ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
Законы преломления света доказываются с помощью принципа Гюйгенса, рассматривая падающий на границу раздела двух сред свет, как плоскую волну:
1. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для двух данных сред есть величина постоянная
где n – это относительный показатель преломления (иначе показатель преломления второй среды относительно первой)
2. Луч падающий и луч преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром к поверхности раздела двух сред, восстановленным в точке падения луча.
Физический смысл относительного показателя преломления (иначе показателя преломления второй среды относительно первой):
он показывает во сколько раз скорость света в той среде, из которой луч выходит, больше скорости света в той среде, в которую он входит.
Кроме того, каждая среда , через которую проходит луч света, характеризуется абсолютным показателем преломления:
Абсолютный показатель преломления — это показатель преломления среды относительно вакуума .
Он равен отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде.
Среда с меньшим абсолютным показателем преломления называется оптически менее плотной средой.
Для вакуума (воздуха) абсолютный показатель преломления среды = 1.
Таким образом, вакуум обладает наименьшей оптической плотностью.
Ход лучей света в плоскопараллельной пластине
Луч света, проходя через пластину, смещается параллельно своему первоначальному направлению.
При рассматривании предметов через плоскопараллельную пластину они будут казаться смещенными.
Ход лучей света через трехгранную призму
Проходя через трехгранную призму, луч света отклоняется к основанию.
Угол отклонения луча от первоначального направления зависит от преломляющего угла призмы, показателя преломления материала призмы и угла падения:
Другие страницы по теме «Волновая оптика»:
На одной из своих лекций Давид Гильберт сказал:
– Каждый человек имеет некоторый определенный горизонт. Когда он сужается и становится бесконечно малым , он превращается в точку.
Тогда человек говорит: « Это моя точка зрения ».
___
Один слишком навязчивый аспирант довел своего руководителя до того, что тот сказал ему: «Идите и разработайте построение правильного многоугольника с 655 537 сторонами ». Аспирант удалился, чтобы вернуться через 20 лет с соответствующим построением (хранится в архивах в Геттингене).
___
Великий физик Гиббс был очень замкнутым человеком и обычно молчал на заседаниях ученого совета университета, в котором он преподавал. Но на одном из заседаний, когда решался вопрос о том, чему уделять в новых учебных программах больше места – математике или иностранным языкам, он не выдержал и произнес речь: «Математика – это язык!» – сказал он.
Азбука физики
Научные игрушки
Простые опыты
Этюды об ученых
Решение задач
Презентации
Преломление света. Физический смысл показателя преломления
Ранее вы уже знакомились с явлением преломления света. Напомним, что оно заключается в изменении направления распространения света при его переходе из одной среды в другую. Теперь, опираясь на знания о природе света, мы сможем понять физическую причину явления преломления, а также объяснить и некоторые другие световые явления. Также мы повторим формулировку закона преломления света. Узнаем, что называют абсолютным и относительным показателями преломления и как их определить. А также выясним, от чего зависят абсолютный показатель преломления среды и скорость света в ней.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.
Получите невероятные возможности
1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.
2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.
3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ
Конспект урока «Преломление света. Физический смысл показателя преломления»
Вы уже ранее знакомились с явлением преломления света. Напомним, что оно заключается в изменении направления распространения света при его переходе из одной среды в другую.
Давайте вспомним некоторые понятия и законы, связанные с данным явлением. Для этого проведём простой опыт. В центре оптического диска закрепим тонкую стеклянную пластинку и направим на неё узкий пучок света. Как видим, небольшая часть света отразилась от пластинки, а часть света проникает через пластинку, меняя направление своего распространения.
Проведём перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения луча.
Теперь вспомним, что луч света, идущий к границе раздела двух сред, называется падающим лучом.
А угол между падающим лучом и перпендикуляром, восставленным в точке падения луча, называется углом падения.
Луч света, проходящий во вторую среду, называется преломлённым лучом.
А угол между перпендикуляром, восставленным к границе раздела двух сред в точке падения луча, и преломлённым лучом называется углом преломления.
Теперь, опираясь на знания о природе света, мы сможем понять физическую причину явления преломления, а также объяснить и некоторые другие световые явления.
Давайте вспомним основной закон, связанный с данным явлением — закон преломления света. Согласно ему, лучи падающий, преломлённый и перпендикуляр, проведённый к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости. При этом отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред.
Эту величину называют относительным показателем преломления для двух сред. Чем он больше, тем сильнее преломляется свет на границе раздела двух сред.
Если свет переходит в какую-либо среду из вакуума, то отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно абсолютному показателю преломления второй среды (или просто, показателю преломления). В этом случае первой «средой» считается вакуум, абсолютный показатель преломления которого принят за единицу.
Примечательно, что первые упоминания о преломлении света в воде и стекле встречаются в труде Клавдия Птолемея «Оптика», вышедшем в свет во 2 веке нашей эры. А непосредственно сам закон преломления света был открыт опытным путём голландским учёным Виллебрордом Снеллом ещё в 1621 году. Однако результаты многочисленных экспериментов по оптике им опубликованы не были. Позже, после смерти учёного, они были обнаружены в архивах Рене Декартом, который использовал их при изучении формирования одиночных и двойных радуг в 1637 году.
