Лекция 1. Законы отражения и преломления света.

Глава 1

Геометрическая оптика.

1. Законы отражения и преломления света.

2. Построения изображений в зеркалах и линзах.

3. Простые оптические приборы.

Лекция 1. Законы отражения и преломления света.

1.1 закон прямолинейного распро­странения света;

1.2 закон независимости световых лучей;

1.3 закон отражения света;

1.4 закон преломления света.

Рассмотрим ряд опытов, иллюстрирующих законы отражения и преломления света.

Опыт 1.1Прямолинейное распространение света.

Оборудование

1. Источник света.

2. Экран

3. Три одинаковых листа картона с отверстием расположенным в середине.

Рис 1. 1

Ход работы

1. Расположим источник света и экран таким образом, чтобы на экране появилось пятно света, при этом отверстия на листах картона должны располагаться на одной прямой.

2. Сдвинем в сторону один из листов. Отверстия больше не будут находиться на одной прямой, и свет не достигнет экрана.

Вывод: таким образом, пятно света на экране исчезнет. Это свидетельствует о том, что свет распространяется прямолинейно.

Опыт 1.2Закон отражения света.

Оборудование:

1. Источник света

2. Лимб с нанесёнными делениями

3. Зеркало

Рис 1. 2

Ход работы:

1. Направим луч в центр лимба на зеркало, наблюдаем, что угол падения равен углу отражения.

2. Уменьшим угол падения, убедимся, что угол отражения так же уменьшился.

Выводы: При выполнении опыта, подтверждается закон отражения света: угол падения равен углу отражения.

Опыт 1.3Закон преломления света.

Оборудование:

1. Источник света

2. Лимб с нанесёнными делениями

3. Полуцилиндр из оптически более плотной среды.

Рис 1. 3

Ход работы:

1. Измерим угол падения.

2. Измерим угол преломления

Выводы: Исходя из опыта, можно сделать вывод, что зная угол падения и угол преломления, можно найти показатель преломления среды.

Таким образом, можно сказать, что в однородной среде свет распространяется прямоли­нейно. Это вытекает из того, что непрозрачные предметы при освещении их источниками малых размеров дают тени с резко очерченными границами. Закон прямолиней­ного распространения является приближенным; при про­хождении света через очень малые отверстия наблюда­ются отклонения от прямолинейности, тем большие, чем меньше отверстие.

При прохождении света через границу двух прозрачных веществ падающий луч разделяется на два — отраженный и преломленный (рис. 1.2). Направления этих лучей определяются законами отражения и преломления света.

Закон отражения света гласит, что отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке падения. Угол отражения равен углу падения.

Закон преломления света формулируется следующим образом: преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке падения. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных веществ:

Величина называется относительным по­казателем преломления второго вещества по отношению к первому.

Рис 1. 4

Показатель преломления вещества по отношению к пустоте называется абсолютным показателем преломления (или просто показателем пре­ломления) данного вещества. Вещество с большим показателем преломления называется оптически бо­лее плотным.

При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плот­ную луч удаляется от нормали к поверхности. Увеличе­ние угла падения α сопрово­ждается более быстрым ростом угла преломления γ и по дости­жении углом α значения

(1.2)

угол β становится равным . Величина (1.2) называется предельным углом. Энергия, которую несет с собой падающий луч, рас­пределяется между отраженным и преломленным луча­ми. По мере увеличения угла падения интенсивность от­раженного луча растет, интенсивность же преломленного луча убывает, обращаясь в нуль при предельном угле.

При углах падения, заключенных в пределах от до , свет во вторую среду не проникает, интенсивность отраженного луча равна интенсивности падающего. Это явление называется полным внутренним отражением