В геометрической оптике каждая светящаяся точка источника света считается центром расходящегося пучка лучей. Такой пучок лучей называется гомоцентрическим. Если после отражений и преломлений в различных средах пучок остается гомоцентрическим, то его центр S] называется изображением точки S в оптическом устройстве. Изображение S! называется действительным, если в нем пересекаются продолжения этих лучей.
На рис. 6.5, а представлено плоское зеркало. Для построения изображения точки S достаточно проследить за ходом каких- нибудь двух лучей. Согласно закону отражения лучи Г и 2" отражаются, соответственно, в направлении 1 и 2. Точка Sj является мнимым изображением точки S, ее положение определяется пересечением продолжения расходящихся лучей 1" и 2". Мнимое изображение Sj симметрично точке S относительно плоскости зеркала. Используя те же лучи, можно построить изображение при ином расположении предмета относительно зеркала (рис. 6.5, б).
Если на зеркало падает сходящийся пучок света (в этом случае на рис. 6.5 а и б следует поменять направление распространения лучей), то эти лучи формируют мнимое изображение в точке S b а действительное изображение образуется в точке S.
Чтобы найти изображение предмета АВС в зеркале, достаточно на перпендикулярах, опущенных из крайних точек предмета на зеркало, отложить за зеркалом такие же расстояния (рис. 6.5, в). Изображение получается мнимым и в натуральную величину, при этом правая и левая стороны изображения меняются местами по сравнению с самим предметом.
На рис. 6.6 представлен ход лучей в плоскопараллельной пластинке. После прохождения пластинки выходящий луч параллелен падающему, т. е. а = у 2 . Параллельное смещение луча d от первоначального направления пропорционально толщине пластины h, зависит от угла падения луча а и показателя преломления пластины:
Рис. 6.6
Точка источника или предмета кажется приближенной к поверхности пластины на расстояние:
При нормальном падении лучей (а = 0) из приведенных формул следует, что d = 0 и d x = (n-l)/n.
Ha рис. 6.7 показан поперечный разрез трехгранной призмы, где луч света после преломления на гранях АВ и ВС отклоняется к основанию АС.
Угол отклонения луча 5 составляет 8 = а] + у 2 - ср, где - угол падения луча на грань АВ; у 2 - угол преломления на грани ВС; (р - двухгранный угол между АВ и ВС, называемый преломляющим углом призмы.
При условии у 2 = dj угол отклонения лучей 8 - наименьший (8 = 8 min) и, следовательно, у 2 = а 2 ; 8 min = 2а а - ф. При установке призмы под углом наименьшего отклонения имеет место:
где n 2 1 - показатель преломления призмы относительно окружающей среды.
Если углы а и ф малы, то угол 8 не зависит от угла падения:
Наибольший преломляющий угол призмы Фплоск. п Р и котором лучи еще проходят через преломляющие грани:
где а 0 - предельный угол полного отражения.
Заметим, что если относительный показатель преломления призмы меньше единицы (n 2 i КМ), при n 21 > 1 - к основанию призмы.
Линза - прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими или сферической и плоской поверхностями, способное формировать оптическое изображение предмета.
Тонкая линза - линза, толщина которой пренебрежимо мала по сравнению с радиусами и Я 2 кривизны поверхностей (рис. 6.8), ограничивающих линзу.
Разновидности тонких линз по форме (рис. 6.9): 1 -двояковыпуклая; 2 - плосковыпуклая; 3 - двояковогнутая; 4 - выпукловогнутая; 5 - вогнутовыпуклая; 6 - плосковогнутая.
Рис. 6.10
Рис. 6.9
Линзы, преобразующие падающие на них параллельные лучи в сходящиеся, называются собирающими, а в расходящиеся - рассеивающими. На рис. 6.10 приведены условные обозначения линз: 1 - собирающая линза; 2 - рассеивающая линза.
Главная оптическая ось - прямая, проходящая через центры 0 а и 0 2 кривизны обеих поверхностей линзы.
