Нека разгледаме метод за определяне на индекса на пречупване, приложим за прозрачни вещества. Методът се състои в измерване на ъгъла на отклонение на лъчите, когато светлината преминава през призма, изработена от изследвания материал. Към призмата е насочен паралелен лъч от лъчи, така че е достатъчно да се разгледа пътя на един от тях (S 1) в равнина, перпендикулярна на линията на пресичане на лъча на пречупващите повърхности на призмата (фиг. 6 ).

А 1 ─посока на нормалата към лицето, върху което пада лъчът S 1,

А 2 ─ посока на нормалата към лицето, от което излиза лъчът S 2,

i 1 , i 2 - ъгли на падане,

r 1 , r 2 - ъгли на пречупване на границите AC и ABсъответно,

φ - ъгъл на пречупване на призмата,

δ - ъгълът на отклонение на лъча, излизащ от призмата, спрямо първоначалната посока.

Пътят на лъча през призмата се изчислява въз основа на законите за пречупване на светлината. По време на пречупване върху първото лице на призмата ACполучаваме

(12)

където n е индексът на пречупване на материала на призмата за дадена дължина на вълната на светлината.

За ръба ABзаконът за пречупване ще бъде написан като

. (13)

Съотношения 12 и 13 ни позволяват да намерим изрази за определяне п. Въпреки това, за да се определят експериментално ъглите r 1 И i 1 доста трудно. На практика е по-удобно да се измери ъгълът на отклонение на лъча с призма δ и ъгъла на пречупване на призмата φ.

Нека получим формулата за определяне на индекса на пречупване п през ъглите δ И φ .

Първо, използваме добре известната теорема в геометрията, че външният ъгъл на триъгълник е равен на сбора от вътрешните ъгли, които не са съседни на него. След това от триъгълника EDFполучаваме

φ = r 1 + i 2 . (14)

От триъгълник EHF и използвайки (14), получаваме:

δ =(i 1 -р 1 )+(r 2 – i 2 )=i 1 +r 2 – (р 1 +i 2 )=i 1 +r 2 + φ . (15)

След това изразяваме ъгъла δ през ъгъла r 1 , използвайки законите за пречупване (12), (13) и (14), и определяне на условията за минималност δ :

i 1 = arcsin(n sin r 1);

r 2 = arcsin(n sin i 2 ) = arcsin(n sin ( φ-r 1 ));

δ = arcsin(n sin r 1 ) +arcsin(n sin ( φ-r 1 )).

Пристрастяване δ от r 1 има минимум, чието условие може да се намери чрез приравняване на производната δ от r 1 нула:

Изразът (16) е изпълнен, ако r 1 = φ - r 1. В съответствие с (14) имаме φ - r 1 = i 2 , Ето защо r 1 = i 2 . Тогава от законите за пречупване (12) и (13) следва, че ъглите i 1 , r 2 също трябва да бъде равен: i 1 = r 2 . Като вземем предвид (14) и (15), получаваме:

φ = 2 r 1 ; δ мин =2 i 1 – φ .

Като вземем предвид тези равенства, накрая получаваме:

И
.

Следователно, при най-малкия ъгъл на отклонение на лъча от призмата δ минКоефициентът на пречупване на веществото на призмата може да се определи по формулата

. (17)

По този начин определянето на индекса на пречупване на дадено вещество се свежда до измерване ъгъл на пречупване на призмата И ъгъл на най-малкото отклонение лъчи .

Ъгъл на най-малкото отклонение δ образувана от две посоки: посоката на падащия върху призмата лъч С 1 и посоката на лъча, излизащ от призмата С 2 . Ако източникът на радиация не е монохроматичен, тогава поради дисперсията на веществото на призмата, посоката на пречупения лъч дЕи, следователно, посоката на излизащия лъч С 2 ще бъде различен за различните дължини на вълната, т.е. S 2 =f( λ ). Това води до факта, че δ И пза различни λ, ще бъде различно.

