Отражение света

Термины

  • Закон Снеллиуса – описывает связь угла падения и преломления.
  • Показатель преломления – соотношение скорости света в воздухе (вакууме) и в иной среде.

В моменте преломления волна меняет направление из-за перемен в среде. Это поверхностное явление и управляется законом сбережения энергии и импульса. Из-за изменения среды фазовая волна также поддается перемене, но частота остается стабильной.

Мы можем наблюдать преломление света чаще всего, так как любой тип волны способен переживать этот эффект, если контактирует со средой.

Преломление описывают при помощи закона Снеллиуса: для конкретной пары среды и волны с единой частотой соотношение синусов угла падения (θ1) и угла преломления (θ2) эквивалентно соотношению фазовых скоростей (v1/v2) и противоположны показателям преломления (n2/n1):

В оптике такое явление сильно распространено. К примеру, луч света преломляется, когда проходит сквозь стекло. Луч, двигающийся перпендикулярно границе, изменит скорость, но не направление. И даже здесь осуществляется преломление. Благодаря этой особенности ученые смогли изобрести линзы и преломляющий телескоп.

Преломление можно наблюдать даже в простой миске с водой. У воздуха показатель преломления 1.0003, а у воды – 1.33. Если мы смотрим на что-то вытянутое (карандаш, солома), частично опущенное в воду, то на поверхности заметен изгиб. Это преломление световых лучей, перемещающихся из воды в воздух. Когда они достигают глаза, то он отслеживает их путь как прямых линий. Линии зрения пересекаются в более высокой позиции, чем те, где появились настоящие лучи.

Отражение света

Карандаш, частично опущенный в воду, кажется изогнутым: световые волны из измененного направления Х происходят от Y

Введение
Закон Гука
  • Закон Гука
  • Эластичная потенциальная энергия
Периодическое движение
  • Период и частота
  • Период массы пружины
  • Простое гармоническое движение
  • Простое гармоничное движение и равномерное круговое движение
  • Простой маятник
  • Физический маятник
  • Энергия в простом гармоническом осцилляторе
  • Синусоидальная природа простого гармонического движения
Демпфированные и управляемые колебания
Волны
  • Волны
  • Поперечные волны
  • Продольные волны
  • Волны воды
  • Длина волны, частота в соотношении от скорости
  • Транспортировка энергии
Поведение и взаимодействие волн
  • Отражение и передача
  • Суперпозиция и помехи
  • Стоячие волны и резонанс
  • Гармонические волновые функции
  • Преломление
  • Дифракция
  • Математическое представление движущейся волны
  • Энергия, интенсивность, частота и амплитуда
Волны на струнах
  • Скорость волны в струне
  • Отражение

1. Основные законы геометрической оптики

Основные законы геометрической оптики были известны задолго до установления физической природы света.

Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Опытным доказательством этого закона могут служить резкие тени, отбрасываемые непрозрачными телами при освещении светом источника достаточно малых размеров («точечный источник»). Другим доказательством может служить известный опыт по прохождению света далекого источника сквозь небольшое отверстие, в результате чего образуется узкий световой пучок. Этот опыт приводит к представлению о световом луче как о геометрической линии, вдоль которой распространяется свет. Следует отметить, что закон прямолинейного распространения света нарушается и понятие светового луча утрачивает смысл, если свет проходит через малые отверстия, размеры которых сравнимы с длиной волны. Таким образом, геометрическая оптика, опирающаяся на представление о световых лучах, есть предельный случай волновой оптики при λ → 0. Границы применимости геометрической оптики будут рассмотрены в разделе о .

На границе раздела двух прозрачных сред свет может частично отразиться так, что часть световой энергии будет распространяться после отражения по новому направлению, а часть пройдет через границу и продолжит распространяться во второй среде.

Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α.

Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред:

Закон преломления был экспериментально установлен голландским ученым В. Снеллиусом в 1621 г.

Постоянную величину n называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.

Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления:

Законы отражения и преломления находят объяснение в волновой физике. Согласно волновым представлениям, преломление является следствием изменения скорости распространения волн при переходе из одной среды в другую. Физический смысл показателя преломления – это отношение скорости распространения волн в первой среде υ1 к скорости их распространения во второй среде υ2:

Абсолютный показатель преломления равен отношению скорости света c в вакууме к скорости света υ в среде:

Рис 3.1.1 иллюстрирует законы отражения и преломления света.

Рисунок 3.1.1.Законы отражения и преломления: γ = α; n1 sin α = n2 sin β.

Среду с меньшим абсолютным показателем преломления называют оптически менее плотной.

При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную n2 n1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать явление полного отражения, то есть исчезновение преломленного луча. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол αпр, который называется предельным углом полного внутреннего отражения (см. рис. 3.1.2).

Для угла падения α = αпр  sin β = 1; значение sin αпр = n2 / n1 .

Если второй средой является воздух (n2 ≈ 1), то формулу удобно переписать в виде

n = n1 > 1

Для границы раздела стекло–воздух (n = 1,5) критический угол равен αпр = 42°, для границы вода–воздух (n = 1,33) αпр = 48,7°.

Рисунок 3.1.2.Полное внутреннее отражение света на границе вода–воздух; S – точечный источник света

Явление полного внутреннего отражения находит применение во многих оптических устройствах. Наиболее интересным и практически важным применением является создание волоконных световодов, которые представляют собой тонкие (от нескольких микрометров до миллиметров) произвольно изогнутые нити из оптически прозрачного материала (стекло, кварц). Свет, попадающий на торец световода, может распространяться по нему на большие расстояния за счет полного внутреннего отражения от боковых поверхностей (рис 3.1.3). Научно-техническое направление, занимающееся разработкой и применением оптических световодов, называется волоконной оптикой.

Рисунок 3.1.3.Распространение света в волоконном световоде. При сильном изгибе волокна закон полного внутреннего отражения нарушается, и свет частично выходит из волокна через боковую поверхность

Модель.
Отражение и преломление света

43 Интерференция света. Дифракция света. Дифракционная решетка.

Интерференция света

Интерференциейволн называетсяявление увеличения или уменьшения
амплитуды результирующей волны при
сложении волн с одинаковой частотой
колебаний и постоянной во времени
разностью фаз.

В точках, где амплитуда колебаний
увеличивается, наблюдается
интерференционный максимум

В точках, где амплитуда колебаний

уменьшается, наблюдается

интерференционный минимум

Волны и возбуждающие их источники
называются когерентными, еслиразность фаз волн не зависит от времени,
и волны имеют одинаковую длину волны.
Результат наложения когерентных световых
волн, наблюдаемый на экране, фотопластинке
и т.д., называется интерференционной
картинкой.
Устойчивую
интерференционную картину дают только
когерентные волны.

Волны от естественных источников не
бывают когерентными, поэтому для
наблюдения интерференции света
искусственно создают разность хода
световых волн,
разделяя свет

от одного источника на два пучка,
которые проходят разные пути r1
и r2,
а затем эти пучки сводятся вместе на
экране.

Отражение света

 — длина волны,

r= r2
r1–геометрическая разность хода двух

волн

Δφ – разность фаз волн

Δφ=2πr

Геометрической разностью хода
называется
разница расстояний,
пройденных волнами от разных источников
до точки, где наблюдается их интерференция

Условие интерференционных максимумов
(усиление света)

Для
разности фаз

Δφ= 2πk- разность
фаз кратна 2π

для разности хода

r = k
или

r = 2k
k-любое целое
число(k
=0,1,2,3, …),

Разность хода равна четному числу
полуволн

Условие интерференционных минимумов
(ослабление света):

Для разности фаз

Δφ=
π(2k+1)

для разности хода

r = (2k
+ 1)
,

где k
целое число (k
=0,1,2,3, …),

Разность хода равна нечетному числу
полуволн

Дифракцией света называется
отклонение направления распространения
волн от прямолинейного у границы
преграды.

