Что такое n21 в физике

ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЬ

относительный двух сред n21, безразмерное отношение скоростей распространения оптического излучения (с в е т а) в первой (c1) и во второй (с2) средах: n21=с1/с2. В то же время относит. П. п. есть отношение синусов у г л а п а д е н и я j и у г л а п р е л о м л е н и я c на границе раздела этих сред: n21=sinj/sinc (см. ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА). Если первой средой служит вакуум (в к-ром скорость света c0»3•1010 см/с), то П. п. относительно него наз. абсолютным: n=с0/с. Относит. П. п. есть отношение абс. П. п. сред: n21:=n2/n1.

П. п. зависит от длины волны l (частоты n) излучения (см. ДИСПЕРСИЯ СВЕТА). С диэлектрической проницаемостью и магнитной проницаемостью среды el и ml, зависящими от l, абс. П. п. связан выражением nl=?elml. Абс. П. п. среды определяется поляризуемостью составляющих её ч-ц (см. КЛАУЗИУСА — МОССОТТИ ФОРМУЛА, ЛОРЕНЦ — ЛОРЕНЦА ФОРМУЛА, РЕФРАКЦИЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ), а также структурой среды и её агрегатным состоянием. Для сред, обладающих оптической анизотропией (естественной или индуцированной), П. п. зависит от направления распространения излучения и состояния его поляризации (см. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА). Типичными анизотропными средами являются мн. кристаллы (см. КРИСТАЛЛООПТИКА). Среды, поглощающие излучение, описывают комплексным П. п. n»n(1+ic), где член, содержащий только n, соответствует направленному пропускания, а и = kl/4p характеризует поглощение (k — поглощения показатель среды; (см. МЕТАЛЛООПТИКА, ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .

ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЬ

(преломления коэффициент) — оптич. характеристика среды, связанная с преломлением света на границе раздела двух прозрачных оптически однородных и изотропных сред при переходе его из одной среды в другую и обусловленная различием фазовых скоростей распространения света и в средах. Величина П. п., равная отношению этих скоростей наз. относительным

П. п. этих сред. Если свет падает на вторую пли первую среду из вакуума (где скорость распространения света с), то величины н наз. абсолютными П. п. данных сред. При этом а закон преломления может быть записан в виде где и — углы падения и преломления.

Величина абсолютного П. п. зависит от природы и строения вещества, его агрегатного состояния, темп-ры, давления и др. При больших интенсивностях П. п. зависит от интенсивности света (см. Нелинейная оптика). У ряда веществ П. п. изменяется под действием внеш. электрич. поля (Керра эффект— в жидкостях и газах; электрооптич. Поккельса эффект — в кристаллах).

Для данной среды П. п. зависит от длины волны света l, причём в области полос поглощения эта зависимость носит аномальный характер (см. Дисперсия света). В рентг. области П. п. практически для всех сред близок к 1, в видимой области для жидкостей и твёрдых тел — порядка 1,5; в ИК-области для ряда прозрачных сред 4,0 (для Ge).

Анизотропные среды характеризуются двумя П. п.: обыкновенным (аналогично изотропным средам) и — необыкновенным, величина к-рого зависит от угла падения луча и, следовательно, направления распространения света в среде (см. Кристаллооптика). Для сред, обладающих поглощением (в частности, для металлов), П. п. является комплексной величиной и может быть представлен в виде где га — обычный П. п., — показатель поглощения (см. Поглощение света, Металлооптика).

П. п. является макроскопич. характеристикой среды и связан с её диэлектрической проницаемостьюн магн. проницаемостью Классич. электронная теория (см. Дисперсия света )позволяет связать величину П. п. с микроскопич. характеристиками среды — электронной поляризуемостью атома (или молекулы) зависящей от природы атомов и частоты света, и плотностью среды: где N — число атомов в единице объёма. Действующее на атом (молекулу) электрич. поле световой волны вызывает смещение оптич. электрона из положения равновесия; атом приобретает индуциров. дипольный момент изменяющийся во времени с частотой падающего света, и является источником вторичных когерентных волн, к-рые. интерферируя с падающей на среду волной, образуют результирующую световую волну, распространяющуюся в среде с фазовой скоростью и потому

Интенсивность обычных (не лазерных) источников света относительно невелика, напряжённость электрич. поля световой волны, действующего на атом, много меньше внутриатомных электрич. полей, и электрон в атоме можно рассматривать как гармонич. осциллятор. В этом приближении величина и П. п.