Главный оптический центр линзы - точка 0, лежащая на главной оптической оси, через которую лучи проходят, не изменяя своего направления (рис. 6.11).
Оптическая ось - любая прямая, проходящая через оптический центр линзы.
Побочная оптическая ось - любая прямая, проходящая через оптический центр линзы и не совпадающая с главной оптической осью.
Параксиальные (приосевые) лучи - лучи, составляющие небольшие углы с главной оптической осью.
Рис. 6.11
Главный фокус линзы (F) - точка на главной оптической оси, в которой пересекаются лучи параксиального светового пучка, распространяющиеся параллельно главной оптической оси линзы. Линза имеет два главных фокуса, которые расположены по обе стороны от нее на фокусном расстоянии F от оптического центра линзы (рис. 6.11). Для собирающей линзы фокусы действительные, а рассеивающей - мнимые (рис. 6.11).
Фокальные плоскости - плоскости, проходящие через фокусы линзы перпендикулярно ее главной оптической оси.
Побочный фокус линзы (F") - точка пересечения побочной оптической оси с фокальными плоскостями линзы. В побочном фокусе сходятся все лучи, падающие на линзу параллельно любой оптической оси (рис. 6.12).
Рис. 6. и
Фокусное расстояние линзы - расстояние между оптическим центром линзы и ее фокусами.
Оптическая сила линзы - величина, обратная фокусному расстоянию:
Единица оптической силы: диоптрий (1 дптр = 1м -1). Оптическая сила собирающей линзы положительна (?> > 0), рассеивающей- отрицательна (D
Оптическая сила линзы с радиусами поверхностей Я х и К 2:
где n 2 i = п 2 /п 2 ; п х и п 2 - абсолютные показатели преломления материала линзы и окружающей среды.
В приведенной формуле радиусы выпуклых поверхностей берутся со знаком «плюс», вогнутых - со знаком «минус». Если знак правой части формулы положителен, то линза является собирающей, а если отрицательный - рассеивающей. Например, двояковыпуклая стеклянная линза, находящаяся в воздухе, является собирающей линзой (rzj > п 2 и > О, R 2 > О, F > 0), в оптически более плотной среде прозрачного сероуглерода - рассеивающей (п х п 2 и >0, Я 2 > 0, F
Формула тонкой линзы:
где d и/ - расстояния от линзы до предмета и его изображения; F - фокусное расстояние.
Правило расстановки знаков: если фокус, предмет и изображение являются действительными, то перед соответствующими членами ставится «плюс», если мнимые, то «минус». Если на линзу падает сходящийся пучок света, т. е. в случае мнимой светящейся точки, расстояние d берется со знаком «минус», а для действительной светящейся точки со знаком «плюс».
Оптическая сила системы линз равна сумме оптических сил линз, входящих в систему.
Ход световых лучей через плоскопараллельную пластинку толщиной d, показатель преломления материала к-рой n. dl - вызванное пластинкой смещение изображения точки по оси, перпендикулярной пластинке. dL - поперечное смещение луча, падающего на пластинку наклонно под углом i. При больших углах i в dl даёт вклад сферическая аберрация пластинки (дополнительное смещение ds" по оси).
Термодинамическое равновесие. Термодинамические параметры системы. Температура. Температурная шкала Кельвина. Абсолютный нуль.
