Закон отражения и преломления.
Тема 4.4. Волновая оптика
Содержание учебного материала: Электромагнитная природа света. Скорость света. Зависимость между длиной волны и частотой излучений. Принцип Гюйгенса. Закон отражения и преломления света. Физический смысл показателя преломления. Полное отражение света.
Падающий на предметы свет позволяет нам видеть их и ориентироваться в пространстве. Кроме того, мы знаем, что от солнечного света тела нагреваются. Получается, свет обладает энергией и переносит ее в пространстве. Но энергию могут переносить либо тела, либо волны. Поэтому изначально выдвигалось две гипотезы о природе света.
Свет-это:
-поток частиц (корпускул);
-волна.
Обе эти теории были выдвинуты в 17 в.. Сторонником первой был И. Ньютон. Он считал, что световые излучения состоят из потока мельчайших частиц-корпускул. Он создал КОРПУСКУЛЯРНУЮ ТЕОРИЮ света, с помощью которой объяснял многие оптические явления. Например, различные цвета излучения он объяснял различной формой составляющих его корпускул. Но с помощью этой теории нельзя было объяснить, почему световые пучки пересекаются и никак не действуют друг на друга.
Сторонником второй теории был голландский ученый Христиан Гюйгенс. Он считал, что свет – это волна, распространяющаяся в особой среде-эфире. И создал ВОЛНОВУЮ ТЕОРИЮ света. Волновая же теория никак не объясняла, откуда берется тень, корпускулярная же объясняла тем как следствие из закона инерции.
|
|
|
В 19 веке Максвелл заметил, что скорость распространения световой волны в вакууме равна скорости электромагнитной волны. Он вывел гипотезу об электромагнитной природе света, в дальнейшем она была подтверждена многими опытами. Была создана ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ТЕОРИЯ света.
Согласно этой теории световое излучение является электромагнитной волной. Но далеко не все электромагнитные волны являются световыми, а только те, что вызывают у человека зрительное ощущение.
К световому излучению относятся только волны частотой колебаний ν от 4*1014 до 7,5*1014 Гц. В этом интервале каждой частоте соответствует свой цвет излучения. Например, частоте 5,4*1014 Гц соответствует зеленый цвет. По частоте излучения всегда можно найти длину волны в вакууме.
Расчет показал, что световое излучение в вакууме имеет длины волн от 400нм - фиолетовый цвет, до 760нм-красный цвет. При переходе светового излучения от одной среды в другую его цвет сохраняется, так как сохраняется частота волны, а длина волны изменяется, потому что изменяется скорость распространения света.
|
|
|
В начале 20 века немецкий ученый Планк предположил, что свет излучается не в виде волн, а в виде определенных порций-квантов, которые в настоящее время называют фотонами. Распространение света можно объяснить с помощью волновой теории, а испускание и поглощение, объяснялось лишь с помощью представления о квантовом составе световых излучений. Эта новая теория получила название квантовой теории света.
Принцип Гюйгенса. Световые лучи.
Перемещение фронта волны в пространстве объясняется при помощи принципа Гюйгенса: все точки фронта волны являются вибраторами, от которых распространяются элементарные волны 1,2,3,4, огибающая всех этих элементарных волн дает новое положение фронта волн. 
Линия, вдоль которой распространяется фронт волны, называется лучом.
Скорость распространения света очень велика, свет затрачивает заметное время лишь при прохождении больших расстояний, так от Солнца до Земли свет идет около 8 минут. Скорость распространения света в вакууме является наибольшей возможной в природе и составляет с=3*108 м/с. В среде это значение другое и зависит от рода самой среды. Величину, характеризующую зависимость скорости распространения света от рода среды, называют оптической плотностью среды n
|
|
|
.
С- скорость света в вакууме
υ –скорость распространения света в среде.
Закон отражения и преломления.
В однородной среде свет распространяется прямолинейно, а на границе раздела двух сред изменяет свое положение, часть света возвращается в первую среду. Это явление называется отражением света. Одновременно свет проходит во вторую среду, меняя при этом направление своего распространения- преломляется (рисунок).
Когда на поверхность воды из воздуха падает пучок света, то можно заметить, что в точке падения, часть света отражается, в часть уходит в воду и при этом преломляется. Угол α-угол падения, β-угол отражения, γ-угол преломления.
Закон отражения:
1. Угол падения равен углу отражения. 
2.Луч, падающий и отраженный, всегда лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча.
На границе двух сред свет меняет направление своего распространения. Часть световой энергии возвращается в первую среду, т.е. происходит отражение света. Если вторая среда прозрачна, то свет частично может пройти через границу раздела двух сред
|
|
|
При переходе света из среды оптически менее плотной (воздух) в среду оптически более плотную (вода) скорость света уменьшается и преломленный луч прижимается к перпендикуляру (γ<α).
При переходе света из среды оптически более плотной(стекло) в среду оптически менее плотную (воздух) скорость света увеличивается и преломленный луч отходит от перпендикуляра (γ>α).
Закон преломления:
1.Луч, падающий и луч преломленный, лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным в точку падения луча к поверхности раздела двух сред.
2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред.
Показатель преломления равен отношению скоростей света в средах, на границе между которыми происходит преломление:
Поэтому, закон преломления можно записать так:
Если угол преломления меньше угла падения, то скорость света во второй среде меньше, чем в первой.
Полное отражение света.
Если направить луч света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, и увеличивая угол падения, можно получить такую ситуацию, когда угол преломления пройдет по границе раздела двух сред.
То есть явление, при котором световое излучение полностью отражается от поверхности раздела прозрачных сред, называется полным отражением света. При этом угол преломления света будет составлять 90 градусов.
Полное отражение света используется при устройстве светопроводящих волокон, свет направляют вдоль прозрачного волокна через один торец, а выходит через другой торец, многократно отражаясь от стенок волокна и следуя всем его изгибам.
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 91; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!