являются величинами постоянными (на данной частоте), не зависящими от интенсивности света. В интенсивных световых потоках, создаваемых мощными лазерами, величина электрич. поля световой волны может быть соизмерима с внутриатомными элект-рич. полями и модель гармония, осциллятора оказывается неприемлемой. Учёт ангармоничности сил в системе электрон — атом приводит к зависимости поляризуемости атома а следовательно и П. п., от интенсивности света. Связь межу и оказывается нелинейной; П. п. может быть представлен в виде

где — П. п. при малых интенсивностях света; (обычно принятое обозначение) — нелинейная добавка к П. п., или коэф. нелинейности. П. п. зависит от природы среды, напр. для силикатных стёкол

На П. п. влияет высокая интенсивность ещё и в результате эффекта электрострикции, изменяющего плотность среды, высокочастотного эффекта Керра для анизотропных молекул (в жидкости), а также в результате повышения темп-ры, вызванного поглощением излучения. Все эти эффекты прямо пропорциональны интенсивности света и дают вклад в величину

П. п. фоторефрактивных кристаллов (напр., также зависит от интенсивности света в результате возникновения и пространственного перераспределения в кристалле электрич. зарядов; причём изменение П. п. сохраняется довольно долго и после прекращения засветки.

П. п. как оптич. характеристика среды в линейной оптике часто используется при физ.-хим. анализах. П. п. к.-л. вещества обычно измеряется по отношению к воздуху для l = 589-589,6 нм (жёлтый дублет линии натрия), при f = 20, атм. давлении и обозначается Для твёрдых тел величина изменяется в пределах от 1,3 до 4,0, для жидкостей — от 1,2 до 1,9, для газов (при нормальных условиях) — от 1,000035 (Не) до 1,000702 (Хе), для воздуха = 1,00029. Измерение производится с помощью рефрактометров.

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 5 изд., М., 1976; Сивухин Д. В., Общий курс физики, 2 изд., [т. 4] — Оптика, М., 1985. В. И. Малышев,

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

Что такое n21 в физике

Преломление света обусловлено изменением скорости распространения света при переходе излучения из одной среды в другую. Рассмотрим более подробно, как волновая теория объясняет преломление света.

Пусть на поверхность раздела двух прозрачных сред КМ (рис. 29.16) падает пучок параллельных лучей A’В’, фронт волны которых в начальный момент времени занимает положение АС. Если скорость распространения излучения в первой среде v1 больше, чем скорость их распространения v2 во второй среде, то за время t перемещения фронта волны на расстояние CB = v1t в первой среде, во второй среде волны распространяются из точки A по полусфере с радиусом AD = v2t. Следовательно, фронт волны к этому моменту времени займет положение BD и дальше будет перемещаться параллельно самому себе в направлении АА» или ВВ».

Таким образом, при переходе из первой среды во вторую световые лучи преломляются так, что угол преломления β оказывается меньше угла падения i, т. е. лучи приближаются к перпендикуляру AN.

Найдем математическую связь между углами i и β. Из прямоугольного треугольника АВС имеем ВС=АВ sin i, а из треугольника ABD имеем AD = AB sin β. Разделив почленно эти равенства, получим BC/AD = sin i/sin β. Так как BC/AD = v1t/v2t=v1/v2, то:

sin i/sin β =v1v2.(29.3)

Поскольку отношение скоростей света для двух определенных сред есть величина постоянная, ее обозначают n21 и называют показателем преломления второй среды относительно первой:

Из сопоставления формул (29.3) и (29.4) получаем:

sin t/sin β =n21. (29.5)

Справедливость формулы (29.5) можно проверить на опытах с оптической шайбой (рис. 29.17). При этом можно убедиться еще и в том, что падающий и преломленный лучи находятся в одной плоскости с отраженным лучом.

Итак, преломление света подчиняется двум законам.

1. Луч падающий и луч преломленный лежат, в одной плоскости с перпендикуляром, восставленным в точке падения луча к поверхности раздела двух сред.
2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для двух данных сред есть величина постоянная:

Из второго закона следует, что при увеличении угла падения увеличивается и угол преломления (но не пропорционально).