Совокупность тел любой физической природы и химического состава характериз некоторым числом макроскопических параметров наз термодинамической системой. Для описания простейшей термодинамич системы необходимо знать ее температуру t, объем V и давление p так называемые термодинамич параметры. Система предоставленная самой себе по прошествии некоторого времени приходит в состояние в котор каждый параметр имеет одинаковое значен во всех точках системы и остается неизменным с теч t. Такое состояние наз равновесным. Возможны и такие состояния системы в котор какой-либо из параметров имеет неодинаковые значения в ее различных точках т.е. не существует единого значения данного параметра для всей системы. В этом случае равновесие еще не установилось и такое состояние наз неравновесным. Температура – скаляр физ велич характериз состояние термодинамич равновес макроскопической системы. Она определяет не только степень нагретости но и способность системы находиться в термодинамич равновесии с другими системами. Согласно опытным данным температура t=-273°C наз абсолютным нулем t. Если за начало отсчета новой t шкалы T принять точку абсолютного нуля t, то отсчет в ней будет идти только в сторону положительных значений. Введенная таким образом шкала наз шкалой Кельвина. Для перевода из цельсия в кельвины T=t+273.
Билет №29
Ядерная модель атома. Опыт Резерфорда. Неспособность классической физики объяснить устойчивость атомов и излучение атомами электромагнитных волн.
Ядерн модель атома: 1. В центре атома – ядро размером d≤10 -14 м. 2. Почти вся m атома сосредоточена в положител заряженном ядре q=+Ze где Z – порядков № элемента в таблице Менделеева. 3. Электроны под действием кулоновских сил движутся по замкнутым орбитам вокруг ядра. Число электронов = Z. Сумарный заряд электронов q=-Ze поэтому атом в целом нейтрален. Резерфорд хотел проверить справедливост «пудинговой» модели атома. Для этого он осуществил экспериментал зондирование внутренних областей атома. Он использовал α-частицы. При помощи таких частиц простреливалась тонкая металическая пластинка и измерялось рассеивание α-частиц вещ-ом. На основе отклонений α-частиц Резерфорд установил что внутри атома есть ядро чем он и опроверг «пудинговую» теорию. Ядерн модель атома Резерфорда не могла объяснить спектральные закономерности и сам факт существов атома. Она также противоречила законам класической физики. 1 в соответствии с законами класической электродинамики электроны при движениии по орбитам с ускорен должны непрерывно излучать элмагнитные волны с частотами = частотам их обращения вокруг ядра. 2 так как излучен сопроваждается потерей Е то электроны за некоторое t должны упасть на ядро. Т. е. атом должен прекратить свое существован. 3 частота вращения электрона при приближении к ядру будет непрерывно изменяться => спектр излуч должен быть непрерывным а не линейчатым. Таким образом по законам класич физики атом Резерфорда должен быть неустойчивым а его спектр излучения – непрерывным что противоречило результатам экспериментов.
Ход луча через призму.
Луч преломломл дважды, угол между 2 гран наз преломляющ углом. Угол φ отклон луча зависит от преломл угла призмы, показ преломлен, материала призмы и угла падения.
§ 20. преломление света в плоскопараллельной пластинке и призме
Луч света, проходя через плоскопараллельную пластинку, не изменяет своего направления. Угол отклонения луча призмой растёт при увеличении её преломляющего угла и относительного показателя преломления материала, из которого она сделана.
Плоскопараллельной называют прозрачную пластинку, грани которой параллельны. Примером плоскопараллельной пластинки может служить обычное оконное стекло. Рассмотрим ход луча А 0 А , падающего на грань Z 0 Z пластинки (рис. 20а ). В точке А луч А 0 А преломляется и переходит из среды 1 в среду 2 . Из закона преломления света следует, что
где n 1 и n 2 – абсолютные показатели преломления сред 1 и 2 . После преломления в точке А луч пройдёт через пластинку и упадёт на другую её грань X 0 X в точке B . Из параллельности X 0 X и Z 0 Z следует, что угол падения луча АВ на X 0 X равен углу его преломления на грани Z 0 Z , b . Поэтому для преломления луча АВ в точке В из закона преломления света получаем:
где g - угол преломления луча АВ . Перемножив между собой левые и правые части уравнений (20.1) и (20.2), получаем
откуда следует, что луч света, проходя через плоскопараллельную пластинку, не изменяет своего направления, а только смещается .
