Тема. Отражение и преломление света
План
1. Отражение. Законы отражения.
2. Преломление. Законы преломления.
Отражение света.
Кроме источников света, мы видим и тела, которые источниками света не являются. Происходит это потому, что свет отражается от поверхности тела и человеческий глаз реагирует именно на этот отражённый свет. Закон отражения света, так же как и закон распространения света, был известен ещё Евклиду и Архимеду, а во II в. Клавдий Птолемей проверил его экспериментально.
Хорошо всем знакомое зеркало обладает замечательной отражательной способностью. При помощи зеркала в солнечный день можно пускать солнечные зайчики — световые пятна на стенах, потолке и т. п. Это явление объясняется тем, что попадающие на зеркальную поверхность световые лучи отражаются от неё и меняют своё направление.
· Явление, при котором световой луч, дойдя до границы раздела двух сред, изменяет направление своего распространения, называется отражением.
Изобразим поверхность раздела двух сред (воздух — зеркало) в виде прямой MN. На неё из точки S падает пучок света. Его направление задано лучом SO, который называют падающим лучом. Луч ОВ— отражённый луч. Из точки падения луча О проведём перпендикуляр ОС к поверхности MN. Угол между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения луча называют углом падения (угол α). Угол между отражённым лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения луча называют углом отражения (угол β).
Виды отражения: зеркальное и рассеянное отражение света
Если пучок параллельных световых лучей падает на гладкую плоскую поверхность, то отражённые лучи будут также параллельны друг другу. Такое отражение называют зеркальным. Зеркальное отражение, получается от гладкой металлической поверхности. Причем, отражение является зеркальным, если размеры шероховатостей поверхности во много раз меньше длины световой волны.
В действительности абсолютно гладких поверхностей не существует, поэтому говорить о том, гладкая поверхность или нет, можно только с некоторой степенью приближения.
Если пучок параллельных лучей падает на шероховатую поверхность, то отражённые лучи уже не будут параллельными. Шероховатая поверхность обычно представляет собой маленькие плоские участки, которые расположены под разными углами друг к другу. Именно поэтому отражённые световые лучи будут направлены в разные стороны. Такое отражение света называют рассеянным или диффузным. Причем, отражение является диффузным, если размеры шероховатостей поверхности во много раз больше длины световой волны.
Законы отражения света
Закон
Луч падающий, луч отражённый и перпендикуляр, восстановленный в точку падения луча, лежат в одной плоскости;
Закон
Угол падения равен углу отражения: ∠α = ∠β (смотри рисунок выше)
Закон отражения света упоминается в знаменитом труде Евклида «Начала» наряду с основами геометрии, которая сегодня носит название «евклидова геометрия».
Преломление света.
Вы уже знаете, что свет, падая на границу раздела двух сред, частично отражается от неё. Если среда прозрачна, то часть света может пройти сквозь неё. В этом случае наблюдается явление преломления света.
· Явление, при котором световой луч, дойдя до границы раздела двух сред, не изменяет направление своего распространения, называется преломлением.
Преломление света мы часто наблюдаем в нашей жизни. Ложка или трубочка, опущенная в стакан с водой, кажется надломленной на границе воды и воздуха. Это объясняется тем, что световой пучок при переходе из одной среды в другую не меняет своё направление.
Обозначим линию раздела двух сред (воздух — вода) MN. Пусть на эту поверхность из точки S падает пучок света. Его направление задано лучом SO. Луч SO — падающий луч. При попадании светового луча на границу раздела двух сред наблюдается его преломление. Луч ОВ называют преломлённым лучом. Из точки падения луча О проведём перпендикуляр ОС к поверхности раздела двух сред. Угол между падающим лучом и перпендикуляром к поверхности раздела двух сред в точке падения луча называют углом падения (угол α). Угол между преломлённым лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения луча называют углом преломления (угол γ).
Оптическая плотность среды
Различие углов падения и преломления обусловлено тем, что скорость распространения света в различных средах различна.
Говорят, что чем больше скорость распространения света в среде, тем меньше её оптическая плотность. Стекло и воздух имеют разную оптическую плотность, т. е. скорость распространения света в стекле меньше, чем в воздухе. Поэтому оптическая плотность стекла больше, чем оптическая плотность воздуха. Оптическая плотность воды также больше оптической плотности воздуха.
Проводя опыты, Снеллиус сделал следующие выводы:
· чем больше угол падения, тем больше угол преломления;
· при переходе луча света из воздуха в стекло угол преломления меньше угла падения;
· при переходе луча света из стекла в воздух угол преломления больше угла падения.
Только в середине XVII веке стало понятно, что преломление света на границе двух сред объясняется различием их оптических плотностей.