Падающий и преломленный лучи обладают обратимостью, т. е. если падающий луч в первой среде, изображенный на рис. 29.18, а, направить по пути преломленного луча во второй среде, то после преломления он пойдет по пути падающего луча (рис. 29.18, б). (Докажите это сами.) Следовательно, когда луч света переходит из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную, то он удаляется от перпендикуляра. Ясно, что числовое значение показателя преломления в этом случае будет меньше единицы.

Именно удалением световых лучей от перпендикуляра при преломлении объясняется кажущееся уменьшение глубины водоема, когда человек смотрит в воду (рис. 29.19, а). Если на дне водоема лежит камень К на глубине h, то человек видит мнимое изображение камня K1 на глубине h1. (Покажите, что h : h1 = n, где n.— показатель преломления воды относительно воздуха.)

Когда человек смотрит в воду сбоку, то камень кажется смещенным еще и в горизонтальном направлении (к наблюдателю), так как человек видит мнимое изображение камня (рис. 29.19, б), положение которого зависит от угла падения лучей, попадающих в глаз.

Если лучи света падают на поверхность раздела прозрачных сред перпендикулярно к этой поверхности, то они проникают в другую среду, не преломляясь.

Закон преломления света

Эксперименты показывают, что в однородных средах свет распространяется прямолинейно. Падая на границу раздела двух сред, свет частично отражается, а также частично проходит через границу раздела и распространяется во второй среде. Изменение направления светового луча, возникающего на границе двух сред, называется преломлением (рефракцией).

Принцип Гюйгенса

Для объяснения механизма распространения световых волн, нидерландский ученый Христиан Гюйгенс в 1678 г. сформулировал принцип (постулат, т.е. утверждение принимаемое за истинное без доказательств), названный его именем. Принцип состоит из двух основных положений:

• Каждая точка среды, до которой дошла световая волна, сама становится источником вторичных волн;
• Поверхность, касательная ко всем вторичным волнам, представляет собой волновую поверхность в следующий момент времени. Фронт волны – это огибающая фронта вторичных волн.

На представленном рисунке изображен фронт световой волны, распространяющийся со скоростью v в два момента времени — t и t+ Δt. Видно, что точки волны в момент времени t являются источниками вторичной волны в момент времени t+ Δt.

Как отражается свет

Из принципа Гюйгенса следует закон отражения света, который формулируется так:

Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Угол падения α равен углу отражения β.

Как преломляется свет

Угол γ, образованный преломленным лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред, проведенным через точку падения луча, называется углом преломления. Видно, что угол γ не равен углу α.

Закон преломления света был экспериментально открыт в ХVII веке нидерландским физиком Снеллиусом, и формулируется так:

• падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред к точке падения луча, лежат в одной плоскости;
• отношение синуса угла падения к синусу угла преломления — постоянная величина для двух данных сред.

Формула закона преломления света, количественно описывающая соотношение синусов углов падения и преломления, выглядит так:

где n₂₁ — физическая величина, называемая относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Эта формула также называется в честь своего первооткрывателя законом Снеллиуса.

Ярким примером явления преломления света является кажущийся излом чайной ложки в стакане воды на границе раздела воздух-вода.

Что такое относительный показатель преломления

Экспериментально установлено, что отличие угла преломления от угла преломления связано с изменением скорости распространения световой при переходе из одной среды в другую. Физический смысл показателя преломления — это отношение скорости распространения волн в первой среде v₁ к скорости их распространения во второй среде v₂:

Показатель преломления n среды относительно вакуума называется показателем преломления этой среды:

где c — скорость света в вакууме, v — скорость света в данной среде.

Экспериментально доказано, что скорость света в вакууме является максимальной скоростью распространения в природе. Значение c равно 300 000 км/сек. Поэтому показатели преломления всех веществ больше единицы.

Таким образом относительный показатель преломления n₂₁ в формуле закона Снеллиуса равен отношению показателей преломления сред n₁ и n₂:

Из двух сред та среда, которая имеет меньшее значение показателя преломления, называется оптически менее плотной средой. Если свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, то угол преломления меньше угла падения .

Что мы узнали?