Для изменения направления светового луча в оптических приборах часто используют стеклянные треугольные призмы. На рис. 20б показано, как горизонтальный луч падает на левую грань такой призмы и, испытав два преломления, выходит из правой её грани. Две грани призмы, на которых луч испытывает преломление, называют преломляющими , а третью – её основанием . Двугранный угол j между преломляющими гранями называют преломляющим углом . Видно, что при каждом преломлении луч отклоняется в сторону основания. Угол между направлением входящего и выходящего из призмы луча называют углом отклонения луча d .
Чтобы определить ход преломлённого луча через призму (см. рис. 20б ), сначала с помощью закона преломления света вычисляем угол преломления луча на её первой преломляющей грани. Потом строим преломлённый луч, определяем точку и угол его падения на вторую грань призмы. Затем с помощью закона преломления света вычисляем угол преломления выходящего из призмы луча. Угол отклонения луча d призмы зависит от её преломляющего угла j ,относительного показателя преломления материала n призмы и от угла падения луча на первую преломляющую грань. При этом, чем больше j и n , тем больше отклоняет луч данная призма (сравни рис.20б и в ).
Если угол падения луча a на вторую преломляющую грань призмы соответствует полному внутреннему отражению от этой грани, то такую призму называют отражательной . Для стекла с n =1,7 такое полное внутреннее отражение произойдёт при a >36° . Иногда в отражательных призмах происходит не одно, а несколько полных внутренних отражений. Треугольные отражательные призмы с отклоняющим углом p /2 используются, например, в перископах и биноклях, где необходимо несколько раз поворачивать лучи света на p /2 (рис. 20г , верх). Отражательные призмы можно также использовать, для изменения взаимного расположения лучей (рис. 20г , низ).
Вопросы для повторения:
· Почему плоскопараллельная пластинка не изменяет направление луча?
· Что такое преломляющие грани, основание и преломляющий угол призмы?
· Как зависит угол отклонения луча от характеристик призмы?
· Как работают отражательные призмы и для чего их используют?
Рис. 20. (а ) – преломление света в плоскопараллельной пластинке; (б ) – ход светового луча через поперечное сечение треугольной призмы из материала с показателем преломления n =1,7 и преломляющим углом j =20° , перпендикулярное её боковым рёбрам; (в ) – то же, что и (б), но j =10° ; (г ) – ход лучей через поперечное сечение отражательных призм.
органов без хирургического вмешательства (эндоскопы), а также на производстве для освещения недоступных участков.
5. На законах преломления основан принцип действия разнообразных оптических устройств, служащих для задания световым лучам нужного направления. Для примера рассмотрим ход лучей в плоскопараллельной пластинке и в призме.
1). Плоскопараллельная пластинка – изготовленная из прозрачного вещества пластинка с двумя параллельными плоскими гранями.Пусть пластинка изготовлена из вещества, оптически более плотного, чем окружающая среда. Предположим, что в воздухе (n1 =1) находится стеклянная
пластинка (n 2 >1), толщина которойd (рис.6).
Пусть луч падает на верхнюю грань этой пластинки. В точке А он преломится и пойдет в стекле по направлениюАВ . В точкеВ луч снова преломится и выйдет из стекла в воздух. Докажем, что луч из пластинки выходит под тем же углом, под каким падает на нее. Для точкиА закон преломления имеет вид: sinα/sinγ=n 2 /n 1, и так какn 1 =1, тоn 2 = sinα/sinγ. Для
точки В закон преломления следующий: sinγ/sinα1 =n 1 /n 2 =1/n 2 . Сравнение
формул дает равенство sinα=sinα1 , а значит, и α=α1 .Следовательно, луч
выйдет из плоскопараллельной пластинки под таким же углом, под каким на неё упал. Однако луч, вышедший из пластинки, смещен относительно падающего луча на расстояние ℓ, которое зависит от толщины пластинки,
показателя преломления и угла падения луча на пластинку.
