Опыт 5.
«Преломление света»
Преломлением света называют изменение направления луча на границе раздела двух сред, при котором свет переходит из первой среды во вторую среду. Например, на рисунке 1 приведены примеры преломления светового луча на границах воздуха и воды, воздуха и стекла, воды и стекла. Из сравнения примеров следует, что пара сред «воздух-стекло» преломляет свет сильнее, чем пара сред «воздух-вода». Из сравнения правых чертежей видно, что при переходе из воздуха в стекло свет преломляется сильнее, чем при переходе из воды в стекло.
Рис.1.
Угол падения луча – это угол меду падающим лучем и перпендикуляром к поверхности, восстановленным в точке падения. Угол отражения – это угол между преломленным лучем и перпендикуляром к поверхности, восстановленным в точке преломления. Причиной преломления света на границах двух сред является разность скоростей света в различных средах. Если луч света идет из среды с меньшей оптической плотностью ( в ней скорость распространения света больше) в среду с большей оптической плотностью ( в ней скорость распространения свет меньше), например при переходе луча из воздуха в воду ( рис. 2а), то угол преломления γ меньше угла падения α и наоборот ( рис.2б).
Рис. 2.
Законы преломления света. Чтобы рассмотреть этот закон, введём определения. Угол между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред назовём углом падения (a). Аналогично, угол между преломлённым лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред луча назовём углом преломления (g).
При преломлении света всегда выполняются закономерности, составляющие законы преломления света:
1. Лучи падающий, преломлённый и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча на границу раздела двух сред лежат в одной плоскости.
2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления – постоянная величина, не зависящая от углов n – относительный показатель преломления.
Принцип обратимости световых лучей. При отражении или преломлении света падающий и отражённый лучи всегда можно поменять местами. Это означает, что ход лучей не изменится, если изменить их направления на противоположные.
Опыт 1. Преломление света.
Укрепим на магнитной доске лазерный источник света и стеклянный полуцилиндр ( рис.3). Включим источник света и направим лазерный луч на полуциндр. При падении луча света на границу двух сред воздух – стекло преломится. Угол падения равен 75о, угол преломления равен 40о. Угол преломления будет меньше угла падения.
Рис.3. .
Проблема. Почему угол преломления меньше угла падения ?
Ответ. Это происходит потому, что скорость света в воздухе больше чем скорость света в стекле.
Проблема. Если при входе в стеклянный полуцилиндр луч света преломляется, то при выходе из полуцилиндра он не преломляется. Почему ?
Ответ. Это происходит потому, что при выходе из полуцилиндра луч света падает перпендикулярно к поверхности, а такие лучи не преломляются.
Опыт 2. Плоскопараллельная пластинка.
Укрепим на магнитной доске лазерный источник света и стеклянную плоскопараллельную пластинку ( рис.4).
Включим источник света и направим лазерный луч на плоскопараллельную пластинку.
При падении луча света на границу двух сред воздух – стекло луч преломится. Затем он доходит до границы стекло-воздух. В данном случае луч света идет из стекла в воздух, поэтому угол преломления будет больше угла падения, так как скорость света в воздухе будет больше чем в стекле.
Рис.4.
Проблема. Почему выходящий луч параллелен входящему лучу ?
Ответ. Это происходит вследствие принципа обратимости световых лучей. В выходящий луч будет параллелен входящему.
Опыт 3. Призма.
Укрепим на магнитной доске лазерный источник света и стеклянную призму ( рис.5).
Включим источник света и направим лазерный луч на левую боковую грань призмы. При падении луча света на границу двух сред воздух – стекло луч преломится. В данном случае луч света идет из воздуха в стекло, поэтому угол преломления будет меньше угла падения, так как скорость света в воздухе будет больше чем в стекле. Затем луч света падает на правую боковую грань призмы.
Рис.5.
В данном случае луч света идет из стекла в воздух, поэтому угол преломления будет больше угла падения, так как скорость света в воздухе будет больше чем в стекле.
Проблема. Почему луч света преломляется на гранях призмы ?
Ответ. Потому что луч света на гранях призмы переходит из среды с одной оптической плотности в другую.