После открытия закона преломления света некоторыми учёными была выдвинута гипотеза о том, что явление преломления света связано с изменением скорости света при переходе из одной среды в другую.
В 1662 году французским математиком Пьером де Ферма, а также независимо от него в 1690 году голландским физиком Кристианом Гюйгенсом, теоретическими рассуждениями была доказана справедливость данной гипотезы. Различными методами они пришли к одному и тому же выводу: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная отношению скоростей света в этих средах.
Из записанного соотношения хорошо видно, что 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 и наоборот.
Обратим внимание на то, что оптическая плотность среды и плотность вещества — это не одно и тоже. Оптическая плотность среды характеризуется скоростью распространения света в ней. В то время, как плотность вещества — это величина, численно равная массе вещества в единице его объёма.
Итак, из теоретических выводов Ферма и Гюйгенса следует, что относительный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света в первой по ходу луча среде отличается от скорости распространения света во второй среде.
Следовательно, абсолютный показатель преломления будет показывать, во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в данном веществе.
Значения абсолютных показателей преломления многих веществ уже давно посчитаны и занесены в таблицы физических справочников. Как видим, значение абсолютного показателя преломления любого вещества больше единицы.
Отсюда следует, что скорость света в любом веществе меньше скорости света в вакууме.
По числовым значениям показателей преломления можно судить и об оптической плотности среды. Например, показатель преломления воды примерно равен 1,33, а кремния — около 4. Значит кремний — среда оптически более плотная, чем вода. Иными словами, из двух сред оптически более плотной считается та, у которой показатель преломления больше (или та, в которой скорость света меньше).
Теперь, на основании волновой теории света, попытаемся объяснить, почему же на границе раздела сред с изменением скорости света меняется и направление распространения световой волны.
Итак, пусть на плоскую поверхность раздела двух сред (например, воздух—вода) падает плоская световая волна, фронт которой мы обозначим АВ.
Если угол падения волны отличен от нуля, то различные точки фронта волны достигнут границы раздела сред в разное время. Первой до границы раздела доходит точка А фронта волны. Когда же границы раздела достигнет точка B, перемещаясь с прежней скоростью, точка А двигаясь в воде с меньшей скоростью, пройдёт меньшее расстояние, достигнув точки A’. Как следствие, фронт волны в воде окажется повёрнутым на некоторый угол по отношению к фронту волны в воздухе. Тогда и вектор скорости, который всегда перпендикулярен фронту волны и совпадает с направлением её распространения, повернётся на тот же угол, приближаясь к перпендикуляру, проведённому к границе раздела сред. При этом угол преломления света оказывается меньше угла падения. Примерно вот так и происходит преломление света.
Кстати, на основании похожих рассуждений о волновой природе света, Гюйгенсом и был выведен закон преломления света.
Из нашего рисунка также видно, что при переходе света из одной среды в другую меняется и его длина волны. Так при переходе из оптически менее плотной среды в среду оптически более плотную, длина волны уменьшается. Это согласуется с известной нам формулой, связывающей скорость волны с её длиной и частотой колебаний, которая, как известно, не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе света из одной среды в другую. Поэтому уменьшение скорости распространения волны влечёт за собой уменьшение её длины.
Интересно, что преломление света на границе двух сред даёт парадоксальный зрительный эффект: пересекающие границу раздела прямые предметы в более плотной среде выглядят образующими больший угол с нормалью к границе раздела (то есть преломлёнными «вверх»); в то время как луч, входящий в более плотную среду, распространяется в ней под меньшим углом к нормали (то есть преломляется «вниз»).
Этот же оптический эффект приводит к ошибкам в визуальном определении глубины водоёма, которая всегда кажется меньше, чем есть на самом деле.
В заключении урока отметим, что в настоящее время существуют материалы с отрицательным показателем преломления. Их называют метаматериалами. Гипотезу об их существовании высказал в 1967 году советский физик Виктор Григорьевич Веселаго. А существование подобных материалов было доказано в 2000 году англичанином Джоном Пендри и американцем Дэвидом Смитом.
Метаматериал представляет собой композиционный материал, свойства которого обусловлены не столько свойствами составляющих его элементов, сколько искусственно созданной периодической структурой. Они представляют собой искусственно сформированные и особым образом структурированные среды, обладающие электромагнитными или акустическими свойствами, сложнодостижимыми технологически, либо не встречающимися в природе.