Ъгъл на пречупване на призма φ образувана от лицето на призма SA, върху който пада гредата и лицето AB, от които излиза радиацията, или перпендикулярно на тези лица А 1 И А 2 съответно.

Източникът на радиация в творбата е живачна лампа.

“Физика на пречупване на светлината” - N 2.1 – относителният показател на пречупване на втората среда спрямо първата. Ако n<1, то угол преломления больше угла падения. Если обозначить скорость распространения света в первой среде V1, а во второй – V2, то n = V1/ V2. Преломление света. Законы преломления света 8 класс. План изложения нового материала:

„Пречупване на светлината“ - Светлинен лъч. Нехомоцентричните лъчи не се събират в една точка в пространството. Видимата светлина е електромагнитно излъчване с дължини на вълните? 380-760 nm (виолетово до червено). Върху фолиото беше излят живак, който образува амалгама с калай. Набор от близки лъчи светлина може да се счита за лъч светлина.

„Отражение и пречупване на светлината“ - Рене Декарт. C > V. Възможно ли е да се създаде шапка за невидимост? Евклид. Опитът на Евклид. Евклид (III в. пр. н. е.) - древногръцки учен. Законът за пречупване на светлината. Зависимост на ъгъла на пречупване от ъгъла на падане. Учител по физика в Октябрска гимназия № 1 Салихова И.Е. (Връзка към експеримента „Пътят на лъча въздух – стъкло”).

“Закони на пречупване” - Пречупване на светлината Примери за явления. Реверсивна диаграма. Коя среда е оптически по-плътна? 1. Фигурата показва пречупването на светлинен лъч на границата на две среди. Определение. Оптични инструменти 1. Микроскоп. 2. Камера. 3.Телескоп. Закони за пречупване. Диаграмата показва принципа на обратимостта на светлинните лъчи.

“Физика на пречупването на светлината” - Пречупване на светлината. Автор: Василиева Е.Д. Учител по физика, Общинско учебно заведение Гимназия, 2009г От приказката на Г.-Х. Закони за пречупване на светлината. Но уви! Specular Diffuse. Пълно отражение. Отражение -.

„Пречупване на светлината в различни среди“ - Мираж на свръхдалечно зрение. Дъга през очите на наблюдател. Истинска (A) и видима (B) позиция на рибата. Път на лъча в оптически нееднородна среда. Защо краката на човек, който влиза във вода, изглеждат по-къси? Малък кръг. Световод. Пречупването е отклонението на светлината от линейното й разпространение в оптически нехомогенна среда.

Нека разгледаме някои специални случаи на пречупване на светлината. Един от най-простите е преминаването на светлина през призма. Това е тесен клин от стъкло или друг прозрачен материал, висящ във въздуха.

Показан е пътя на лъчите през призма. Той отклонява светлинните лъчи към основата. За по-голяма яснота профилът на призмата е избран под формата на правоъгълен триъгълник, а падащият лъч е успореден на основата му. В този случай пречупването на лъча става само на задния, наклонен ръб на призмата. Ъгълът w, на който се отклонява падащият лъч, се нарича ъгъл на отклонение на призмата. Той практически не зависи от посоката на падащия лъч: ако последният не е перпендикулярен на ръба на падане, тогава ъгълът на отклонение се състои от ъглите на пречупване на двете страни.

Ъгълът на отклонение на призмата е приблизително равен на произведението от ъгъла при нейния връх и индекса на пречупване на веществото на призмата минус 1:

w = α(n-1).

Нека начертаем перпендикуляр към втората страна на призмата в точката на падане на лъча върху нея (пунктирана линия). Той образува ъгъл β с падащия лъч. Този ъгъл е равен на ъгъла α при върха на призмата, тъй като страните им са взаимно перпендикулярни. Тъй като призмата е тънка и всички разглеждани ъгли са малки, техните синуси могат да се считат за приблизително равни на самите ъгли, изразени в радиани. Тогава от закона за пречупване на светлината следва:

В този израз n е в знаменателя, тъй като светлината идва от по-плътна среда към по-малко плътна.