Вывод : плоскопараллельная пластинка не меняет направление падающих на нее лучей, а лишь смешает их, если рассматривать преломленные лучи.
2). Треугольная призма – это выполненная из прозрачного вещества призма, сечение которой представляет собой треугольник.Пусть призма изготовлена из материала оптически более плотного, чем окружающая среда
(например, она из стекла, а вокруг – воздух). Тогда луч, упавший на её грань,
преломившись, отклоняется к основанию призмы, поскольку он переходит в оптически более плотную среду и, значит, его угол падения φ1 больше угла
преломления φ2 . Ход лучей в призме показан на рис.7.
Угол ρ при вершине призмы, лежащий между гранями на которых преломляется луч, называется преломляющим углом призмы ; а сторона,
лежащая против этого угла, - основанием призмы. Угол δ между направлениями продолжения луча, падающего на призму (АВ ) и луча (CD )
вышедшего из нее, называется углом отклонения луча призмой – он показывает, как сильно призма изменяет направление падающих на нее лучей. Если известны угол р и показатель преломления призмыn , то по заданному углу падения φ1 можно найти угол преломления на второй грани
φ4 . В самом деле, угол φ2 определяется из закона преломления sinφ1 /sinφ2 =n
(призма из материала с показателем преломления n помещена в воздух). В
BCN стороныВN иCN образованы прямыми, перпендикулярными к граням призмы, так что уголCNE равен углу р. Поэтому φ2 +φ3 =р , откуда φ3 =р -φ2
становится известным. Угол φ4 определяется законом преломления:
sinφ3 /sinφ4 =1/n .
Практически часто бывает нужно решать такую задачу: зная геометрию призмы (угол р ) и определяя углы φ1 и φ4 , найти показатель
преломления призмы n . Применяя законы геометрии, получаем: угол МСВ=φ4 -φ3 , угол МВС=φ1 -φ2; угол δ - внешний к BМC и, следовательно,
равен сумме углов МВС и МСВ: δ=(φ1 -φ2 )+(φ4 -φ3 )=φ1 +φ4 -р , где учтено
равенство φ3 +φ2 =р . Поэтому,
δ = φ1 + φ4 -р . |
Следовательно, угол отклонения луча призмой тем больше, чем больше угол падения луча и чем меньше преломляющий угол призмы.Сравнительно сложными рассуждениями можно показать, что при симметричном ходе луча
сквозь призму (луч света в призме параллелен ее основанию) δ принимает наименьшее значение.
Предположим, что преломляющий угол (тонкая призма) и угол падения луча на призму малы. Запишем законы преломления на гранях призмы:
sinφ1 /sinφ2 =n , sinφ3 /sinφ4 =1/n . Учитывая, что для малых углов sinφ≈ tgφ≈ φ,
получим: φ1 =n φ2 , φ4 =n φ3 . подставив φ1 и φ3 , в формулу (8) для δ получим:
δ =(n – 1)р . |
Подчеркнем, что эта формула для δ верна лишь для тонкой призмы и при очень малых углах падения лучей.
Принципы получения оптических изображений
Геометрические принципы получения оптических изображений основываются только на законах отражения и преломления света, полностью отвлекаясь от его физической природы. При этом оптическую длину светового луча следует считать положительной, когда он проходит в направлении распространения света, и отрицательной в противоположном случае.
Если пучок световых лучей, исходящий из какой-либо точкиS , в
результате отражения и/или преломления сходится в точке S ΄, тоS ΄
считается оптическим изображениемили просто изображением точки S.
Изображение называется действительным, если световые лучи действительно пересекаются в точкеS ΄. Если же в точкеS ΄ пересекаются продолжения лучей, проведенные в направлении, обратном распространению
света, то изображение называется мнимым. При помощи оптических приспособлений мнимые изображения могут быть преобразованы в действительные. Например, в нашем глазу мнимое изображение преобразуется в действительное, получающееся на сетчатке глаза. Для примера рассмотрим получение оптических изображений с помощью 1)
плоского зеркала; 2) сферического зеркала и 3) линз.