Преломление света. Физический смысл показателя преломления
мы продолжаем обсуждать взаимодействие светового пучка с границей раздела двух сред помните когда мы их изображали падении пучка на границу раздела двух сред мы обнаружили что часть светового пучка отражается а часть уходит внутрь 2 среды и сегодня мы поговорим именно о второй части светового пучка у преломленный лучи тема урока звучит так преломления света законы преломления тема преломление света . законы преломления домашнее задание у вас уже есть так что давайте сразу приступим к делу для того чтобы про изучить преломление света мы воспользуемся вот этим оптических дисков или шайбой гарт для сейчас она более цивилизованно устроена лазер укреплен на штативе и мы можем изменять направление падающего пучка вот давайте сейчас посмотрим так выглядит луч подающий часть света падает часть отражается свет падает часть отражается и сейчас нас будет интересовать вот этот преломленный луч давайте прежде всего нарисуем картинку и покажем некоторые элементы этого рисунка на чертеже и договоримся о в определенных обозначениях и так свет падает на границу раздела двух сред верхней мы назовём первый нижнюю 2 в нашем случае нижняя среда это пластик или стекло падающий луч пунктиром я покажу отраженный луч сегодня у нас не интересует затем построим перпендикуляр границе раздела двух сред проходящей через точку падения вот эта точка падения и покажем преломленный луч падающий луч преломленный луч преломленный лучи как называется вот этот угол это угол падение мы уже знаем альфа угол падения а вот этот угол обозначить его двумя дужками и буквой b то мы назовем углом преломления угол преломления угол преломления из этой картинки которая построена на основании опыта видно что в отличие от угла отражения гоман угол преломления мне равен углу падение они разные и вот возникает вопрос как же связаны между собой эти углы во первых во вторых можно сформулировать еще один закон преломления который мы сначала и сформулируем он менее интересен это первый закон преломления очень похожий на первый закон отражение вспоминаем первый закон отражения ночь падающий луч отраженный и перпендикуляр к отражающей поверхности проходящей через точку падения лежат в одной плоскости достаточно заменить слово отражающая поверхность на преломляющую поверхность или просто границу раздела двух прозрачных сред и заменить угол и заменить при ламы и отраженный луч на преломлению у нас получится первый закон преломления запишем первый закон преломления первый закон преломления падающий луч , падающий луч , преломленный луч и перпендикуляр к преломляющей поверхности и перпендикуляр к преломляющей поверхности проведенный через точку падения лежат в одной плоскости падающий луч и преломленный луч и перпендикуляр к преломляющие поверхности проведенный через точку падения лежат в одной плоскости это первый закон преломления второй закон преломления связывает угол падения и угол преломления то есть он является аналогом второго закона отражения в случае второго закон отражения мы уже говорили угол отражения равен углу падения а здесь они разные попробуем разобраться как они связаны самая простая зависимость это прямо пропорционально может быть угол преломления просто в какое-то количество раз меньше угла падения давайте это проверим но для этого нам необходимо поставить опыт опыт это самое главное физики вот этот оптический диск мы сейчас разместим так чтобы его можно было групп на видеть с помощью видеокамеры теперь таблица нам понадобится таблица мы будем задавать различные углы падения и измерять соответствующие увы преломления и еще оставим себе немножко вместо правой части и так таблица будет состоять из пяти колонок первое угол падения alfa 2 угол преломления бета и еще три колонки здесь пока писать ничего не будем оставим интригу мы будем придавать в сбу падения следующие значения 15 градусов 30 градусов 45 градусов 60 градусов и 75 градусов 75 градусов вот так и измерять угол преломления правда пока вы переписываете эти значения я настроил аппаратуру отлично виден угол падения и угол преломления начинаем с проверки когда угол падения равен нулю коткин должен быть угол отражения 0 значит если у меня вот эта поверхность правильно расположено то вот отраженный луч при нормальном падении свет должен вернуться по пути падающий луч а вот так так оно и получилось значит аппаратура настроена какова цена деление вот этой шкалой смотрите 1 2 это 0 как раз два три 4 5 6 7 8 9 9 делений на 90 градусов 1 грамм одно деление 10 градусов цена деления 10 градусов устанавливаем угол 15 градусов смотрим это угол падения какой угол преломления 10 градусов записываем угол преломления 10 градусах устанавливаем угол падения 30 градусов помните я высказывал гипотезу предположению состоящую в том что угол преломления пропорционален углу падения мы видим что здесь в полтора раза разница значит если моя гипотеза верна то когда мы удваиваем угол падения у нас должен удвоиться и угол преломления то есть мы ожидаем получить что 20 градусов было 10 стало 20 устанавливаем угол падения 30 градусов и тут мы обнаруживаем что угол преломления чуточку больше 20 градусов до видите небольшое дополнительное значение угла 21 градус может это просто не точное измерение вся к моей груди попробуем спасти нашу гипотезу 45 градусов это в три раза больше чем 15 значит мы ожидаем получить здесь не угол в 30 градусов угол в 30 градусов увеличиваем до 45 градусов что у нас получается очень близко к 30 градусам очень близко к 30 градусов пока что трудно говорить о том что наша гипотеза не подтвердилась 30 градусов ничего не поделаешь эксперимент есть эксперимент 60 градусов если 60 градусов угол падения то если наша гипотеза верна должно получиться в 4 раза больше чем 10 то