Итак, мы узнали что происходит со световой волной, падающей на границу раздела двух сред с разными показателями преломления. Принцип Гюйгенса, закон Снеллиуса и знание величин показателей преломления позволяют определить углы отражения и преломления на границе раздела двух сред.

Преломление света. Законы преломления.

Образовательная: углубить и систематизировать знания учащихся об особенностях распространения света на границах раздела двух сред. Познакомить учащихся с законами преломления света.

Воспитательная: формировать материалистическое мировоззрение учащихся, содействие в ходе урока формированию идеи познаваемости мира;

воспитание самостоятельности, ответственности.

развитие интереса к предмету и потребности к углублению и расширению знаний.

Развивающие: совершенствовать интеллектуальные способности и мыслительные умения учащихся; развивать умение видеть физические явления в окружающем мире. Формирование умения применять теоретические знания для решения практических задач

Приборы и материалы: комплект учебный для изучения законов геометрической оптики, таблица Брадиса, презентация, компьютер, проектор.

Здравствуйте ребята! Сегодня мы с вами отправляемся в небольшое путешествие на скором поезде под названием «Оптика». Но для того чтобы отправиться в путь необходимо приобрести билеты. Для это нужно письменно ответить на вопросы.

1. Что называется световым лучом?

2. Кто открыл закон прямолинейного распространения света?

3. В чем состоит суть закона прямолинейного распространения света?

4. Какие бывают источники света?

5. Напишите законы отражения света?

Изучение нового материала.

Я надеюсь, что вы все приобрели билеты и никто «зайцем» не едет. Ну что ж отправляемся в путь. И первая остановка называется «ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА». Ранее уже говорилось, что при попадании пучка света на границу раздела двух сред пучок раздваивается: одна его часть возвращается в первую среду (и это явление называется ОТРАЖЕНИЕМ), а другая – проникает во вторую среду, изменив свое направление (это явление называется ПРЕЛОМЛЕНИЕМ).

Запишем определение (слайд 3):

Преломлением света называется изменение направления распространения света при его прохождении через границу раздела двух сред

Для того чтобы вывести законы преломления возьмите комплекты для изучения законов геометрической оптики. Поставьте на пути света призму. По наблюдениям можно сказать, что преломленные лучи изменяют свои направления по мере поворачивания призмы. Сделаем чертеж и обозначим углы падения, отражения и преломления.

Теперь выведем законы преломления света.

Законы преломления (слайд 5):

1. Падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения лежат в одной плоскости.

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред.

где n21 — относительный показатель преломления

второй среды относительно первой .

Теперь запишем физический смысл относительного показателя преломления:

Относительный показатель преломления показывает во сколько раз скорость света во второй среде меньше, чем в первой среде.

Показатель преломления вещества относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления.

n 1 = c / v 1 , n 2 = c/v2, n2,1 = n2/n1

где n 1 и n 2 – абсолютные показатели преломления первой и второй сред.

Для того чтобы рассчитывать показатель преломления необходимо знать скорость света в воздухе. Она равна 300000 км/с. В других средах она имеет меньшее значение. Все зависит от плотности среды, в которую попадает свет. Рассмотрим пример (слайд 8).

Закрепление.

Отправляемся далее. Следующая станция называется «ВОПРОСНАЯ».

Для того чтобы отправиться в путь необходимо ответить на ряд вопросов по нашей сегодняшней теме.

1. Что называется преломлением света?

2. Назовите законы преломления света?

3. От чего зависит показатель преломления среды?

4. Какой угол – падения или преломления – будет больше в случае перехода луча света из воздуха в стекло?

5. Если посмотреть на окружающие тела через теплый воздух, поднимающийся от костра, то они кажутся «дрожащими». Почему?

Молодцы ребята ответили на все вопросы этой станции. Прибываем на конечную станцию «ЗАДАЧНАЯ».

Как вы уже догадались на этой станции решают задачи. Она конечная в нашем путешествии.

1. Определите абсолютный показатель преломления и скорость распространения света в слюде, если при угле падения светового пучка 24˚ угол преломления равен 30˚.

2. Световой пучок переходит из воздуха в воду. Угол падения 76˚, угол преломления 47˚. Определите скорость света в воде.

На этом наше небольшое путешествие заканчивается. До новых встреч на уроках физики.

Д/З параграф 67 стр 216 упражнение 29 №6.