Тема. Отражение и преломление света

Тема. Отражение и преломление света

План

1. Отражение. Законы отражения.

2. Преломление. Законы преломления.

 

Отражение света.

Кроме источников света, мы видим и тела, которые источниками света не являются. Происходит это потому, что свет отражается от поверхности тела и человеческий глаз реагирует именно на этот отражённый свет. Закон отражения света, так же как и закон распространения света, был известен ещё Евклиду и Архимеду, а во II в. Клавдий Птолемей проверил его экспериментально.

Хорошо всем знакомое зеркало обладает замечательной отражательной способностью. При помощи зеркала в солнечный день можно пускать солнечные зайчики — световые пятна на стенах, потолке и т. п. Это явление объясняется тем, что попадающие на зеркальную поверхность световые лучи отражаются от неё и меняют своё направление.

Явление, при котором световой луч, дойдя до границы раздела двух сред, изменяет направление своего распространения, называется отражением.

Отражение света можно исследовать с помощью специального прибора, называемого оптическим диском. Он представляет собой установленный на подставке диск с круговой шкалой. Диск снабжён передвижным источником света (маленькой лампочкой). Этот источник света, дающий узкий пучок света, можно передвигать по краю диска. В центре диска закреплена зеркальная пластина. Если на эту пластину направить световой луч, то луч отразится от зеркала и на поверхности диска появится отражённый луч. Изменяя положение источника света, можно наблюдать, как изменяется и направление световых лучей.

Изобразим поверхность раздела двух сред (воздух — зеркало) в виде прямой MN. На неё из точки S падает пучок света. Его направление задано лучом SO, который называют падающим лучом. Луч ОВ— отражённый луч. Из точки падения луча О проведём перпендикуляр ОС к поверхности MN. Угол между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения луча называют углом падения (угол α). Угол между отражённым лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения луча называют углом отражения (угол β).

Виды отражения: зеркальное и рассеянное отражение света

Если пучок параллельных световых лучей падает на гладкую плоскую поверхность, то отражённые лучи будут также параллельны друг другу. Такое отражение называют зеркальным.  Зеркальное отражение, получается от гладкой металлической поверхности. Причем, отражение является зеркальным, если размеры шероховатостей поверхности во много раз меньше длины световой волны.

В действительности абсолютно гладких поверхностей не существует, поэтому говорить о том, гладкая поверхность или нет, можно только с некоторой степенью приближения.

Если пучок параллельных лучей падает на шероховатую поверхность, то отражённые лучи уже не будут параллельными. Шероховатая поверхность обычно представляет собой маленькие плоские участки, которые расположены под разными углами друг к другу. Именно поэтому отражённые световые лучи будут направлены в разные стороны. Такое отражение света называют рассеянным или диффузным. Причем, отражение является диффузным, если размеры шероховатостей поверхности во много раз больше длины световой волны.

Законы отражения света

Закон

Луч падающий,  луч отражённый  и перпендикуляр,  восстановленный в точку падения луча,  лежат в одной плоскости;

Закон

Угол падения равен углу отражения: ∠α = ∠β (смотри рисунок выше)

 

Закон отражения света упоминается в знаменитом труде Евклида «Начала» наряду с основами геометрии, которая сегодня носит название «евклидова геометрия».

Обратимость световых лучей

Из закона отражения света следует свойство световых лучей, которое называют обратимостью световых лучей.

Преломление света.

Вы уже знаете, что свет, падая на границу раздела двух сред, частично отражается от неё. Если среда прозрачна, то часть света может пройти сквозь неё. В этом случае наблюдается явление преломления света.

Закон преломления

Закон преломления света в отличие от законов прямолинейного распространения света и закона отражения света стал известен человечеству гораздо позднее. Его пытались открыть сначала греческие, а позже арабские учёные. Автором закона преломления считается голландец Снеллиус, экспериментально открывший его в 1621 г. Сам учёный свой труд не опубликовал, о чём известно из сочинений Рене Декарта, независимо от него сформулировавшего тот же закон в 1637 г.

Проведём опыт, используя оптический диск, в центре которого установлена стеклянная пластина. В отличие от опыта с зеркальной пластиной теперь световой луч не отразится на границе раздела двух сред (воздух — стекло). Луч проникает внутрь стекла и меняет направление своего распространения.