есть сколько 40 ну-ка давайте выставим 60 градусов вот 60 градусов это 40 это 30-то 60 какое нас угол получился 10 20 30 где-то примерно 37 градусов 37 отнюдь не 40 то есть угол начал отставать пошли дальше попробуем установить угол 75 градусов вот угол 75 градусов так нам нужно только чуть-чуть подвинуть видите . падения у нас не там где положено повернем немножко лазер так сколько у нас получилось 10 20 30 40 примерно 41 градуса 41 градус во сколько раз отличаются эти умы в 5 углы падения угол падение увеличили в 5 раз а угол преломления увеличился меньше чем в пять раз значит закон прямой пропорциональности не работает в одиннадцатом классе мы с вами докажем то что сейчас просто будет объявлена давайте сейчас найдем синус угла падения и синус угла преломления калькулятор у вас есть сейчас я своему слову или 100 свое синусы на калькуляторе у кого калькулятор синуса есть андрей давай доске в томске акт устрица так здесь у нас будет синус угла синус 15 градусов давай покажи давай три знака 0 250 90 259 хорошо дальше синус 30 градусов ты больше его брать кто знает чему равен синус 30 градусов 05 можно не считать 0500 синус 45 градусов корень из двух пополам 0 707 это я просто помню наизусть синус 60 градусов сколько корень из 3 пополам насколько это больше 0 860 60 866 синус 75 градусов 60 966 точно мой 966 спасибо андрей садись пожалуйста так у кого еще есть калькулятор синусами грома уже была сегодня у доски пожалуйста максить давайте найдем синус угла тета синус 10 градусов носите 730 174 вещи таноса 60 174 синус 21 градуса 70 80 358 синус 30 градусов мы помним еще 0,5 синус 37 градусов . 600 20 602 есть синус 41 градуса на 60 60 650 60 656 так садись максим теперь давайте найдем отношение синуса угла падения к синусу угла преломления так саша пожалуйста с калькулятором делим синус угла падения на синус угла преломления 149 149 теле синус 0 5 на 0 358 надеть 3144 мечты 140 так дальше 0 707 делим на 0 5 это вот 141 потому что мы тут четверка но если округлить до трех значащих цифр будет 140 комет на самом деле тут 1 41 42 и еще что-то 0 866 делить на ноль 602 а день , своем 444 есть и наконец 0 966 разделим на 0 656 147 спасибо саше присаживайся что мы с вами видим прямая пропорциональность не связывает эти углы но отношение синуса угла падения как синус угла преломления везде примерно но это же где-то чуть больше 1 и 4 между 1 и 4 1 и 5 мы измеряем вы очень грубо вы видели что цена отделении нашего угла мерного прибора было 10 градусов значит если бы тесто время честным то точность с которой мы измеряем должна быть заявлена как 5 градусов конечно на самом деле мы точнее измерять плюс минус один градус но тем не менее мы можем установить такой факт отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная мы с вами использовали в качестве второй среды пластик прозрачный оргстекло в качестве 1 воздух оказывается если бы мы взяли вторую среду какую-нибудь другую воду просто стекло хрусталь алмаз мало ли еще какие прозрачные среды керосин то все равно отношению синуса угла падения в синус угла преломления было до примерно одним и тем же при эксперименте а теоретическая это было бы постоянная величина то что это постоянно начинаем с вами в одиннадцатом классе докажи а пока что нужно понять что эта величина будет постоянная но для каждых двух средств это отношения будет свое для нашего случая это где то в среднем 145 для стекла это будет где то 15 16 может быть один из тем оказывается зависит от сорта стекла для воды это будет 133 для алмаза это будет 2 целых 41 то есть отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред и наверное у нее есть свое название она называется относительный показатель преломления второй среды по отношению к 1 и так то что я сейчас сказал это есть второй закон преломления его еще называют закон снеллиуса или сны для или смело это английский ученый который установил этот закон его вообще-то зовут мел заключенные в средние века и в позднее средневековье брали себе латинские версии своей фамилии например декарт назывался как карта easeus вот смел называл себя сна или узко и так второй закон преломления или закон снеллиуса запишем словами а потом формулой отношение синуса угла падения отношениях синуса угла падения к синусу угла преломления отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред есть величина постоянная для данных двух сред величина постоянная для данных двух свет и называя моя и называли моя относительным показателем преломления второй среды относительно 1 и называемая относительным показателем преломления второй среды относительно 1 относительно показателем преломления второй среды относительно 1 теперь можем записать форму отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред и называемая относительным показателем преломления второй среды относительно 1 n 21 так обозначается относительный показатель преломления поясним здесь относительный показатель преломления второй среды относительно 1 относительно показали преломления второй среды относительно 1 какой же физический смысл имеет это отношения мы докажем с вами это в одиннадцатом классе исходя из того что свет волна и оказывается что физический смысл относительного показания преломлять от показателя преломления состоит в следующем относительный показатель преломления показывает во сколько раз скорость света во второй среде меньше чем в первой запишем физический смысл относительного показателя преломления физический смысл относительного показателя преломления : физический смысл относительного показателя преломления : относительный показатель преломления показывает относительный показатель преломления показывает во сколько раз скорость света во второй среде меньше скорости света в 1 показывает во сколько раз скорость света во второй