Законы отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение.

Отражением света называют изменение направления световых лучей при падении на границу раздела двух сред, в результате чего свет распространяется обратно в первую среду.

Угол падения - угол a между направлением падающего луча и перпендикуляром к границе раздела двух сред, восстановленным в точке падения.

Угол отражения - угол β между этим перпендикуляром и направлением отраженного луча.

Законы отражения света:

1. Луч падающий, перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения и луч отраженный лежат в одной плоскости.

2. Угол отражения равен углу падения.

 

Преломлением света называют изменение направления световых лучей при переходе света из одной прозрачной среды в другую.

 

Угол преломления - угол b между тем же перпендикуляром и направлением преломленного луча.

 

 

Скорость света в вакууме с = 3*10⁸ м/с

Скорость света в среде V< c

Абсолютный показатель преломления среды показывает, во сколько раз скорость света v в дан­ной среде меньше, чем скорость света с в вакууме.

Абсолютный показатель преломления для вакуума равен 1

Скорость света в воздухе очень мало отличается от значения с, поэтому

Абсолютный показатель преломления для воздуха будем считать равным 1

Относительный показатель преломления показы­вает, во сколько раз изменяется скорость света при переходе луча из первой среды во вторую.

Законы преломления света:

 

1. Луч падающий, перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения и преломленный луч лежат в одной плоскости.

2. Отношение синуса угла падения a к синусу угла преломления b есть величина постоянная для данной пары сред:

где V₁ и V₂ – скорости распространения света в первой и второй среде.

С учетом показателя преломления закон преломления света можно записать в виде

или

 

 

где n₂₁ – относительный показатель преломления второй среды относительно первой;

n₂ и n₁ – абсолютные показатели преломления второй и первой среды соответственно

 

 

Полное внутреннее отражение

Если световые лучи из оптически более плот­ной среды 1 падают на границу раздела с оптиче­ски менее плотной сре­дой 2 (n₁ > n₂), то угол паде­ния меньше угла преломления a < b. При увели­чении угла падения можно подойти к такому его значению a_пр, когда преломленный луч заскользит по границе раздела двух сред и не попадет во вторую среду,

 

 

 

Угол преломления b = 90°, при этом вся световая энергия отражается от границы раздела.

Предельным углом полного внутреннего отражения a_пр называется угол, при котором преломленный луч скользит вдоль поверхности двух сред,

При переходе из среды опти­чески менее плотной в среду бо­лее плотную полное внутреннее отражение невозможно.

Интерференция света. Дифракция света. Дифракционная решетка.

Интерференция света

Интерференцией волн называется явление увеличения или уменьшения амплитуды результирующей волны при сложении волн с одинаковой частотой колебаний и постоянной во времени разностью фаз.

 

В точках, где амплитуда колебаний увеличивается, наблюдается интерференционный максимум

 

 

 

В точках, где амплитуда колебаний

уменьшается, наблюдается

интерференционный минимум

 

Волны и возбуждающие их источники называются когерентными, если разность фаз волн не зависит от времени, и волны имеют одинаковую длину волны. Результат наложения когерентных световых волн, наблюдаемый на экране, фотопластинке и т.д., называется интерференционной картинкой. Устойчивую интерференционную картину дают только когерентные волны.

Волны от естественных источников не бывают когерентными, поэтому для наблюдения интерференции света искусственно создают разность хода световых волн, разделяя свет

от одного источника на два пучка, которые проходят разные пути r₁ и r₂, а затем эти пучки сводятся вместе на экране.

 

l - длина волны,

Dr= r₂ –r₁ – геометрическая разность хода двух

волн

Δφ – разность фаз волн

 

Δφ=2π Dr/l

 

 

Геометрической разностью хода называется разница расстояний, пройденных волнами от разных источников до точки, где наблюдается их интерференция

 

 

Условие интерференционных максимумов (усиление света)

Для разности фаз

Δφ= 2πk- разность фаз кратна 2π

 

Для разности хода

Dr = kl или

Dr = 2k , k-любое целое число ( k =0,1,2,3, …),

Разность хода равна четному числу полуволн

 

Условие интерференционных минимумов (ослабление света):

Для разности фаз

Δφ= π(2k+1)

Для разности хода

Dr = (2k + 1) ,

где k – целое число ( k =0,1,2,3, …),

Разность хода равна нечетному числу полуволн

 

Дифракцией света называется отклонение направления распространения волн от прямолинейного у границы преграды.

Наиболее наглядно дифракция света проявляется при прохождении света через отверстия с размерами порядка длины волн оптического диапазона. Явление дифракции легко наблюдать на дифракционной решетке.

 

Простейшей дифракционной решеткой является система из N одинаковых параллельных щелей в плоском непрозрачном экране ширины b каждая, расположенных на равных непрозрачных промежутках a друг от друга. Величина d = b + a называется постоянной (периодом) дифракционной решетки.