В этом опыте также можно проверить выполнение закона обратимости световых лучей. Если передвинуть осветитель по краю оптического диска и пустить световой луч в направлении луча DO, то после преломления света мы получим световой луч, совпадающий с лучом ОС.

Обозначим линию раздела двух сред (воздух — вода) MN. Пусть на эту поверхность из точки S падает пучок света. Его направление задано лучом SO. Луч SO — падающий луч. При попадании светового луча на границу раздела двух сред наблюдается его преломление. Луч О В называют преломлённым лучом. Из точки падения луча О проведём перпендикуляр ОС к поверхности раздела двух сред. Угол между падающим лучом и перпендикуляром к поверхности раздела двух сред в точке падения луча называют углом падения (угол α).

Угол между преломлённым лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения луча называют углом преломления (угол γ).

Из опыта с оптическим диском можно сделать следующие выводы:

· чем больше угол падения, тем больше угол преломления;

· при переходе луча света из воздуха в стекло угол преломления меньше угла падения;

· при переходе луча света из стекла в воздух угол преломления больше угла падения.

 

Оптическая плотность среды

Различие углов падения и преломления обусловлено тем, что скорость распространения света в различных средах различна.

Говорят, что чем больше скорость распространения света в среде, тем меньше её оптическая плотность. Стекло и воздух имеют разную оптическую плотность, т. е. скорость распространения света в стекле меньше, чем в воздухе. Поэтому оптическая плотность стекла больше, чем оптическая плотность воздуха. Оптическая плотность воды также больше оптической плотности воздуха.

 

Законы преломления света

Только в середине XVII веке  стало понятно, что преломление света на границе двух сред объясняется различием их оптических плотностей.

Закон

 Луч падающий, преломлённый и перпендикуляр,  восстановленный в точку падения луча, лежат в одной плоскости.

Закон

 Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная, равная относительному показателю преломления второй среды относительно первой.

Таким образом, для любой пары веществ с различной оптической плотностью можно

записать:

 

где n — относительный показатель преломления для двух данных сред.

 

Когда мы пытаемся на глаз оценить глубину водоёма или сосуда с водой, необходимо учитывать, что из-за преломления света глубина кажется нам меньше, чем на самом деле. Это явление легко проверяется на опыте. Наблюдатель размещает сосуд (чашку) с лежащим на его дне предметом (монеткой) таким образом, чтобы края сосуда не позволяли увидеть ни дна, ни этот предмет. Затем, не меняя направление взгляда, в сосуд начинают наливать воду, и через некоторое время предмет становится видимым.

Если луч переходит из воздуха в воду, то относительный показатель преломления этих сред равен 1,33. Относительный показатель преломления для воздуха и некоторых сортов стекла составляет приблизительно 1,5.

Если луч света переходит из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную, то угол преломления меньше угла падения: α > γ. То по закону преломления следует   n

Если луч света переходит из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную, то угол преломления больше угла падения: α < γ. То по закону преломления следует

 

Домашнее задание:

1. Переписать конспект в тетрадь

2. Изучить материал

3. Выполнить тестовое задание, отправить мне в VK или на электронную почту

Email: [e-mail]                                    Срок до 11.04.2020

 

Тестовое задание

  Отражение и преломление

1. Отражение света – это...

2. Виды отражения:

1.

2.

3. Выберите правильную формулировку закона отражения:

а) угол падения больше угла отражения;

б) угол падения равен углу отражения;

в) угол падения меньше угла отражения;

г) угол падения в 2 раза больше угла отражения.

Тема. Отражение и преломление света

План

1. Отражение. Законы отражения.

2. Преломление. Законы преломления.

 

Отражение света.

Кроме источников света, мы видим и тела, которые источниками света не являются. Происходит это потому, что свет отражается от поверхности тела и человеческий глаз реагирует именно на этот отражённый свет. Закон отражения света, так же как и закон распространения света, был известен ещё Евклиду и Архимеду, а во II в. Клавдий Птолемей проверил его экспериментально.

Хорошо всем знакомое зеркало обладает замечательной отражательной способностью. При помощи зеркала в солнечный день можно пускать солнечные зайчики — световые пятна на стенах, потолке и т. п. Это явление объясняется тем, что попадающие на зеркальную поверхность световые лучи отражаются от неё и меняют своё направление.