1. Плоским зеркаломназывают гладкую плоскую поверхность, зеркально отражающую лучи. Построение изображения в плоском зеркале можно показать с помощью следующего примера. Построим, как виден в зеркале точечный источник света S(рис.8).
Правило построения изображения следующее. Поскольку от точечного источника можно провести разные лучи, выберем два из них - 1 и 2 и найдем точку S ΄, где эти лучи сходятся. Очевидно, что сами отраженные 1΄ и 2 ΄ лучи расходятся, сходятся лишь их продолжения (см. пунктир на рис.8).
Изображение получилось не от самих лучей, а от их продолжения, и является мнимым. Простым геометрическим построением легко показать, что
изображение расположено симметрично по отношению к поверхности зеркала.
Вывод: плоское зеркало дает мнимое изображение предмета,
расположенное за зеркалом на таком же расстоянии от него, что и сам предмет. Если два плоских зеркала расположены под углом φ друг к другу,
то возможно получить несколько изображений источника света.
2. Сферическим зеркаломназывается часть сферической поверхности,
зеркально отражающая свет. Если зеркальной является внутренняя часть поверхности, то зеркало называютвогнутым, а если наружная, товыпуклым.
На рис.9 показан ход лучей падающих параллельным пучком на вогнутое сферическое зеркало.
Вершина сферического сегмента (точка D ) называетсяполюсом зеркала. Центр сферы (точкаО ), из которой образовано зеркало, называется
оптическим центром зеркала. Прямая, проходящая через центр кривизныО зеркала и его полюсD , называется главной оптической осью зеркала.
Применяя закон отражения света, в каждой точке падения лучей на зеркал
восстанавливают перпендикуляр к поверхности зеркала (этим перпендикуляром является радиус зеркала - пунктирная линия на рис. 9) и
получают ход отраженных лучей. Лучи, падающие на поверхность вогнутого зеркала параллельно главной оптической оси, после отражения собираются в одной точке F , называемойфокусом зеркала, а расстояние от фокуса зеркала до его полюса - фокусным расстояниемf. Поскольку радиус сферы направлен по нормали к ее поверхности, то, по закону отражения света,
фокусное расстояние сферического зеркала определяют по формуле
где R -радиус сферы (ОD ).
Для построения изображения необходимо выбрать два луча и найти их пересечение. В случае вогнутого зеркала такими лучами могут быть луч,
отраженный от точки D (он идет симметрично с падающим относительно оптической оси), и луч, прошедший через фокус и отраженный зеркалом (он идет параллельно оптической оси); другая пара: луч, параллельный главной оптической оси (отражаясь, он пройдет через фокус), и луч, проходящий через оптический центр зеркала (он отразится в обратном направлении).
Для примера построим изображение предмета (стрелки АВ ), если он находится от вершины зеркалаD на расстоянии, большем радиуса зеркала
(радиус зеркала равен расстоянию OD=R ). Рассмотрим чертеж, сделанный согласно описанному правилу построения изображения (рис.10).
Луч 1 распространяется от точки В до точкиD и отражается по прямой
DE так, что уголADВ равен углуADE . Луч 2 от той же точкиВ распространяется через фокус до зеркала и отражается по линииCB "||DA .
Изображение действительное (образованное отраженными лучами, а не их продолжениями, как в плоском зеркале), перевернутое и уменьшенное.
Из простых геометрических расчетов можно получить соотношение между следующими характеристиками. Если а – расстояние от предмета до зеркала, откладываемое по главной оптической оси (на рис.10 – этоAD ),b –
расстояние от зеркала до изображения (на рис.10 - это DA "), тоа/b =AB/A"B" ,
и тогда фокусное расстояние f сферического зеркала определяют по формуле
Величина оптической силы измеряется в диоптриях (дптр); 1 дптр = 1м-1 .