Наиболее наглядно дифракция света
проявляется при прохождении света через
отверстия с размерами порядка длины
волн оптического диапазона. Явление
дифракции легко наблюдать на дифракционной
решетке.

Простейшей дифракционной решеткой
является система из N
одинаковых параллельных щелей в плоском
непрозрачном экране ширины b
каждая, расположенных на равных
непрозрачных промежутках aдруг от друга. Величина d
=
b + a
называется постоянной (периодом)
дифракционной решетки.

Прохождение монохроматического
излучения через дифракционную решетку

Монохроматическим называется излучение,
состав которого определяется одной
длиной волны. Например, волна с длиной
волны λ = 770 нм – монохроматический
красный свет.

Отражение света

φ- угол дифракции

Лучи, прошедшие дифракционную решетку,
когерентны, поэтому дают на экране
интерференционную картину.

Для двух лучей, испытывающих дифракцию
на краях двух соседних щелей, геометрическая
разность хода r
=
dsin

Положение главных максимумов освещенности
в дифракционной картинке, получаемой
при нормальном падении световой волны
на поверхность решетки, определяется
соотношением:

d sin=
k

где dsin-разность хода лучей световых волн
от соседних щелей;-угол дифракции, т.е. угол между
направлением хода падающей на решетку
световой волны и направлением хода
волны на выходе ее из щели; k
– порядок максимума (k
= 0,1,2,3,…).

Положения главных минимумов определяется
соотношением

d sin=
(2k + 1)
,

k – порядок
минимума (k =
0,1,2,3,…).

Физика 11 класс

«Наблюдение интерференции» — Применение интерференции в технике. Несовершенство обработки. Наблюдение интерференции от естественного света. Интерференционный опыт Юнга. Проявление интерференции в природе. Кольца Ньютона, образованные зелёным светом. Условие минимума интерференционной картины. Приборы. При отражении света от двух границ воздушного зазора. Условие наблюдения интерференции. Интерференция. Английское слово. Просветление оптики.

«Основы теории относительности» — Относительность промежутков времени. Релятивистский закон сложения скоростей. Значение теории относительности. Теория относительности. Несостоятельность теории Галилея. Теория относительности А. Эйнштейна. Масса элементарных частиц. Относительность расстояний. Относительность одновременности. Теории учёных. Связь между массой и энергией. Зависимость массы от скорости. Релятивистский импульс тела.

«Дисперсия света, цвета тел» — Длины волн монохроматического света. Дисперсия света. Каждой цветности соответствует своя длина и частота волны. При каком наблюдении птицу можно лучше рассмотреть? Дисперсия Интерференция Дифракция. Каждый охотник желает знать где сидит фазан. «Светофор» Используя цветные кружки, выберите правильный ответ. Какая картина будет наблюдаться на экране? Многообразие цветов и оттенков в окружающем нас мире объясняет явление дисперсии.

«Оптические линзы» — Изображение предмета будет размыто. Линза. Точка. Построение изображений в линзах. Линзы, которые преобразуют пучок параллельных лучей в расходящийся называют рассеивающими линзами. Оптические приборы. Какие линзы изображены на рисунках. Изображение предмета увеличенное. Расстояние предмета до линзы. Линзы, которые преобразуют пучок параллельных лучей в сходящийся и собирают его в одну точку называют собирающими линзами.

«Сила Ампера» — Сила Ампера. Как изменится сила Ампера, действующая на прямолинейный проводник с током в однородном м.п. при увеличении индукции магнитного поля в 3 раза? Применение силы Ампера. К катушке по проводам 4 подводится переменный электрический ток с частотой, равной звуковой частоте от микрофона или с выхода радиоприемника, проигрывателя, магнитофона. В электродинамическом громкоговорителе (динамике) используется действие магнитного поля постоянного магнита на переменный ток в подвижной катушке.