среде меньше чем скорость света в 1 скорость света во второй среде меньше чем скорость света в 1 скорость света мы будем с вами обозначать буквой c давайте сделаем так скорость света в первой среди обозначим с с индексом 1 скорость света во второй среде обозначим с индексом 2 это маленькая буква ц и теперь попробуем поработать с этими величинами смотрите что получается относительный показатель преломления равные отношению скоростей c1 и c2 не очень удобная величина n21 равняется c 1 делить на c 2 почему это неудобно и она безразмерное то наоборот так радоваться нужно ребята сколько существует пар разных сред огромное количество две среды воздух вода воздух стекло воздух алмаз вода стекло вода алмаз и так далее так далее все возможные комбинации мы можем конечно измерить эти относительно показателю преломления и будет у нас длиннющая таблица относительных показателей преломления вот как например для коэффициента трения там никуда не денешься весь коэффициент трения сталь по дереву резина поставит резина по асфальту дерево по асфальту сколько комбинаций разных трущихся поверхностей столько и значений коэффициента трения но здесь можно выйти из положения обозначим буквой c скорость света в вакууме скорость света в вакууме она как вы знаете сейчас точно известно я не буду приводить численное значение нам это не нужно и поступим следующим образом назовем вот такое отношение да нам важно понимать что скорость света в вакууме самая высокая скорость которая только может быть в природе значит и в 1 среде и во второй среди скорость света меньше чем скорость света в вакууме и введём следующую величину отношение скорости света в вакууме к скорости света в 1 среде мы обозначим n1 и назовем это абсолютным показателем преломления 1 среды с делить на c 2 отношения скорости света в вакууме к скорости света во второй среде мы обозначим м2 и вот это у нас будут абсолютные показатели преломления абсолютные показатели преломление чего 1 среды не 2 следы понятно что абсолютных показателей преломления уже будет столько сколько существует разных сред а и гораздо меньше чем комбинацией всяких свет поэтому можно измерить на опыте абсолютный показатель преломления стекла алмаза воды и других прозрачных сред и справочная таблица будет гораздо короче а теперь давайте свяжем абсолютный показатель преломления 1 2 среды с относительным показателем преломления второй среды относительно 1 запишем это еще раз n21 равняется с и 119 2 равняется еще раз повторю c 1 делить на c 2 и еще давайте эту дробь умножим и разделим на скорость света в вакууме умножим на c и разделим на c / ведь от этого не изменится а теперь посмотрим внимательно на то что у нас получается смотрите у нас здесь есть с делить на c 2 что это такое это n 2 где она стоит в числитель или знаменатель и в числителе а что такое c 1 делить на c если бы это была та делить на c 1 это был бы абсолютный показатель преломления 1 среды а здесь стоит обратная величина значит n 11 им знаменатель не равняется вот это у нас n 2 а это единица на н1 вот так и у нас будет здесь отношения and 291 и окончательно можно записать так относительный показатель преломления второй среды по отношению к 1 равен отношению абсолютного показателя преломления второй среды и 1 следы и кстати второй закон преломления закон снеллиуса можно записать еще вот таким способом синус альфа делить на синус тетта равняется вместо n 21 пишем n 2 делить на н1 2 делить на finden теперь давайте запишем некоторые справочные данные о стекло n может меняться в пределах 1 и 4 до 1 из 7 даже больше зависимости от сорта стекла вода n равняться 1,33 кстати это что это четыре третьих иногда удобного считать чтобы показатель преломления воды абсолютный равен 4 третьих алмаз алмаза то reikartz цемент в нем самая у него самый высокий показатель преломления абсолютной 241 а у воздуха абсолютный показатель преломления почти неотличим от единицы воздуха n равняется 1 , 000 и там еще что-то после трех нулей не помню что о чем это говорит о гранте на эту формулу n1 это абсолютный показатель преломления 1 среды если первая среда это воздух то здесь n 1 можно считать единицей поэтому если у вас свет падает из воздуха на стекло волноводу на алмаз вы можете вот в этой формуле под n21 подразумевать n2 то есть можете в этой формуле в качестве n1 использовать в качестве н использовать абсолютный показатель преломления стекла воды алмаза и так далее это очень удобно теперь еще одно важное определение среда в которой свет распространяется медленнее или другими словами у которой абсолютный показатель преломления больше получила название оптически более плотной среды давайте запишем среда называется оптически более плотной среда называется оптически более плотной среда называется оптически более плотной если ее абсолютный показатель больше среда называется оптически более плотной если ее абсолютный показатель преломления больше называется оптически более плотной если ее абсолютный показатель преломления больше а теперь давайте вот на что обратим внимание допустим свет падает из оптически менее плотной среды в оптически более плотно чит м21 больше единицы свет падает в оптически более плотную среду инна 21 больше единицы потому что м2 больше чем n 1a относительно показатель преломления равен отношению тогда давайте отсюда найдем синус bad синус тетта отсюда равняется чему синус альфа синус альфа делить на n21 мы видим что поскольку мы синус альфа делим на что-то больше единиц это синус тета будет меньше чем синус альфа а значит и бета будет меньше чем альфа-бета меньше альфа то есть угол преломления будет меньше чем угол падения а теперь давайте попробуем сделать по-другому а что если свет падает из оптически более плотной среды в оптически менее плотную свет дает в оптически менее