ПРЕЛОМЛЕНИЕСВЕТА

Первый закон преломления

Второй закон преломления

Абсолютный показатель

преломления

Полное внутреннее отражение

Применение законов преломления света

Тертычная С.А. Михайловская СОШПанинский район

Воронежская областьtsa20061@yandex.ru

СНЕЛЛИУС (Снелль) (латинизированное Snellius – нидерландское

ванСнел ванРойен, van Snel van Royen) Виллеброрд (1580-1626)

Нидерландский астроном и математик. Установил законы преломления света, названные его

именем. Труды по плоской и сферической тригонометрии.

В.Снеллиус

Падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точке

падения, лежат в одной плоскости

Первый закон преломления

Выведем второй закон преломления с помощью принципа Гюйгенса.Преломление света при переходе из одной среды в другую вызвано различием в скоростях распространения света в той и другой среде.Обозначим скорость волны в первой среде через 1, а во второй — через 2.Пусть на плоскую границу раздела двух сред (например, из воздуха в воду) падает плоская световая волна

Второй закон преломления

Построения Гюйгенса для определения направления преломленной волны.

Волновая поверхность АС перпендикулярна лучам А1А и В1В.Поверхности MN сначала достигнет луч А1А. Луч В1В достигнет поверхности спустя время

     Поэтому в момент, когда вторичная волна в точке В только начнет возбуждаться, волна от точки А уже имеет вид полусферы радиусом AD=2∆t.     Волновую поверхность преломленной волны можно получить, проведя поверхность, касательную ко всем вторичным волнам во второй среде, центры которых лежат на границе раздела сред. В данном случае это плоскость BD. Она является огибающей вторичных волн.     Угол падения α луча равен углу CAB в треугольнике AВС (стороны одного из этих углов перпендикулярны сторонам другого). Следовательно,CB=1∆t=AB sinα.  (1)     Угол преломления β равен углу ABD треугольника ABD. Поэтому AD=2∆t=AB sinβ.(2)     Разделив почленно (1) на (2), получим

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина

постоянная для двух сред.

где n — постоянная величина, не зависящая от угла падения

     Постоянная величина, входящая в закон преломления света, называется относительным показателем преломления или показателем преломления второй среды относительно первой.    С помощью принципа Гюйгенса раскрывается физический смысл показателя преломления. Он равен отношению скоростей света в средах, на границе между которыми происходит преломление:

Абсолютным показателем преломления этой среды.

Пользуясь формулой можно выразить относительный показатель преломления через абсолютные показатели преломления п1 и п2

первой и второй сред.    

Вещество

Показатель преломления

относительно воздуха

  Вода (при 20°С)

  Кедровое масло (при 20°С)

  Сероуглерод (при 20°С)

  Лед

  Каменная соль

  Кварц

  Рубин

  Алмаз

  Различные сорта стекла

1.33

1,52

1,63

1,31

1,54

1.54

1,76

2,42

От 1,47 до 2.04

Показатель преломления

Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления этой среды. Он равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления при переходе светового луча из вакуума в данную среду.

где с — скорость света в вакууме

     Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее

плотной средой.

При прохождении света через плоскопараллельную пластину свет дважды на своем пути претерпевает преломление, в результате чего луч падающий на пластину и луч, выходящий из нее, оказываются параллельными

Луч в призме отклоняется к основанию, преломляясь на гранях ОА и 0В. Угол между этими гранями называют преломляющим углом призмы.

Плоскопараллельная пластина и призма

ПОЛНОЕ ОТРАЖЕНИЕ

     Если направить луч света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную то закон преломления запишется так:

 

     Угол падения0, соответствующий углу преломления 90, называют предельным углом полного отражения. При sin=1

Из этого равенства и может быть найдено значение предельного угла полного отражения 0. Для воды (n=1,33) он оказывается равным 4835', для стекла (n=1,5) он принимает значение 4151', а для алмаза (n=2,42) этот угол составляет 2440'. Во всех случаях второй средой является воздух.

Полное внутреннее отражение

Оптический бороскоп

Оптическое волокно

Применение законов преломления света

   Полное отражение используют в волоконной оптике для передачи света и изображения по пучкам прозрачных гибких волокон – световодов.

Световод представляет собой стеклянное волокно цилиндрической формы, покрытое оболочкой из прозрачного материала с меньшим, чем у волокна, показателем преломления. За счет многократного полного отражения свет может быть направлен по любому (прямому или изогнутому) пути

     Волокна набираются в жгуты. При этом по каждому из волокон передается какой-нибудь элемент изображения Жгуты из волокон используются, например, в медицине для исследования внутренних органов.

Волоконная оптикаВолоконная оптика

Волоконнооптический зонд (эндоскоп) дает врачам возможность исследовать желудочно-кишечный тракт и другие внутренние области организма. Изображения, получаемые зондом, затем передаются на телевизионный экран.. 

Так выглядит через эндоскоп язва желудка.

Так выглядит через эндоскоп язва желудка

Эндоскоп

Низкие потери при передаче

Невосприимчивость к помехам и наводкам

Электрическая изоляция

Лёгкие и компактные кабели

Неустаревающая линия связи

Волоконно-оптическая линия передачи сигналов

замкнутой ТВ системы

Передача сигналов дистанционного управления поворотным устройством по

одному волокну

Видеонаблюдения

Бороскопы с жесткой рабочей частью используются в случае прямого доступа в осматриваемую зону. Из всех типов эндоскопов, бороскоп имеет наивысшее качество изображения. Высокое качество изображения обеспечивается оптической системой из твердотельных линз информационного канала бороскопа. Подсветка рабочей зоны обеспечивается от внешнего источника света через съемный световод.

. а рисунке 

Призма используется в системе обратной связи рубинового лазера

П - призма, Р - рубиновый стержень, Л - ламы накачки,З - полупрозрачное зеркало.

Рубиновый лазер

Перископ

Периско0п (от греч. peri — «вокруг» и греч.scopo — «смотрю») —оптический прибор для наблюдения из укрытия. Простейшая форма перископа — труба, на обоих концах которой закреплены зеркала, наклоненные относительно оси трубы на 45° для изменения хода световых лучей. В более сложных вариантах для отклонения лучей вместо зеркал, используются призмы , а получаемое наблюдателем изображение увеличивается с помощью системы линз.

ЗадачаОпределите, во сколько раз истинная глубина водоема больше кажущейся, если смотреть по вертикали вниз.

Построим ход лучей, вышедший из точки S на дне водоема и попавших в глаз наблюдателя. Так как наблюдение ведется по вертикали, один из лучей SA направим перпендикулярно поверхности воды, другой SB – под малым углом к перпендикуляру. (При больших углах лучи не попадут в глаз.) После преломления на поверхности воды лучи идут расходящимся пучком. Вершина этого пучка представляет собой мнимое изображение S1 точки S.

     Угол ASB равен углу падения (как внутренние накрест лежащие), а угол AS1B равен углу преломления (как соответственные при параллельных).Прямоугольные треугольники ASB и AS1B имеют общий катет AB, который можно выразить через истинную глубину водоема SA=H или через кажущуюся глубину S1A=h:AB=Htg=htg.     Отсюда

     Так как углы  и  малы, то 

Так как углы и малы, то

     Следовательно, 

     Истинная глубина водоема больше кажущейся в n =1,3 раза.