Transcript 4. Закони відбивання і заломлення світла.

Закони
відбивання та заломлення світла
Історична довідка

Питання про природу світла та закони його
поширення цікавили грецьких філософів ще
до нашої ери.Так, у трактатах Евкліда
„Оптика” і „Катоприка” (3 ст. до н. е. ) на
основі уявлень про світло як промені, що
виходять з ока, сформульовано закони
прямолінійного поширення світла та рівності
кутів падіння та відбивання.

Протилежну думку про природу світла
висловив Лукрецій (бл. 96 – 55 до н. е. ) у
поемі „Про природу речей” . Він вважав, що
світло випускається світними тілами у
вигляді досить малих зліпків.

Клавдій Птолемей (2 ст. до н. е.) встановив,
що для малих кутів падіння відношення кута
падіння до кута заломлення є величина
стала. Але сформулювати закон заломлення
світла вони так і не змогли.
На початку 17 ст. було винайдено мікроскоп і зорову трубу, які широко
застосовуються і зараз.
Для вдосконалення цих приладів треба було знати не тільки закони
відбивання, а й заломлення світла.

У 1621 р. В. Снелліус (1580 1626) встановив кількісно
закон заломлення світла, що
проходить плоску межу двох
середовищ.

А Рене Декарт (1596 – 1650 )
математично записав цей
закон у вигляді відношення
синусів кутів падіння і
заломлення.
Розрізнені відомості про природу світла було систематизовано,
на основі чого створено теорію про корпускулярну природу
світла, основоположником якої є Ісаак Ньютон.
Саме в той час перед фізиками постав ряд питань:
 що являє собою світло;
 що саме поширюється по прямій лінії, відбивається,
заломлюється;
 що надає тілам колір, несе із собою тепло;
 що утворює, пройшовши через лінзу, зображення;
 що діє на сітківку ока?
Р. Декарт при виведенні законів відбивання і заломлення ввжав, що світло
являє собою потік частинок.
Р.Гук (1635-1703) вважав, що світло - це процес поширення імпульсів
деформацій стиску раптово або з досить великою швидкістю.
Й.Марці і Ф.Грімальді також вважали, що світло являє собою процес
поширення хвиль із великою швидкістю.
Внесок Гюйгенса у розвиток
хвильової теорії світла
Христиан Гюйгенс брав участь у сучасних
йому диспутах про природу світла.
У 1678 р. він випустив «Трактат про
світло» — нарис хвильової теорії світла.
Інший твір він видав у 1690 р.; там він
виклав якісну теорію відбиття, заломлення і
подвійного променезаломлення в
ісландському шпаті у тому самому вигляді, як
викладається нині у підручниках фізики.
Він сформулював так званий принцип
Гюйгенса, що дозволяє досліджувати рух
хвильового фронту.
Розвинутий далі Френелем цей принцип
зіграв значну роль у хвильовій теорії світла і
теорії дифракції.
Закони відбивання світла
Падаючий
і перпендикуляр
Перший промінь
закон відбивання
до
межі розділу двох середовищ,
світла:
поставлений у точці падіння, лежить
вПромені
одній площині,
а кут падіння
α
падаючий
і відбитий
дорівнює
відбивання
β (Рис.1).
лежать куту
в одній
площині
з
перпендикуляром до
Кут
між напрямом
падаючого
відбиваючої
поверхні,
променя і нормаллю NN1 до межі
проведеним з точки падіння
поділу називають кутом падіння α,
кут між відбитим променем і
Пучок світла
межівідбивання
між
нормаллю
NN1 –на
кутом
β.
Рис.1
повітрям і водою одночасно
відбивається і заломлюється.
Закони відбивання світла
Другий закон відбивання
світла:
Кут відбивання дорівнює
куту падіння.
Закони заломлення світла
При переході світлових
променів з одного прозорого
середовища в інше напрями
променів змінюються (світло
заломлюється).
Перший закон заломлення
світла:
Заломлений промінь лежить
у тій самій площині, в якій
лежать падаючий промінь і
перпендикуляр, поставлений
у точці падіння променя до
межі поділу двох середовищ
При всіх змінах кутів падіння і заломлення відношення синуса кута
падіння до синуса кута заломлення для даних двох середовищ є
величина стала, яка називається показником заломлення другого
середовища відносно першого.
sin 
Показники переломлення різних
середовищ
Повітря ( при звичайних умовах)
1,0002926
Вода 1,332986
Гліцерин 1,4729
Бензол 1,500
де
n – величина,
яка залежить від
Органічне
скло 1,51
властивостей
середовищ, на межі
Фіаніт (CZ) 2,15–2,18
поділу
відбувається заломлення
Кремнійяких
4,010
світла,
називається показником
Алмаз і 2,419
заломлення
Кварц 1,544другого середовища
відносно
першого.
Кіновар 3,02
Топаз 1,63
Лід 1,31
Масло маслинове 1,46
Цукор 1,56
Спирт етиловий 1,36
sin 
 n,
Оскільки
першимсередовищем
середовищем звичайно
буває
Якщо першим
є вакуум,
то
повітря, то прийнято визначати показник
показник заломлення називають
заломлення даної речовини відносно повітря.
абсолютним.
Цей
відносний
показникзаломлення
заломлення мало
Абсолютні
показники
відрізняється
від абсолютного,
оскільки
визначено для
всіх середовищ
і занесено
абсолютний показник заломлення повітря дуже
до таблиць.
близький до одиниці і дорівнює за нормальних
умов 1, 00029.
Фізичний
зміст показника
З двох речовин
оптичнозаломлення
більш густою
визначили
лише
після
того,
як
закони
називається та, яка має більший
заломлення були отримані за принципом
абсолютний показник заломлення.
Гюйгенса. Відносний показник заломлення
показує у скільки разів швидкість світла в
одному середовищі є більшою за швидкість в
другому. Тепер закон заломлення можна
записати таким чином:
Різні випадки заломлення та
відбивання світла
Закріплення
Розв’язування вправ
Вправа 1.
Світловий промінь, який перейшов із
повітря у скло, зазнав заломлення.
Порівняйте кути падіння та
заломлення променя.
Розв'язання
Кут падіння більший, аніж кут
заломлення, оскільки скло - більш
оптично густе середовище
(швидкість світла в повітрі більша,
аніж у склі).
Закріплення
Розв’язування вправ
Вправа
2.
Розв'язання
Світловий промінь
переходить із
(як вертикальні)
повітря у прозору рідину. Якщо кут
Кут відхилення:
падіння променя
становить 45°, то
кут заломлення дорівнює 30°. На
який кут відхиляється промінь від
початкового напряму? Знайдіть
показник заломлення рідини.
Закріплення
Розв’язування вправ
Вправа
3.
Розв'язання
Проведемо
з точок
перетину
падаючого
Знайдіть за
рисунком
показник
променя
і коласередовища,
та заломленого
заломлення
до якого
променя
і коласвітло
перпендикуляри
переходить
з вакууму.АВ
Чиі СD
до вертикалі:
правильно показано відбитий
промінь?
Отже, рідина - вода.