Для самостоятельного решения.
14.3. Эхо, вызванное ружейным выстрелом, дошло до стрелка через 4 с после выстрела. На каком расстоянии от стрелка произошло отражение звуковой волны, если скорость звука в воздухе равна 330 м/с? (660 м).
14.4. Волна распространяется вдоль резинового шнура со скоростью V = 4 м/с при частоте n = 5 Гц. Чему равно минимальное расстояние между точками шнура, которые одновременно проходят через положение равновесия, двигаясь при этом в одном направлении? (0,8 м).
14.5. Волна распространяется со скоростью 12 м/с и частотой 8 Гц. Чему равна разность фаз колебаний точек волны, отстоящих друг от друга на расстоянии 0,75 м? ( 
).
Контрольные вопросы.
14.1. Как объяснить распространение колебаний в упругой среде? Что такое волна?
14.2. Что называется длиной волны? Какова связь между длиной волны, скоростью и периодом?
14.3. Уравнение гармонической волны.
14.4. Что такое электромагнитная волна? Какова скорость ее распространения?
14.5. Каковы физические процессы, приводящие к возможности существования электромагнитных волн?
14.6. Свойства электромагнитных волн.
ГЛАВА 15: Геометрическая оптика.
Геометрическая оптика – это раздел физики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах и отражения света от зеркальных или полупрозрачных поверхностей. При этом используется модель светового луча, как линии, указывающей направление распространения световой энергии. Отсюда ясно, что одним из основных положений геометрической оптики есть положение о прямолинейном распространении света. Модель светового луча, как бесконечно тонкого пучка света, распространяющегося прямолинейно, составляет противоречие представлениями о волновой природе света, согласно которым отклонение от прямолинейного распространения будет тем больше, чем более узкий световой пучок мы пытаемся получить. Закон прямолинейного распространения света и законы преломления и отражения позволяют объяснить и описать многие физические явления, а также провести расчеты и конструирование различных оптических приборов.
|
|
|
Законы отражения света
1. Падающий и отраженный лучи и нормаль к отражающей поверхности, восстановленная в точке падения, лежат в одной плоскости.
2. Угол падения α равен углу отражения β, причем α – угол между падающим лучом и нормалью, β – угол между отраженным лучом и нормалью. Если падающие параллельные лучи после отражения от плоской поверхности остаются параллельными, то такое отражение называется зеркальным, а отражающая поверхность является плоским зеркалом.
| S |
| S' |
| O |
| h |
| h' |
| α |
| β |
| Рис. 50 |
Построим изображение предмета в плоском зеркале. Пусть точечный источник света S находится на расстоянии h от плоского зеркала (рис. 50) и пусть один из лучей падает перпендикулярно зеркалу. Тогда, отразившись, он распространяется по той же прямой SO. Пусть второй луч падает под некоторым углом α. Отразившись под углом β = α, он не сможет пересечь первый отраженный луч. Но продолжения этих лучей пересекутся в точке S '. Тогда S ' будет мнимым изображением точечного источника. Треугольник S ' AS – равнобедренный и ОА – его высота, следовательно, SO = S ' O и h = h '. Если наблюдатель видит отраженный зеркалом луч, то ему будет казаться, что источник находится в точке S '.
|
|
|
Законы преломления света.
1. Падающий и преломленный лучи и нормаль к границе раздела сред в точке падения лежат в одной плоскости.
2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно обратному отношению показателей преломления сред:
, (15.1)
где α – угол между падающим лучом и нормалью, β – угол между преломленным лучом и нормалью, n1 и n2 – показатели преломления двух сред, равные отношению скорости распространения света в вакууме к скорости распространения света в данной среде.
|
|
|
. (15.2)
Считается, что чем больше показатель преломления, тем среда оптически более плотная. Если луч идет из среды, оптически менее плотной в среду, оптически более плотную, то α > β (рис. 51). Если наоборот из оптически более плотной в менее плотную, то α < β (рис. 52).
При определенном значении угла падения α преломленный луч скользит вдоль границы раздела сред (рис. 53) и угол преломления β = 90°:
. (15.3)
При α > α0 луч полностью отражается от границы раздела сред. Это явление называют полным внутренним отражением, а угол α0 – предельным углом полного внутреннего отражения.
| n1 |
| n2 |
| n1 < n2 |
| α |
| β |
| Рис. 51 |
| n1 |
| n2 |
| α |
| β |
| n1 > n2 |
| Рис. 52 |
| n1 |
| n2 |
| α0 |
| β = 90° |
| n1 > n2 |
| Рис. 53 |
Примеры решения задач.
15.1. Для угла падения светового луча из вакуума на скипидар в 45° угол преломления равен 30°. С какой скоростью распространяется свет в скипидаре?
Закон преломления света (15.1): отношение синуса угла падения света к синусу угла преломления равно обратному отношению показателей преломления сред. В данном случае первая среда – вакуум, показатель преломления равен единице, поэтому
|
|
|
.
По определению (15.2) показатель преломления равен отношению скоростей света в соответствующих средах
,
здесь с – скорость света в вакууме, V – скорость света в скипидаре.
Приравнивая эти выражения, определяем V:
.
15.2. . Предельный угол полного внутреннего отражения на границе алмаза и жидкого азота равен 30°. Абсолютный показатель преломления алмаза равен 2,4. Во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в жидком азоте?
По определению показателя преломления (15.2) для азота он будет равен отношению скорости света в вакууме к скорости света в жидком азоте
.
По закону преломления света (15.1) в случае предельного угла падения
.
Следовательно
раза.
Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 90; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!