плотной если свет падает в оптически менее плотную среду то n 2 меньше чем n 1 тогда относительный показатель преломления n 21 меньше единицы если мы будем делить на число меньше единицы у нас будет получаться больше значит синус бета больше синус альфа отсюда следует что бета больше альфа угол преломления может быть больше угла падения не обязательно меньше в этом легко убедиться на опыте давайте нашу установку снова возродим и попробуем запустить световой луч из оптически более плотной среды отсюда в оптически менее плотную среду ночь пустим снизу вверх вот так и включим нашу установки вот так запускаем лазер что мы с вами видим посмотрите вот угол падения и угол падения у нас сейчас вот я сделаю 30 градусов так угол падения примерно 30 градусов вот он угол падения и угол преломления у нас примерно 50 градусов то есть действительно оказывается что может случиться так что угол преломления больше чем угол падения и обратите внимание на следующее обстоятельство что будет если мы поменяем местами падающие преломленный лучи смотрите здесь 30 градусов до здесь 50 а что если я сделаю так здесь будет 50 градусов а тут получится 30 точно не сам не совсем получается сейчас вот подрегулируем а вот 50 градусов 30 то есть что получается когда свет шел отсюда то он вышел сюда зашел по 30 вышел под пятьдесят а если зашел под пятьдесят вышел под 30 то есть если поменять местами подающий преломленный луч то новый преломленный луч пойдет по пути старого падающего кстати а если поменять падающий луч и отраженный то новый отраженный луч пойдет по пути старого падающего этот принцип называется принцип обратимости световых лучей запишем его это очень полезный принцип при решении задач принцип обратимости световых лучей принцип обратимости световых лучей если падающий луч если подающий лучше пустить по пути [музыка] отраженного то новый отраженный луч пойдет по пути стара его падающего ; если падающий луч пустить по пути прежнего отраженного что новый отражен луч пойдет по пути прежнего падающего ; а теперь то же самое для преломления если падающий луч пустить по пути преломленного если падающий луч на пустить по пути преломлял много данного преломленный луч тон новый преломленный луч пойдет по пути прежнего падающего то новый преломленный луч пойдет по пути прежнего попадающего это был принцип обратимости световых лучей нам еще он не раз пригодится урок окончен отдыхать
Преломление света. Физический смысл показателя преломления света.
план-конспект урока по физике (9 класс) на тему
МКОУ «Возовская СОШ» п. Возы, Поныровского района, Курской области.
Учитель: Татаренкова Людмила Петровна.
« Преломления света. Физический смысл показателя преломления света.»
Цели урока: организовать деятельность учащихся по:
1) освоению знаний об электромагнитной природе света, преломлении света; методах научного познания природы — наблюдения, опыты, гипотеза,
2) овладению умениями проводить наблюдения природных явлений, описывать и обобщать результаты наблюдений, применять полученные знания для объяснения разнообразных природных явлений, для решения физических задач;
3)развитию познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе решения физических задач и выполнения экспериментальных исследований; способности к самостоятельному приобретению новых знаний по физике в соответствии с жизненными потребностями и интересами;
4) применению полученных знаний и умений для решения практических задач повседневной жизни.
Тип урока : комбинированный урок.
Формы работы учащихся: фронтальная беседа, наблюдение эксперимента и его объяснение, групповая работа, самостоятельная работа, применение предыдущих знаний в новой ситуации.
1)Компьютер, мультимедийный проектор, экран, компьютерный ролик ;
2)Осветитель, полуцилиндрическая пластина, лимб, источник электропитания; карандаш; стакан с водой.
1)преломление света на границе раздела сред воздух-вода;
2) прохождение света через плоскопараллельную пластинку .
1) Организационный этап.
2) Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности учащихся.
3) Актуализация знаний.
4) Первичное усвоение новых знаний.
5) Первичная проверка понимания
6) Первичное закрепление
7) Контроль усвоения, обсуждение допущенных ошибок и их коррекция.
8) Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению
9) Рефлексия (подведение итогов занятия)
Приветствие. Проверка готовности учащихся к уроку. Создание в классе атмосферы психологического комфорта.
2)Постановка целей урока, мотивация деятельности учащихся:
Мы знаем, что свет в однородной среде распространяется прямолинейно.
А что будет происходить со светом, если его пропустить через прозрачную среду?
Установим наклонно карандаш в сосуде с водой. Если посмотреть на сосуд сбоку, то можно заметить, что часть карандаша, находящаяся в воде, кажется сдвинутой в сторону. Почему?
Учащиеся выдвигают гипотезы. После обсуждения предположений приходим к правильному ответу. (Преломление света.)
Что вы уже знаете о преломлении света?
Что необходимо узнать на уроке?
Чему нужно научиться на уроке?
Явление преломление и его законы мы уже рассматривали в 8 классе, а сегодня изучим новые физические величины: абсолютный и относительный показатели преломления.
Записываем в тетрадях тему рока: «Преломление света. Физический смысл показателя преломления».
Теперь вы знаете, что свет представляет собой электромагнитные волны определённого диапазона частот. Опираясь на знания о природе света, вы сможете понять физическую причину преломления и объяснить многие другие связанные с ним световые явления.
3) Актуализация знаний.
Учитель выводит на экран рисунок (слайд 11 ) и организует обсуждение по вопросам.
1.Покажите луч падающий, луч преломленный, угол падения, угол преломления?
2.Дать определение угла падения, угла преломления.