«Типы излучений» — Катодолюминесценция. Хемилюминесценция. Виды излучений. Электролюминесценция. Луи де Бройль. Диапазон длин волн. Электромагнитные излучения. Фотолюминесценция. Шкала электромагнитных излучений. Тепловое излучение.

«Физика 11 класс»

Законы отражения. Формулы Френеля

Закон отражения света — устанавливает изменение направления хода светового луча в результате встречи с отражающей (зеркальной) поверхностью: падающий и отражённый лучи лежат в одной плоскости с нормалью к отражающей поверхности в точке падения, и эта нормаль делит угол между лучами на две равные части. Широко распространённая, но менее точная формулировка «угол падения равен углу отражения» не указывает точное направление отражения луча. Тем не менее, выглядит это следующим образом:

Этот закон является следствием применения принципа Ферма к отражающей поверхности и, как и все законы геометрической оптики, выводится из волновой оптики. Закон справедлив не только для идеально отражающих поверхностей, но и для границы двух сред, частично отражающей свет. В этом случае, равно как и закон преломления света, он ничего не утверждает об интенсивности отражённого света.

2.1. Сдвиг Фёдорова

Сдвиг Фёдорова — явление бокового смещения луча света при отражении. Отражённый луч не лежит в одной плоскости с падающим лучом. Явление теоретически предсказано Ф. И. Фёдоровым в 1954 году, позже обнаружено экспериментально.

Физика 8 класс

«Влажность» — В атмосфере в среднем содержится 24х10 в 16 степени м3 водяного пара. Тропики Тропики расположены в экваториальных и субэкваториальных широтах. Влажность. Здесь и кроется причина появления морщин. Свойства древесины очень сильно зависят от содержания влаги. При общем потеплении климата на 1 градус по Цельсию влажность будет возрастать на 6%. Влажность и климат. На Прокла поле от росы промокло. Волосяной гигрометр. Природные измерители влажности. Из перенасыщенного водяными парами воздуха образуется туман.

«Паровая турбина» — В современной технике широко применяют другой тип теплового двигателя. В некоторых случаях паровые машины достигали непомерной величины. Выполнила ученица 8 класса : Жевлакова Наталия. Содержание. Такие двигатели называют турбинами. Проверил: учитель физики Маркова Т.Г. Схема паровой турбины. Схема действия простейшей паровой турбины приведена на рисунке. Паровая турбина Схема паровой турбины История изобретения Литература.

«Электрические явления 8 класс» — Трение. Физика. Электризуются оба тела. Электроскоп электрометр. Изоляторы. Проводники -металлы -почва -графит -тело человека -кислоты или щелочи. Притягивают к себе соломинки,пушинки,мех. Заряды не исчезают и не появляются,а только перераспределяются между двумя телами. ЭЛЕКТРОН(греч.)-ЯНТАРЬ. Трjение. + ДВА рода зарядов -. Соприкосновение. Отталкиваются. Притягиваются. Электрический заряд. Электризация тел. Электрические явления начало 17 века.

«Физика в ванной» — Закон Архимеда» «Конденсация», воспитание познавательной активности учащихся. Почему, выходя из-под душа, вы ощущаете прохладу? Проблемные вопросы: Для испарения воды требуется тепло.  Почему в ванной комнате ваш голос звучит громче? С холодной водой подобных неприятностей не случается? Как измерить объем своего тела? Выполнили: Рочева Анжелика Семяшкина Елена Ученицы 8 «в». Цель: Почему когда моешься в душе стенки и зеркала запотевают?

«Паровой двигатель» — Преимущества паровых машин. Определение. Повышение эффективности двигателя Уатта привело к использованию энергии пара в промышленности. Изобретение и развитие. Пар, выходящий по касательной из дюз, закреплённых на шаре, заставлял последний вращаться. Длина первой железной дороги составляла 850 м. Транспортные машины. Паровая машина на старой сахарной фабрике, Куба. Двигатели малой мощности используются на судовых моделях и в специальных устройствах. Презентация по физике на тему: История изобретения паровых машин.

