicklatex.com-3d231dddde43e889fe9c719b013009da_l3.png при quicklatex.com-4e634f963b29b2599aa64b6460ff3d37_l3.png Это означает, что явление полного отражения возможно при попадании света из вещества оптически более плотного в вещество оптически менее плотное.

Условия применимости закона преломления

Закон преломления света называют законом Снеллиуса. Он выполняется для монохроматического света, длина волны которого много больше, чем межмолекулярные расстояния среды, в которой он распространяется.

Закон преломления нарушается, если размер поверхности, которая разделяет две среды, мал и возникает явление дифракции. Кроме этого закон Снеллиуса не выполняется, если проявляются нелинейные явления, которые могут возникать при больших интенсивностях света.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Решение Основой для решения задачи служит закон Снеллиуса, который запишем в виде:

quicklatex.com-e75c0493a9dfa6585945b5ba2cc9cd80_l3.png

Выразим из формулы (1.1) искомую величину (quicklatex.com-1008367c9b21df00bf85bf80c5a3e8ba_l3.png), получим:

quicklatex.com-82cadc8245e8fe3574fca86c6e042ebe_l3.png

Проведем вычисления:

quicklatex.com-7402b1ca5aa92a118e398094a2f521ab_l3.png

Ответ quicklatex.com-cde62ee8875cc052bde730cc7ccb158e_l3.png

ПРИМЕР 2

Задание Между двумя прозрачными пластинками с показателями преломления quicklatex.com-73433150f8bc768621050cc9339cb5d1_l3.png и quicklatex.com-418d5edbc68d1b2b8c94e1165e5e9f6f_l3.png находится слой прозрачного вещества с показателем преломления quicklatex.com-1008367c9b21df00bf85bf80c5a3e8ba_l3.png (рис.2). Луч света падает на границу раздела первая пластинка — вещество под углом quicklatex.com-8f1de047d67c981e5f0dd7fc2c709ed6_l3.png (quicklatex.com-8f1de047d67c981e5f0dd7fc2c709ed6_l3.png меньше предельного). Переходя из слоя вещества во вторую пластинку, он падает на нее под углом quicklatex.com-1c952e8adba930a2b0fca3d346a161c8_l3.png. Покажите, что луч преломляется в такой системе, как будто прослойки между пластинами не существует. pic5001.jpg
Решение По закону преломления для перехода первая пластинка — вещество (2) между пластинками (переход между веществами 1-2):

quicklatex.com-fec0327f6a528ef322411aec675339e3_l3.png

По закону Снеллиуса для перехода между веществом и второй пластинкой (переход 2-3):

quicklatex.com-af2ae61a97d56b6c56999ea3c18a1d72_l3.png

Из рис.1 очевидно, что углы quicklatex.com-5547a4b6631fa334782e7e0530152933_l3.pngи quicklatex.com-1c952e8adba930a2b0fca3d346a161c8_l3.png равны, следовательно, выражение (2.2) можно представить как:

quicklatex.com-efbd2e5fa0b401ac51719f9d95989f46_l3.png

и подставить в формулу (2.1), получим:

quicklatex.com-30e981c6112529fc8e6cfda0206f5891_l3.png

Ответ Закон преломления в указанной системе можно записать как: quicklatex.com-baa5506f0d831259e94341dde996e5f2_l3.png и это говорит о том, что вещество прослойки не оказывает влияния на результат прохождения лучей.

Используемые источники:

  • https://light-fizika.ru/index.php/11-klass
  • https://lampasveta.com/teoriya/zakon-prelomleniya-sveta
  • https://1posvetu.ru/montazh-i-nastrojka/osobennosti-prelomleniya-sveta.html
  • http://ru.solverbook.com/spravochnik/zakony-fiziki/zakon-prelomleniya-sveta/