Определение преломления света
С явлением преломления света мы уже знакомы.
Когда на границу раздела двух прозрачных сред падает луч света или световой поток, то частично этот поток отражается, а частично проходит в другую прозрачную среду (рис. 1).
Рис. 1. Преломление света
Явление преломления света играет важную роль в нашей жизни, преломление имеет важнейшее практическое значение при определении свойств данных прозрачных сред.
Законы преломления света
Закон преломления дает возможность определять качества прозрачных сред.
Первая часть закона преломления
Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точку падения к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости.
Вторая часть закона преломления
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред (рис. 2).
Рис. 2. Вторая часть закона преломления
У нас есть две среды. Предположим, что первая среда – это воздух, а вторая среда – стекло (рис. 3).
Рис. 3. Среды
От точечного источника света на стеклянную поверхность падает луч. Угол падения отсчитывается от перпендикуляра, восставленного в точку падения луча. То есть 
– это угол падения луча. Частично этот луч отражается, а частично проходит внутрь второй прозрачной среды. При этом он изменяет свое направление. Это явление и называется преломлением света. 
тоже отсчитывается от перпендикуляра и называется углом преломления. Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точку падения, лежат в одной плоскости.
То же можно сказать о луче, который выходит из стеклянной пластины, ведь внутри пластины свет доходит до границы раздела, но теперь уже стекло – воздух, преломляется и выходит из этой пластины. Поэтому здесь тоже наблюдается явление преломления света.
|
|
Показатель преломления среды
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная. Эта величина обозначается латинской буквой 
и называется показателем преломления среды.
– показатель преломления среды.
Если угол падения будет меняться, то и угол преломления будет меняться таким образом, что отношение 
к 
останется тем же.
Практическое применение показателя преломления среды
Показатель преломления является одной из очень важных характеристик прозрачной среды.
На сегодняшний день показатель преломления является основной характеристикой, по которой можно различать сорта стекла, различные драгоценные камни.
В различных средах будут свои на сегодняшний день точно определенные показатели преломления.
Существует определение оптической плотности среды. Скорость света в различных средах различна. Самая большая скорость – это скорость распространения света в вакууме (рис. 4).
Рис. 4. Скорость распространения света в вакууме
Если свет переходит в другую среду, скорость света изменяется, уменьшается.
Оптическая плотность среды
Оптическая плотность среды
Оптическая плотность среды характеризуется распространением светового луча в среде. Оптически более плотной является та среда, в которой скорость света меньше.
Если сравнить воздух и стекло, то стекло будет оптически более плотной средой, чем воздух.
Показатель преломления характеризует отношение скорости света в одной среде относительно другой среды.
|
|
Рассмотрим два уравнения:
Отношение синуcа угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная и называется показателем преломления среды.
Физический смысл показателя преломления
Но, с другой стороны, показатель преломления характеризует нам отношение скорости света в первой среде к скорости света во второй среде:
Определяется показатель преломления по отношению среды менее оптически плотной к более оптически плотной. То есть скорость света в первой среде больше, чем скорость света во второй среде.
В результате показатель преломления больше единицы. Физический смысл показателя преломления: он говорит, как меняется скорость света при переходе из одной среды в другую.
Показатель преломления – величина безразмерная. Он показывает, во сколько раз скорость света в одной среде отличается от скорости света в другой среде (табл. 1).
Таблица 1. Показатели преломления
Самый большой показатель преломления у алмаза, 
. То есть при переходе из воздуха в алмаз скорость света уменьшается в 2,42 раза. Для воды показатель преломления составляет 
, то есть при переходе из воздуха в воду скорость света уменьшится в 1,33 раза.
А вот сорта стекол на сегодня настолько различны, что показатель преломления колеблется от 1,4 до 2,2.
Обратим внимание на то, что у алмаза показатель преломления 2,4, а у некоторых сортов стекла – 2,2. Поэтому трудно отличить хорошо сделанную стеклянную подделку от алмаза. Это можно сделать только при помощи показателя преломления.
|
|
Полное внутреннее отражение
Необходимо также отметить явление, которое называется полным внутренним отражением (рис. 5).
Рис. 5. Полное внутреннее отражение
Явление полного внутреннего отражения дает возможность создать и развивать науку, которая называется волоконной оптикой.
Вывод
На этом уроке вы познакомились с преломлением света, определением преломления света, узнали законы преломления света, что такое показатель преломления среды, а также познакомились с практическим применением показателя преломления среды.