«Теория реактивного движения» — Кальмар. Летательные аппараты. Выполнил: Ученик 8 «А» класса Гимназии № 363 Журкин Алексей. Константин Эдуардович Циолковский. Реактивные двигатели. Теория реактивного движения. Реактивное движение. Цели работы. P=M·V Импульс топлива-Pт равен импульсу ракеты Рр, но направлен в противоположную сторону. Ракетное оружие Катюша (БМ-13). mp. Реактивное движение в природе. Формула Циолковского. О=mpvp+mтvт mpvp=mтvт Vp=mт·vт. Pт. Примеры реактивного движения.

«Физика 8 класс»

Физика

Скорость света. Законы отражения и преломления света. Полное отражение

В 8 классе рассматриваются законы отражения света и подается понятия залом-ления света, законы преломления не рассматриваются.Скорость света в вакууме м/с, примерно такая же она и в воздухе. В более густых, чем воздуха, прозрачных средах . При переходе световых лучей из одной прозрачной среды в другую направления лучей изменяются (свет преломляется).Есть два закона преломления (так же, как и два законы отражения).Законы преломления:1) Отношение устойчивый для данных двух сред и называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой (например, воды относительно воздуха): .2) Загнутый луч, падающий луч и нормаль к поверхности раздела сред находятся в одной плоскости.Кроме относительного показателя преломления в оптике пользуются понятием и абсолютного показателя преломления.Абсолютный показатель преломления вещества — отношение скорости света в вакууме (или в воздухе) к скорости света в данном веществе: , тогда .В оптике пользуются понятием плотности, которое не совпадает с понятием плотности вещества в механике (). Из двух сред оптически более густым является то, показатель преломления которого больше.Если первое среду оптически гуще за второе, то с увеличением угла падения света загнутый луч, «опускаясь», приближается к границе раздела сред. При некотором значении угла α (критический или предельный угол ) преломления не происходит, луч скользит вдоль поверхности раздела сред (луч 3).Если световой луч возвращается в первую среду, то есть происходит лишь отражения света внутрь первой среды, без выхода во второе. Значение критического угла для разных пар сред разное. Поскольку критическому углу падения соответствует прямой угол преломления (), то, воспользовавшись формулой относительного показателя преломления, условие полного отражения можно записать так: .Как итог, можно сформулировать закон полного отражения светапри переходе светового луча из оптически более густого среды в оптически менее густое на границе раздела этих сред может возникать полное отражение луча при условии, что значение угла падения превысит некоторое критическое значение, постоянное для данных двух сред.На принципе полного отражения света функционируют волокнистые световоды — устройства, используемые в волоконной оптике.

Назад Вперед

ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА

Еще в древности люди заметили, что палка, опущенная в воду, как бы ломается на границе воздух — вода. Вытащенная же из воды, она оказывается целой. Так человек столкнулся с явлением преломления света.

Первым это явление изучал древнегреческий естествоиспытатель Клеомед (1 век нашей эры). Он установил, что луч света, входя по косому направлению в более плотную среду из менее плотной, например, из воздуха в воду, отклоняется этой средой ближе к отвесному направлению, тогда как при обратном переходе луч уклоняется в сторону от этого направления.

Поясняя свою мысль, Клеомед говорил: можно встать так, что глаз не будет видеть монету, лежащую на дне кубка, но если налить в кубок воду, то монета станет видна (см. рис.). Таким образом, добавляет он, можно благодаря преломлению лучей видеть Солнце, уже зашедшее за горизонт.

