Свет не распространяется с одинаковой скоростью в воздухе, стекле и воде. Скорость света в воздухе 3·10 6 м/с. В воде она составляет 2,25 × 10 8 м/с, а в стекле — 2 × 10 8 м/с. Это связано с тем, что стекло оптически плотнее воды, а вода оптически плотнее воздуха. Среда называется более плотной , если скорость света уменьшается, и разреженной , если скорость света увеличивается.
Свет распространяется прямолинейно в среде. но когда луч света, проходящий в одной прозрачной среде, падает наклонно на поверхность другой прозрачной среды, он проходит в другой среде прямолинейно, но в другом направлении, чем его начальное направление. Изменение направления пути света при переходе из одной прозрачной среды в другую называется преломлением света.
Луч света падает на поверхность, разделяющую две среды. \(\angle i\) - угол падения между падающим лучом и нормалью, а \(\angle r\) - угол преломления между преломленным лучом и нормалью. Отклонение – это угол между направлением преломленного луча и направлением падающего луча. Следовательно, \(\angle\delta\) = \(\mid \angle i - \angle r \mid\)
Преломление света подчиняется двум законам, известным как законы преломления Снелла.
\(\mu = \frac{3 X 10 ^8ms^{-1}}{2.25 X 10 ^8 ms{-1}} = \frac{4}{3} = 1.33\)
Примечание. Ни одна среда не может иметь показатель преломления меньше 1.
Показатель преломления (µ) некоторых распространенных веществ
| вещества | µ | вещества | µ |
| Вакуум | 1,00 | Воздуха | 1,00 |
| Лед | 1,31 | Вода | 1,33 |
| Алкоголь | 1,37 | Глицерин | 1,47 |
| Обычное стекло | 1,5 | керосин | 1,41 |
Вопрос 1: При каких условиях световой луч проходит неотклоняющимся при преломлении.
Решение: Имеются два условия - (1) когда угол падения равен 0. (2) когда показатель преломления обеих сред одинаков.
Принцип обратимости Если показатель преломления среды 2 по отношению к среде 1 равен \(_1\mu_2= \frac{sin \ i}{sin \ r}\) , а показатель преломления среды 1 по отношению к среде 2 равен \(_2\mu_1 = \frac{sin \ r}{sin \ i }\) , тогда \(_1\mu_2 \times _2\mu_1 = 1\) или мы можем сказать \(_1\mu_2 = \frac{1}{_2\mu_1}\) |
Вопрос 1: Если показатель преломления стекла по отношению к воздуху равен 3/2, то каков показатель преломления воздуха по отношению к стеклу?
Решение: a µ g = 3/2, поэтому g µ a равно \(\frac{1}{^3/_2} = \frac{2}{3}\) .
Скорость: когда луч света преломляется из более разреженной среды в более плотную, скорость света уменьшается, а если он преломляется из более плотной среды в более разреженную, скорость света увеличивается.
Частота: частота света зависит от источника света, поэтому она не меняется при преломлении.
Длина волны: скорость света v в среде, длина волны света λ в этой среде и частота света f связаны соотношением v = fλ.
При переходе света из более разреженной среды в более плотную длина волны уменьшается, а при переходе света из более плотной среды в более разреженную длина волны увеличивается.
(1) Глубина воды в сосуде, если смотреть с воздуха, кажется меньше
Настоящая глубина — ОС. Луч света, исходящий из точки О, падающий вертикально на водно-воздушную поверхность, идет прямо по SA. Другой луч OQ, падающий на поверхность вода-воздух в точке Q, при переходе в воздух отклоняется от нормального NQ и идет по траектории QT. Когда луч QT воспроизведен обратно, два преломленных луча встречаются в точке P. Таким образом, P является изображением O. Таким образом, для наблюдателя глубина сосуда кажется SP вместо SO из-за преломления света от воды к воздуху. .
(2) Ранний восход и поздний закат
(3) Мираж в пустыне
Иногда в пустынях встречается перевернутое изображение дерева, создающее ложное впечатление о воде под деревом. Это называется мираж. Причина миража связана с преломлением света. Как и в пустыне, песок нагревается очень быстро, поэтому слой воздуха, соприкасающийся с песком, нагревается. В результате воздух у земли теплее, чем в верхних слоях воздуха. Другими словами, верхние слои плотнее нижних! Когда луч света от солнца после отражения от вершины дерева проходит от более плотного слоя к более редкому, он отклоняется от нормали. Таким образом, при преломлении на поверхности разделения последовательных слоев каждый раз угол преломления увеличивается, а угол падения луча от более плотного к более редкому также увеличивается, пока не достигнет 90°. При дальнейшем увеличении угла падения от более плотного слоя к более разреженному происходит полное отражение, и теперь отраженный свет идет от более разреженной среды к более плотной, следовательно, при каждом преломлении он отклоняется к нормали. При попадании в глаз наблюдателя видно перевернутое изображение дерева.
Когда падающий луч AB падает на стеклянную пластину, он падает в точку падения B. Луч AB входит из воздуха в стекло, поэтому он отклоняется к нормали и следует по пути BC. Когда преломленный луч BC снова попадает на поверхность стекла в точке C, он отклоняется от нормали, поскольку луч проходит от стекла к воздуху и следует пути CD. Выходящий луч CD параллелен падающему лучу AB. Таким образом, выходящий луч и падающий луч направлены в одном направлении, но смещены вбок.
Призма — это прозрачная среда, ограниченная пятью плоскими поверхностями с треугольным поперечным сечением. Две противоположные поверхности призмы представляют собой одинаковые треугольники, а остальные три поверхности прямоугольные и наклонены друг к другу.
Когда световой луч одного цвета падает на наклонную поверхность призмы, падающий луч PQ падает на грань призмы, проходит из воздуха в стекло, отклоняется к нормали и проходит путь QR. Когда преломленный луч QR попадает на грань призмы в точке R, происходит другое преломление. Теперь луч QR входит из стекла в воздух, отклоняется от нормали и движется в направлении RS. Таким образом, проходя через призму, луч света отклоняется к основанию призмы.