4) Первичное усвоение новых знаний.
1. Видеоролик «Преломление света» (слайд 7)
После просмотра видеоролика формулируется вопрос.
2. Почему свет изменяет свое направление на границе раздела двух сред?
(преломление лучей света происходит на границе прозрачных сред, в которых свет распространяется с разными скоростями)
3.Давайте вспомним закон преломления света.
На экране высвечиваются по мере формулировка закона : (слайд10)
А) Падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости.
Б) Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред:
а) проводится опыт «преломление света» (слайд9)
Подчеркиваю, что при переходе света из среды менее оптически плотной в более плотную угол преломления меньше угла падения.
Лимб с полуцилиндром поворачиваю на 180 0 так, чтобы свет падал на цилиндрическую поверхность. Измерив величины углов падения и преломления, делаю вывод о том, что при прохождении света из более оптически плотной среды в среду менее плотную угол преломления больше угла падения.
б) исследование закономерностей преломления света:
1) измеряют несколько раз углы падения и получают соответствующие им углы преломления.
После заполнения таблицы и выполнения необходимых вычислений делают вывод о том, что отношение sin α/ sin β для двух данных сред есть величина постоянная.
Затем прозрачный полуцилиндр поворачивают так, чтобы луч падал на выпуклую поверхность и, попадая на границу плоской стороны полуцилиндра с воздухом, не преломляются.
5. Определение относительного показателя преломления свет . (слайд15,16,17 18,19,20)
n 2.1 — относительный показатель преломления второй среды по отношению к первой
Физический смысл относительного показателя преломления заключается в том, что он показывает, во сколько раз меняется скорость света при переходе из одной среды в другую.
6.Дается определение абсолютного показателя преломления света и формула
Какая среда называется более оптически плотной? Менее оптически плотной?
Записывают формулу в тетрадь.
Физический смысл абсолютного показателя преломления заключается в том, что показывает, во сколько раз меняется скорость света при переходе из вакуума в среду.
Значение абсолютного показателя преломления любого вещества больше единицы, так как скорость света в любом веществе меньше скорости света в вакууме.
Используя полученные знания, запишите новый вид закона преломления света: (слайд13)
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная отношению скоростей света в этих средах:
Sin α/sinβ=n 2 ,1 =v 2 /v 1
Лучи падающий, преломлённый и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
7.История открытия закона. (слайд21)
Закон преломления света был установлен опытным путем в XVII веке голландским учёным Снеллиусом в 1621 году. Преломление света при переходе из одной среды в другую вызвано различием в скоростях распространения света в той и другой среде. Это было доказано французским математиком Пьером Ферма и голландским физиком Христианом Гюйгенсом.
Скорость света в любом веществе меньше скорости света в вакууме. Причиной уменьшения скорости света в среде является взаимодействие световой волны с атомами и молекулами вещества. Чем сильнее взаимодействие, тем больше оптическая плотность среды, и тем меньше скорость света. Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее плотной средой.
Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, т. е. от температуры вещества его плотности, наличия в нем упругих напряжений. Показатель преломления зависит также и от характеристик самого света.
2. Сообщения обучающихся.
Историческая справка о законе преломления.
Древнегреческие ученые Аристотель, Птолемей доказали, что при переходе из менее плотной среды в более плотную световой луч отклоняется от вертикали к поверхности раздела двух сред на меньший угол, чем падающий. В XVII веке Рене Декарту удалось установить закон преломления света. Лишь в 1662 году появилось строгое доказательство закона преломления, принадлежащее Пьеру Ферми .
Максимальной скоростью распространения взаимодействия является скорость света в вакууме. Физической величиной, характеризующей уменьшение скорости света в вакууме, является абсолютный показатель преломления среды. Абсолютный показатель преломления среды – физическая величина, равная отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде. Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, т.е. от температуры, вещества его плотности, наличия в нем упругих напряжений. Показатель преломления зависит также от характеристик самого света. Для красного света он меньше, чем для зеленого, а для зеленого меньше, чем для фиолетового. Поэтому в таблицах значений показателей преломления для разных веществ обычно указывается, для какого света приведено данное значение n и в каком состоянии находится среда. В большинстве случаев приходится рассматривать переход света через границу воздух – твердое тело или воздух – жидкость, а не через границу вакуум – среда. Однако абсолютный показатель преломления твердого или жидкого вещества отличается от показателя преломления того же вещества относительно воздуха незначительно.
Из закона преломления следует, что если скорость распространения волн во второй среде меньше, чем в первой, то угол преломления меньше угла падения и преломленный луч приближается к перпендикуляру. Если луч света падает из оптически менее плотной среды, то угол преломления оказывается меньше угла падения. Преломленный луч ближе прижимается к перпендикуляру, чем падающий. Вследствие этого эффекта предметы, находящиеся в воде, кажутся расположенными на меньшей глубине, чем в действительности (слайд24). Если луч света падает из оптически более плотной среды, то угол преломления оказывается больше угла падения. А не наблюдали ли вы природные явления, которые объясняются этим законом?