Нека разменим числителя и знаменателя и също така да заменим ъгъла β с равен на него ъгъл α:

Тъй като индексът на пречупване на стъклото, което обикновено се използва за лещи за очила, е близо до 1,5, ъгълът на отклонение на призмите е приблизително половината от ъгъла при техния връх. Поради това в очилата рядко се използват призми с ъгъл на отклонение над 5°; те ще бъдат твърде дебели и тежки. В оптометрията отклоняващият ефект на призмите (призматично действие) често се измерва не в градуси, а в призмени диоптри (Δ) или в сантирадиани (srad). Отклонението на лъчите от призма със сила 1 prdptr (1 srad) на разстояние 1 m от призмата е 1 cm. Това съответства на ъгъл, чийто тангенс е 0,01. Този ъгъл е 34".

Следователно можем приблизително да предположим, че отклоняващият ефект на призмата в диоптрите на призмата е два пъти по-голям, отколкото в градуси (1 prdptr = 1 srad = 0,5°).

Същото важи и за самия зрителен дефект, страбизъм, коригиран с призми. Ъгълът на кривогледство може да се измерва в градуси и в призмени диоптри.

Закон за пречупване на светлината

Вероятно всеки се е сблъсквал с явлението пречупване на светлината повече от веднъж в ежедневието. Например, ако спуснете тръба в прозрачна чаша с вода, ще забележите, че частта от тръбата, която е във водата, изглежда е изместена настрани. Това се обяснява с факта, че на границата на двете среди има промяна в посоката на лъчите, с други думи, пречупване на светлината.

По същия начин, ако спуснете линийка във водата под ъгъл, ще изглежда, че тя е пречупена и подводната й част се издига по-високо.

В крайна сметка се оказва, че светлинните лъчи, веднъж на границата на въздуха и водата, изпитват пречупване. Лъч светлина удря повърхността на водата под един ъгъл, а след това навлиза дълбоко във водата под различен ъгъл, под по-малък наклон спрямо вертикалата.

Ако изстреляте обратен лъч от вода във въздуха, той ще следва същия път. Ъгълът между перпендикуляра към интерфейса в точката на падане и падащия лъч се нарича ъгъл на падане.

Ъгълът на пречупване е ъгълът между същия перпендикуляр и пречупения лъч. Пречупването на светлината на границата на две среди се обяснява с различната скорост на разпространение на светлината в тези среди. Когато светлината се пречупва, винаги ще бъдат изпълнени два закона:

Първо, лъчите, независимо дали са падащи или пречупени, както и перпендикулярът, който е границата между две среди в точката на прекъсване на лъча, винаги лежат в една и съща равнина;

Второ, съотношението на синусовия ъгъл на падане към синусовия ъгъл на пречупване е постоянна стойност за тези две среди.

Тези две твърдения изразяват закона за пречупване на светлината.

Синусът на ъгъла на падане α е свързан със синуса на ъгъла на пречупване β, така както скоростта на вълната в първата среда - v1 е към скоростта на вълната във втората среда - v2, и е равна към стойността n. N е постоянна стойност, която не зависи от ъгъла на падане. Стойността n се нарича индекс на пречупване на втората среда спрямо първата среда. И ако първата среда беше вакуум, тогава индексът на пречупване на втората среда се нарича абсолютен индекс на пречупване. Съответно, той е равен на съотношението на синусния ъгъл на падане към синусовия ъгъл на пречупване, когато светлинен лъч преминава от вакуум в дадена среда.

Коефициентът на пречупване зависи от характеристиките на светлината, от температурата на веществото и от неговата плътност, тоест от физическите характеристики на средата.

