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 75^о, угол преломления равен 40^о.  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.