3.Сообщение о радуге и гало. Объяснение природных явлений с точки зрения физики. (слайд 22-25)
Радуга – это непрерывный спектр солнечного света, образованный разложением света в каплях дождя как в призмах. Из дождевых капель под разными углами преломления выходят разноцветные световые пучки. Наблюдатель, находясь вне дождевой зоны, видит над горизонтом примерно на расстоянии 1-2 км радугу (в зоне дождя) в виде разноцветных дугообразных полос на фоне дождевых облаков, освещаемых Солнцем. Верхняя полоса радуги – красная – находится не выше 42 градусов над горизонтом, нижняя полоса – фиолетовая, а между ними располагаются все остальные участки спектра. В это время Солнце находится невысоко над горизонтом за спиной наблюдателя, а центр радуги – под горизонтом. Чем выше Солнце над горизонтом, тем меньшую часть радуги мы видим. Если Солнце поднялось выше 43 градусов над горизонтом, то радуга не видна, в летний полдень она тоже не видна. Но если подняться высоко над земной поверхностью, то можно увидеть все радужное кольцо. При солнечном освещении радугу можно наблюдать иногда в брызгах водопада или фонтана, при работе поливочной машины. Удается видеть радугу на росе, покрывающей траву, – это так называемая росная радуга. Одну из первых попыток объяснить радугу как естественное природное явление сделал в 1611 г. итальянец Антонио Доменико. Его объяснении е противоречило библейскому, поэтому он был отлучен от церкви и приговорен к смертной казни, но в тюрьме помер, не дождавшись казни; его тело и рукописи были сожжены. Более полное объяснение дал французский ученый Рене Декарт в 1637 году; он опирался на идеи Доменико и законы преломления и отражения света в капельках дождя, но раскрыть, почему радуга цветная, а не черно-белая ученый не смог. Через 30 лет теория Декарта была дополнена английским физиком И.Ньютоном знаниями об явлении дисперсии.
Также одним из красивейших явлений природы является – гало. Если Солнце или Луна просвечивает через тонкие перисто-слоистые облака, состоящие из ледяных кристалликов на небе могут появиться световые явления – гало. Наиболее часто они имеют вид двух радужных кругов вокруг Солнца. Иногда виден горизонтальный круг, проходящий через Солнце; могут возникнуть на небе светлые дуги, столбы. Все формы гало – результат преломления солнечных или лунных лучей в ледяных кристалликах облака. Для возникновения гало необходимо, чтобы между Солнцем и наблюдателем была легкая пелена перистых облаков высокого яруса, состоящая из мельчайших ледяных кристалликов в форме шестигранных столбиков.
5) Первичная проверка понимания
— Чем обусловлено преломление света на границе двух прозрачных сред?
— От чего зависит абсолютный показатель преломления?
— В каком случае относительный показатель преломления больше и меньше единицы?
6) Первичное закрепление
7) Контроль усвоения, обсуждение допущенных ошибок и их коррекция.
1.В однородной прозрачной среде свет распространяется:
а) прямолинейно, б) криволинейно, в) преломляется.
2. На границе раздела двух сред свет частично:
а) отражается, б) преломляется, в) отражается и преломляется.
3. При переходе из вакуума в среду скорость света:
а) уменьшается в п раз, а) увеличивается в п раз, в) не изменяется.
4. В каком случае угол падения равен углу преломления?
а) Только когда показатели преломления сред одинаковы,
б) Только тогда когда падающий луч перпендикулярен к поверхности раздела сред,
в) Когда показатели преломления сред одинаковы: падающий луч перпендикулярен к поверхности раздела сред.
5. Более оптически плотная та среда, в которой .
а) скорость света меньше чем в вакууме,
б) скорость света больше чем в вакууме,
в) скорость света равна скорости света в вакууме.
1. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна:
а) 200 км/ч, б) 300000000 м/с, в)301 м/с.
а) Электромагнитные волны, способные вызывать у человека зрительные ощущения,
б) волны, которые распространяются только в пределах прямой видимости, в) линия, вдоль которой распространяется энергия световой волны.
3. Назовите явления, вызванные прямолинейным распространением света:
а) отражение света, б) образование тени, в) преломление света.
4. В каком случае угол падения, отражения и преломления между собой равны?
а) когда свет падает перпендикулярно границе раздела двух сред,
б) такого не может быть,
в) когда вторая среда имеет большую оптическую плотность.
5. Если угол падения луча на поверхность раздела двух сред уменьшается,
то относительный показатель преломления этих сред:
а) уменьшается, б) увеличивается, в) не меняется.
8) Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению
Положите на дно пустого не прозрачного стакана монету или другой небольшой предмет. Подвинем стакан так, чтобы центр монеты, край стакана и глаз находились на одной прямой. Не меняя положения головы, будем наливать в стакан воду. По мере повышения уровня воды дно стакана с монетой как бы приподнимается. Монета, которая ранее была видна лишь частично, теперь будет видна полностью. Эти явления объясняются изменением направления лучей на границе двух сред — преломлением света.
9) Рефлексия (подведение итогов занятия)
— Что нового я узнал (-а) на уроке?
— Чему я научился (-ась) на уроке?
— Достиг (-ла) ли я поставленных целей урока?
-Появилось ли у меня желание ещё больше узнать о преломлении света?