По-често трябва да вземем предвид прехода на светлината през границата въздух-твърдо вещество или въздух-течност, отколкото през границата на определена във вакуум среда.

Трябва също да се отбележи, че относителният индекс на пречупване на две вещества е равен на съотношението на абсолютните показатели на пречупване.

Нека се запознаем с този закон с помощта на прости физически експерименти, които са достъпни за всички вас в ежедневието.

Опит 1.

Нека поставим монетата в чашата, така че да изчезне зад ръба на чашата и сега ще налеем вода в чашата. И ето какво е изненадващо: монетата се появи иззад ръба на чашата, сякаш изплува нагоре или дъното на чашата се издигна.

Нека нарисуваме монета в чаша с вода и слънчевите лъчи, излизащи от нея. На границата между въздух и вода тези лъчи се пречупват и излизат от водата под голям ъгъл. И виждаме монетата на мястото, където се събират линиите на пречупени лъчи. Следователно видимото изображение на монетата е по-високо от самата монета.

Опит 2.

Нека поставим съд, пълен с вода, с успоредни стени на пътя на успоредните лъчи светлина. На влизане от въздуха във водата и четирите лъча се завъртяха под определен ъгъл, а на изхода от водата във въздуха се завъртяха под същия ъгъл, но в обратна посока.

Нека увеличим наклона на лъчите и на изхода те все още ще останат успоредни, но ще се преместят повече встрани. Поради това изместване редовете на книгата, когато се гледат през прозрачна плоча, изглеждат нарязани. Те се преместиха нагоре, точно както монетата се премести нагоре в първия експеримент.

По правило виждаме всички прозрачни обекти единствено поради факта, че светлината се пречупва и отразява върху тяхната повърхност. Ако такъв ефект не съществуваше, тогава всички тези обекти щяха да бъдат напълно невидими.

Опит 3.

Нека спуснем плочата от плексиглас в съд с прозрачни стени. Тя се вижда ясно. Сега нека налеем слънчогледово масло в съда и чинията стана почти невидима. Факт е, че светлинните лъчи на границата на маслото и плексигласа почти не се пречупват, така че плочата се превръща в невидима плоча.

Пътят на лъчите в триъгълна призма

В различни оптични инструменти често се използва триъгълна призма, която може да бъде направена от материал като стъкло или други прозрачни материали.

При преминаване през триъгълна призма лъчите се пречупват върху двете повърхности. Ъгълът φ между пречупващите повърхности на призмата се нарича ъгъл на пречупване на призмата. Ъгълът на отклонение Θ зависи от показателя на пречупване n на призмата и ъгъла на падане α.

Θ = α + β1 - φ, f = φ + α1

Всички знаете известната малка рима за запомняне на цветовете на дъгата. Но защо тези цветове винаги са подредени в такъв ред, как се получават от бялата слънчева светлина и защо в дъгата няма други цветове освен тези седем, не всеки знае. По-лесно е да се обясни това чрез експерименти и наблюдения.

Можем да видим красиви цветове на дъгата върху сапунените филми, особено ако тези филми са много тънки. Сапунената течност се стича надолу и цветните ивици се движат в същата посока.

Нека вземем прозрачен капак от пластмасова кутия и сега го наклонете така, че белият екран на компютъра да се отразява от капака. На клепача ще се появят неочаквано ярки дъгови петна. И какви красиви цветове на дъгата се виждат, когато светлината се отразява от CD, особено ако осветите диска с фенерче и хвърлите тази дъгова картина на стената.

Великият английски физик Исак Нютон е първият, който се опитва да обясни появата на цветовете на дъгата. Той пусна тесен лъч слънчева светлина в тъмната стая и постави триъгълна призма на пътя му. Светлината, излизаща от призмата, образува цветна лента, наречена спектър. Цветът, който се отклонява най-малко в спектъра, е червеният, а този, който се отклонява най-много, е виолетовият. Всички останали цветове на дъгата са разположени между тези два без особено резки граници.