3. Линзой называют прозрачное тело, ограниченное сферическими поверхностями, радиус, по крайнем мере, одной из которых не должен быть бесконечным. Ход лучей в линзе зависит от радиуса кривизны линзы.
Основными характеристиками линзы являются оптический центр, фокусы,
фокальные плоскости. Пусть линза ограничена двумя сферическими поверхностями, центры кривизны которых С 1 иС 2 , а вершины сферических
поверхностей О 1 иО 2 .
На рис.11 схематично изображена двояковыпуклая линза; толщина линзы в середине больше, чем у краев. На рис.12 схематично изображена двояковогнутая линза (в середине она тоньше, чем у краев).
Для тонкой линзы считают, что О 1 О 2 <<С 1 О 2 иО 1 О 2 <<С 2 О 2 , т.е.
практически точки О 1 иО 2 . слиты в одну точкуО , которая называется
оптическим центром линзы . Прямая, проходящая через оптический центр линзы, называется оптической осью.Оптическая ось, проходящая через центры кривизны поверхностей линзы, называется главной оптической осью (С 1 С 2 , на рис.11 и 12). Лучи, идущие через оптический центр, не
преломляются (не изменяют своего направления). Лучи, параллельные главной оптической оси двояковыпуклой линзы, после прохождения через нее пересекают главную оптическую ось в точке F (рис.13), которая называется главным фокусом линзы, а расстояние от этой точки до линзыf
есть главное фокусное расстояние. Постройте самостоятельно ход хотя бы двух лучей, падающих на линзу параллельно главной оптической оси
(стеклянная линза расположена в воздухе, учтите это при построении), чтобы доказать, что расположенная в воздухе линза является собирающей, если она двояковыпуклая, и рассеивающей, если линза двояковогнутая.
Геометрическая оптика охватывает все вопросы, связанные с построением оптических изображений изменениями направлений световых лучей.
Рассмотрим основные законы геометрического построения оптического изображения линзой, или фотообъективом.
Прежде всего, нужно исходить из того, что свет в однородной оптической среде, например в воздухе, распространяется прямолинейно. При переходе из менее плотной оптической среды в среду более плотную, например, из воздуха в стекло, луч изменяет свое направление и образует с перпендикуляром к границе двух оптических сред, восставленным в точке падения, угол, меньший, чем луч падающий (рис. 5, а). Это явление называется преломлением света на границе двух оптических сред. И наоборот, при переходе из среды более плотной в среду менее плотную угол преломления луча света больше, чем угол падения. Законы преломления света на границе двух оптических сред выражаются в следующем:
1) падающий и преломленный лучи находятся в одной плоскости с перпендикуляром в точке падения;
2) отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данной оптической среды, которая не зависит от угла падения и называется коэффициентом преломления, или показателем преломления данной среды;
3) луч падающий и луч преломленный взаимно переместимы.
Прохождение света через плоскопараллельную пластинку. При прохождении света сквозь плоскопараллельную пластинку луч дважды пересекает границу двух оптических сред воздух - стекло и стекло - воздух (рис. 5, б). Пройдя первую границу, луч отклонится вниз, а при выходе из стекла в воздух вновь отклонится вверх. Так как стекло однородно и обе его поверхности параллельны, углы отклонения равны по величине и противоположны по направлению. Нетрудно убедиться, что вышедший из стекла луч сохраняет прежнее направление и лишь смещается на некоторую величину. Величина смещения зависит от коэффициента преломления стекла, его толщины и угла падения луча.
Прохождение света через призму. Луч света S, падающий на грань призмы трехгранного сечения ABC (рис. 6), на границе воздух-стекло преломляется и отклоняется от прежнего направления к основанию призмы AC. Пройдя толщу стекла призмы, луч снова встречает на своем пути границу сред стекло - воздух и отклоняется в сторону основания призмы. Таким образом, дважды отклонившись, луч изменит свое первоначальное направление на угол, равный удвоенной разности угла падения и угла преломления.