Другой древнегреческий ученый Клавдий Птолемей (II век н. э.) известен не только своей геоцентрической системой мира, господствовавшей в науке многие столетия, но и тем, что первым пытался опытным путем определить величину преломления луча света при переходе его из воздуха в воду, из воздуха в стекло и из воды в стекло. Он нашел, что когда свет переходит из воздуха в воду, угол преломления составляет 0,76 от угла падения, при переходе из воздуха в стекло отношение углов равно 0,67, а из воды в стекло — 0,88.

Прошло еще несколько веков, и истинный закон преломления света был найден. Сделал это голландский ученый В. Снеллиус (1580-1626). Установленный нм закон теперь записывают так: n = sin(а)/sin(b) — показатель преломления для двух данных сред постоянен и равен отношению синусов углов падения и преломления.

Эту современную запись закона преломления света предложил французский ученый Рене Декарт (1596-1650) в 1637 году

Он же дал первое доказательство столь важного закона, проведя аналогию между движением светового луча и полетом мяча, встречающего на своем пути некую ткань, «которая настолько слаба и редка, что мяч может прорвать ее и пройти насквозь, потеряв только часть своей скорости»

Сейчас относительный показатель преломления при переходе луча из среды 1 в среду 2 чаще записывают как отношение скоростей света в этих средах: n12 = v1/v2. Если первой средой служит вакуум, то показатель преломления в этом случае называется абсолютным: n = c/v, где с — скорость света. Таким образом, относительный показатель преломления — это отношение абсолютных показателей преломления двух данных сред: n21 = n2/n1.

На рисунке показаны показатели преломления для нескольких газообразных, жидких и твердых тел.

Что такое показатель преломления для непрозрачных тел?

Свет, падая на любое вещество, проникает вовнутрь его, хотя и на небольшую величину, измеряемую иногда несколькими атомами. Значит, угол преломления можно измерить и найти показатель преломления. Он для непрозрачных тел записывается в виде комплексного числа. Действительная или, как еще говорят, вещественная часть этого числа имеет тот же смысл, что и показатель преломления для прозрачных тел, а мнимая показывает, в какой мере свет поглощается в веществе.

Надо сказать, что понятие прозрачности в некотором роде условно. Любое прозрачное тело можно сделать непрозрачным, «нарастив» его объем. Даже стекло при значительной толщине не пропускает свет, полностью поглощая его. Точно так же любое непрозрачное вещество можно представить себе прозрачным, сделав его настолько тонким, что оно будет пропускать свет. Правда, цвет проходящего сквозь него света, может измениться. Так, тонкие серебряные пленки кажутся на просвет фиолетовыми, а золотые — зелеными.

Почему же проходящий белый свет становится цветным? Как известно, белый свет состоит из многих цветных лучей. Часть из них поглощается пленкой, а другая часть, «прорвавшаяся» сквозь вещество, определяет цвет видимого света.

То, что белый свет состоит из многих цветных лучей, установил Ньютон (1643 — 1727) в 1666 году. Он пропустил солнечный (белый) свет через маленькое отверстие в ставне в затемненную комнату, а на пути луча поставил стеклянную призму. Она преломила солнечный лучик и направила его на стену, на которой тут же возникла радужная полоска — спектр.

Спектр получается потому, что призма по-разному отклоняет лучи разного цвета: слабее всего красный и сильнее всего фиолетовый.

Таким образом, опыт Ньютона показал не только то, что белый свет состоит из многих цветных лучей, но и то, что разные по цвету лучи в одном и том же веществе отклоняются неодинаково. Иначе говоря, показатель преломления зависит от длины волны света, и поэтому на рисунке все показатели преломления указаны для одной и той же конкретной длины волны, а именно 589,3 нанометров (1 нм = 10-7 см), которая соответствует желтому свету.

Отражение света

Список источников

  • StudFiles.net
  • v-kosmose.com
  • physics.ru
  • wreferat.baza-referat.ru
  • masters.donntu.org
  • 5klass.net
  • na-uroke.in.ua
Читайте так же:  Звездное небо
Ссылка на основную публикацию