Лабораторен опит

Ще изберем ярко LED фенерче като източник на бяла светлина. За да образувате тесен светлинен лъч, поставете единия процеп непосредствено зад фенерчето, а втория директно пред призмата. На екрана се вижда ярка дъгова ивица, където ясно се виждат червено, зелено и синьо. Те формират основата на видимия спектър.

Нека поставим цилиндрична леща на пътя на цветния лъч и я регулираме на острота - лъчът на екрана се събира в тясна ивица, всички цветове от спектъра се смесват и лентата отново става бяла.

Защо призмата превръща бялата светлина в дъга? Оказва се, че факт е, че всички цветове на дъгата вече се съдържат в бялата светлина. Коефициентът на пречупване на стъклото е различен за лъчите с различни цветове. Следователно призмата отклонява тези лъчи по различен начин.

Всеки отделен цвят на дъгата е чист и не може да бъде разделен на други цветове. Нютон доказва това експериментално, като изолира тесен лъч от целия спектър и поставя втора призма на пътя му, в която не се получава разцепване.

Сега знаем как призмата разделя бялата светлина на отделни цветове. А в дъгата капките вода действат като малки призми.

Но ако осветите с фенерче CD, работи малко по-различен принцип, несвързан с пречупването на светлината през призмата. Тези принципи ще бъдат изучавани допълнително в уроците по физика, посветени на светлината и вълновата природа на светлината.

Геометрична оптика

Геометричната оптика е клон на оптиката, който изучава законите на разпространение на светлинната енергия в прозрачни среди въз основа на концепцията за светлинен лъч.

Светлинният лъч не е лъч светлина, а линия, показваща посоката на разпространение на светлината.

Основни закони:

1. Закон за праволинейното разпространение на светлината.

Светлината се разпространява по права линия в хомогенна среда. Правото на разпространение на светлината обяснява образуването на сянка, тоест място, където светлинната енергия не прониква. Източниците с малки размери създават рязко дефинирана сянка, докато източниците с големи размери създават сенки и полусянка в зависимост от размера на източника и разстоянието между тялото и източника.

2. Закон за отражението. Ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение.

Падащият лъч, отразеният лъч и перпендикулярът към границата между двете среди, възстановени в точката на падане на лъча, лежат в една и съща равнина

b-ъгъл на падане c-ъгъл на отражение d-перпендикуляр, спуснат до точката на падане

3. Закон за пречупване.

На границата между две среди светлината променя посоката на своето разпространение. Част от светлинната енергия се връща в първата среда, тоест светлината се отразява. Ако втората среда е прозрачна, тогава част от светлината при определени условия може да премине през границата на средата, като по правило променя и посоката на разпространение. Това явление се нарича пречупване на светлината.

b-ъгъл на падане c-ъгъл на пречупване.

Падащият лъч, отразеният лъч и перпендикулярът към границата между двете среди, възстановени в точката на падане на лъча, лежат в една и съща равнина. отношението на синуса на ъгъла на падане към синуса на ъгъла на пречупване е постоянна стойност за две дадени среди.

Константата n се нарича относителен коефициент на пречупване или коефициент на пречупване на втората среда спрямо първата.

Пътят на лъчите в триъгълна призма

Оптичните инструменти често използват триъгълна призма, изработена от стъкло или други прозрачни материали.

Пътят на лъчите в напречното сечение на триъгълна призма

Лъч, преминаващ през триъгълна стъклена призма, винаги се стреми към нейната основа.

Ъгълът се нарича ъгъл на пречупване на лъча, който зависи от показанието на пречупването n на призмата b. Оптичните призми под формата на равнобедрен правоъгълен триъгълник често се използват в оптическите инструменти . Използването им се основава на факта, че граничният ъгъл на пълно отражение за стъклото е 0 = 45 0