Физические основы преломления света

Свет представляет собой электромагнитную волну. В пользу этого говорит конечность скорости распространения света - 300000 км/с, которая была практически измерена в опытах Рёмера, Физо и других ученых. Доказать волновую природу света можно и с помощью явлений дифракции и интерференции, более подробное знакомство с этими явлениями будет осуществляться в старших классах. В общем виде с этим явлением можно познакомится просмотрев видеофрагмент1 или видеофрагмент2.

Мы же рассмотрим закон преломления света с использованием понятий о волновой природе света. При переходе светового луча из одной среды в другую наблюдается его преломление, то есть отклонение от прямолинейного распространения луча.

На рисунке  нанесены основные понятия : AB - граница раздела сред: воздух - стекло CD  - перпендикуляр к границе раздела сред, восстановленный в точке падения α - угол падения. Углом падения называется угол между упавшим лучом и перпендикуляром, восстановленным в точке падения. β - угол преломления. Углом преломления называется угол между лучом преломившимся и перпендикуляром, восстановленным в точке падения

Скорость света в вакууме - 3•10⁸ м/с. Это максимальная скорость распространения света, в других прозрачных средах скорость света меньше, например в стекле скорость света приблизительно 1,8•10⁸ м/с, в воде - 2,25•10⁸ м/с, алмазе -1,2•10⁸ м/с. Именно из-за изменения скорости распространения света и происходит преломление.

На поверхность раздела сред воздух - стекло падает луч света под углом α к перпендикуляру в точке падения. Сторона луча AO достигает границы раздела раньше и начинает распространяться в стекле из точки O.Через промежуток времени

, где с - скорость света в вакууме. За это же время левый край луча распространится в стекле на расстояние |OC|=v•Δ t, где v - скорость света в стекле. Поскольку скорость света в стекле меньше скорости света в вакууме, то и lOCl<lO'C'l. Причет отношение этих расстояний равно отношению скоростей в вакууме (c) и стекле (v):

Отношение скорости света в первой среде к скорости света во второй среде называется относительным показатель преломления (n₁₂).

Отношение скорости света в вакууме к скорости света в другой прозрачной среде называется абсолютным показателем преломления (n).

Луч упавший, луч преломившийся и перпендикуляр, восстановленный в точке падения лежат в одной плоскости и отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред и равная показателю преломления для этих сред.

Если луч света переходит из воздуха в другую прозрачную среду в формуле используется абсолютный показатель преломления, так как скорость света в воздухе незначительно отличается от скорости света в вакууме.

Абсолютный показатель преломления среды можно узнать из таблиц.

<- Назад

Вперед ->