Межпредметные и внутрипредметные связи. Законы геометрической оптики, полное внутреннее отражение света, показатель преломления внутрипредметные связи
 Физика, химия, биология | Межпредметные связи | Терапия, хирургия, гастроэнтерология, офтальмология, гистология |
 Законы геометрической оптики, полное внутреннее отражение света, показатель преломления | внутрипредметные связи | Рефрактометрия, Иммерсионная микроскопия, Волоконная оптика |
Задания для самоподготовки
- показать на чертежах ход световых лучей, иллюстрирующих законы отражения и преломления света
- изобразить на графиках зависимости показателя преломления света от длины световой волны для нормальной и аномальной дисперсии
- начертить ход световых лучей в основной и вспомогательной призмах рефрактометра
- начертить оптическую схему рефрактометра и объясните причину возникновения границы светотени в рефрактометре
Литература, рекомендуемая для самоподготовки
Основная
1.Ремизов А.Н., Максина А.Г., Потапенко А.Я. Медицинская и биологическая физика, М., 2006, с.400-404
2.Ландсберг Г.С. Оптика, Физматлит, М., 2007, с.525-540
3.Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики, т.3, Физматлит, М., 2006, с.655.
4.Физический энциклопедический словарь, Энциклопедия, М., 2005, с.562
Дополнительная
1. Матвеев А.Н. Оптика, М., 2007, с.109-115
2. Реферат. Физика в МГУ по лекциям Ремезовой Н.И. bobych.ru
3. Генон., Что такое внутреннее отражение. Genon.ru
Вопросы для самоподготовки.
- по базисным знаниям
1. Законы отражения и преломления света
2. Абсолютный и относительный показатели преломления
3. Явление полного внутреннего отражения света, предельный угол полного отражения
4. Понятие о нормальной и аномальной дисперсии.
- по данной теме
1. Описание устройства рефрактометра
2. Диффузное отражение света
3. Показать ход лучей в рефрактометре
4. Причина образования границы светотени
5. Причины блеска драгоценных камней
6. Природные волоконно-оптические системы
Краткая теория
Первые законы оптических явлений были установлены на основе представлений о прямолинейных световых лучах. Они относились к изменениям направления распространения света при отражении или переходе света из одного прозрачного вещества в другое.
Простейший случай изменения направления света наблюдается при прохождении света через ровную и плоскую границу двух прозрачных веществ, например воздуха и стекла или стекла и воды и т.д. В этом случае падающий луч АВ (рис. 1) разбивается на два новых луча: отраженный ВС и преломленный ВD.
Закон, определяющий направление отраженного луча, был известен еще Евклиду (III в. до н. э.). Отраженный луч ВС лежит в одной плоскости с падающим лучом АВ и нормалью ВN, восстановленной из точки падения, при этом он лежит по другую сторону от нормали; угол отражения i1’ численно равен углу падения i1:
Что касается закона преломления, то его точная формулировка была дана гораздо позже, чем закона отражения, а именно в начале XVII в. По закону преломления преломленный луч ВD (рис.1) лежит в одной плоскости с падающим лучом АВ и нормалью ВN, восстановленной из точки падения; отношение синуса угла падения i1, к синусу угла преломления i2 есть величина постоянная для данной пары веществ:
где u1 и u2 - скорости света в первой и во второй среде.
Величина n21 называется относительным коэффициентом преломления второго вещества к по отношению первому.
Коэффициент преломления какого-либо вещества по отношению к вакууму принято называть абсолютным коэффициентом преломления данного вещества n. Слово “абсолютный” обычно опускают и тогда говорят просто о коэффициенте преломления данного вещества. Относительный коэффициент преломления можно выразить через абсолютные коэффициенты преломления следующим образом 
.
Отражение света наблюдается не только от границы раздела двух прозрачных веществ. В той или другой степени свет отражается от всякого тела. Полированные тела отражают свет с выполнением того же закона отражения, который имеет место при отражении от границы раздела двух прозрачных веществ: свет отражается в направлении угла i’ , равному углу падения i. Такое отражение называется зеркальным. При этом интенсивность отраженного луча, в зависимости от природы отражающей поверхности, может быть весьма разной: серебряное полированное зеркало способно отражать до 96% падающего света; черная полированная поверхность отражает менее 1% падающего света. Кроме того, в некоторых случаях интенсивность отраженного света зависит от угла падения.
Наряду с зеркальным отражением свет отражается более или менее равномерно во все стороны. Поверхность, которая вполне равномерно рассеивает падающий свет во все стороны, называется абсолютно матовой.
Распределение интенсивности в диффузно отраженном свете в зависимости от угла отражения можно представить графически, отложив из точки падения света векторы , длина которых равна относительной интенсивности света в данном направлении. Огибающая концов таких векторов даст распределение интенсивности отраженного света. Такой график для некоторой отражающей поверхности представлен на рисунке 2. Максимум С в направлении зеркального отражения указывает, что данное тело не является абсолютно матовым: в определенном направлении оно “блестит”.
Свет при прохождении из вещества с меньшим коэффициентом преломления (оптически менее плотного) в вещество с большим коэффициентом преломления (оптически более плотного) приближается к нормали. Наоборот, при прохождении из вещества оптически более плотного в вещество оптически менее плотное луч отходит от нормали. В этом случае существует такой угол падения roменьший p/2, при котором угол преломления i равен p/2, то есть преломленный луч становится скользящим (Рис.3)Опыт показывает, что при углах падения r >ro преломленного луча не существует: весь падающий свет полностью отражается. Это явление носит название полного внутреннего отражения. Угол roназывается предельным углом внутреннего отражения. Предельный угол полного внутреннего отражения связан с относительным коэффициентом преломления сред
соотношением:
Полное внутреннее отражение возможно при прохождении света из стекла (оптически более плотная среда) в воздух ( оптически менее плотная среда) и невозможно при его прохождении из воздуха в стекло.
По мере приближения угла падения к предельному, интенсивность преломленного луча падает, а интенсивность отраженного луча возрастает.
Рис.3 Возникновение полного внутреннего отражения
Не следует думать, что при достижении предельного угла ro интенсивность выходящих лучей скачком обращается в нуль. В действительности, по мере роста угла r интенсивность выходящего (преломленного) луча непрерывно убывает, а интенсивность отраженного луча непрерывно возрастает. При r >ro интенсивность отраженного луча становится равной интенсивности падающего луча, а луч, выходящий из из среды, исчезает полностью.
Скорость распространения света в среде и, соответственно, коэффициент преломления света в среде зависит от длины волны падающего света. Поэтому, при прохождении немонохроматическим светом (светом, содержащим разные длины волн) границы раздела двух сред, свет преломляется под разными углами, в зависимости от длины волны. Это явление называется дисперсией света.
Д И С П Е Р С И Я   |
| Нормальная – показатель преломления растет с уменьшением длины волны | Аномальная – показатель преломления уменьшается с уменьшением длины волны |