Фізика 8 клас заломлення світла (гребенюк ю
1. Розгалуження: Пояснення деяких явищ
Пре-лом-ле-ня часто зустрі-ча ет ся в по-все-ден-ного життя та від-прі-ні-ма-ет-ся нами як оби-ден-ве яв-ле-ня, на -При-мер ложка, до то раю на-хо-дить-ся в ста-кане з чаєм і ви-гля-дит по-ло-ман-ної на гра-ні-це раз-де-ла мож дух - вода (см. Рис. 8). Пре-лом-ле-ня і від-ра-же-ня світла в кап-лях води по-пик-да-ет ра-ду-гу, а мно-го-крат-ним пре-лом-ле-ні- ем в крейда-ких про-зрач-них еле-мен-тах струк-ту-ри (сні-жін-ках, по-лок-нах бу-ма-ги, пу-зирь-ках) об'єк-яс-ня- ет-ся свій-ство ма-то-вих, що не зер-каль-них від-ра-жа-ю-чих по-верх-но-стей (білий сніг, бу-ма-га, біла піна).
Мал. 8. Іс-кривий-ле-ня ложки в ре-зуль-та-ті пре-лом-ле-ня світла
Промінь світла через пре-лом-ле-ня може ис-кривий-лять-ся. Якщо бро-сить в біль-шою посудину з водою багато са-ха-ра, не раз-ме-ши-вая, і через неяк-до хвилин по-све-тить збоку променем ла-зер-ної указ-ки, то можна уви-діти ис-кривий-ле-ня променя (див. Рис. 9). Це свя-за-но з тим, що рас-тво-ре-ня са-ха-ра в воді про-ис-хо-дить нерав-но-мер-а й про ра зу-ет-ся мно ж-ство шарів з раз-ни-ми ко-еф-фі-ци-ен-та-ми пре-лом-ле-ня, сле-до-ва-тель-но, на гра-ні-це каж-до -го шару промінь немно-го пре-лом-ля-ет-ся.
Мал. 9. Іс-кривий-ле-ня променя в со-су-де з водою і са-ха-ром
2. Досвід, наочно демонструє переломлення світла. Загальні відомості про заломлення
Про-ве-дём досвід, для ко-то-ро-го по-на-до-бят-ся ла-зер-ва указ-ка, посудину з жид-ко-стю, а також екран у вигляді листа бу-ма -гі. На-прав-ля-му промінь ла-зер-ної указ-ки на по-верх-ність з-су-да з водою (див. Рис. 1). бачимо:
1. промінь від-ра-жа-ет-ся від по-верх-но-сті води (точка на екрані);
Мал. 1. Досвід, де-мон-стри-ру-ю-щий пре-лом-ле-ня світла
2. промінь про-хо-дить даль-ше, але під дру-гим кутом до по-верх-но-сті столу (це яв-ле-ня по-лу-чи-ло на-зва-ня пре-Лом- ле-ня світла).
Пре-лом-ле-ня світла - через ме-ні-ня на-прав-ле-ня рас-про-стра-ні-ня світла в слу-чаї його про-хо-де-ня через гра-ні- цу раз-де-ла двох середовищ.
Пер-ше упо-ми-на-ня про пре-лом-ле-ванні світла можна знайти в пра-цю-тах древ-ні-греко-чого ско го фі-ло-со-фа Арі-сто-ті ля, до то рий за-да-вал-ся по-про-сом, по-че-му палиця в воді ка-жет-ся сло-ман-ної.
3. Розгалуження: Повне внутрішнє віддзеркалення
Су-ще-ству-ет еф-фект пів-но-го внут-рен-ні-го від-ра-же-ня. Рас-смот-рим при-заходів, коли пре-лом-ле-ня світла буде про-ис-хо-дить на гра-ні-це «стек-ло (по-ка-за-тель пре-лом-ле- ня) - воз-дух () ». В цьому випадку . а кут па-де-ня α буде мен-ше місце пре-лом-ле-ня γ (), так як стек-ло яв-ля-ет-ся більш оп-ти-че-скі пліт-го се-дою (див. Рис. 4).
Мал. 4. Схема пре-лом-ле-ня і від-ра-же-ня променя світла при пе-ре-хо-де зі скла-ла в воз-дух
Якщо n - по-ка-за-тель пре-лом-ле-ня стек-ла від-но-си-тель-но мож-ду-ха, то по-ка-за-тель пре-лом-ле-ня віз-ду-ха від-но-си-тель-но стек-ла -. Тоді закон пре-лом-ле-ня світла можна за-пі-описати таким об-ра-зом:
При збіль-ли-че-ванні кута па-де-ня збіль-ли-чи-ва-ет-ся і кут пре-лом-ле-ня, тобто при куті па-де-ня, поблизу-ком до 90 пре-лом-льон-ний промінь прак-ти-че-скі ис-че-за-ет, а вся енер-гія па-да-ю-ще-го променя пе-ре-хо-дить в енер-гію від ра-дружин-но-го.
При пре-дель-ном зна-че-ванні кута па-де-ня (α) пре-лом-льон-ний промінь рас-про-стра-ня-ет-ся вздовж гра-ні-ці раз-де-ла двох середовищ, тобто кут пре-лом-ле-ня (γ) дорівнює 90 (див. рис. 5). Од-на-ко за-ме-тить рас-про-стра-ні-ня пре-лом-льон-но-го променя уздовж гра-ні-ці раз-де-ла двох середовищ прак-ти-че-скі неможливе -мож-но, так як ін-тен-сів-ність сві-то-по-го променя ста-но-вит-ся біля-кою до 0.
Мал. 5. Схема пре-лом-ле-ня і від-ра-же-ня променя світла при пе-ре-хо-де зі скла-ла в воз-дух при пре-дель-ном вугіллі па-де-ня
Рівнян-ні-ня для на-хо-де-ня пре-дель-но-го кута па-де-ня () можна за-пі-описати так:
,
так як кут пре-лом-ле-ня, а
На-прі-мер, для води зна-че-ня n одно 1,33, сле-до-ва-тель-но, зна-че-ня пре-дель-но-го кута одно:
Якщо све-то-вий промінь па-да-ет на гра-ні-цу раз-де-ла двох середовищ під кутом, біль-шим пре-дель-но-го кута па-де-ня, то в цьому слу чаї промінь не про-ні-ка-ет у дру-гу середу і пів-но-стю від-ра-жа-ет-ся - яв-ле-ня пів-но-го внут-рен-ні-го від- ра-же-ня. Необ-хо-ді-мим усло-ві-ем для пів-но-го внут-рен-ні-го від-ра-же-ня яв-ля-ет-ся дві-же-ня променя з оп-ти- че-скі більш пліт-ний середовища в оп-ти-че-скі менш пліт-ву середу.
Яв-ле-ня пів-но-го внут-рен-ні-го від-ра-же-ня іс-поль-зу-ет-ся в по-ло-кон-ної оп-ти-ці для пе-ре -так-чи сиг-на-лов на біль-шие рас-сто-я-ня. При вході в све-то-вод па-да-ю-щий промінь на-прав-ля-ет-ся під кутом, за-ве-до-мо біль-шим пре-дель-но-го, що забезпе-пе -чи-ва-ет від-ра-же-ня променя без по-ті-ри енер-гии (див. Рис. 6).
Рис.6. Оптичне волокно
По-ло-кон-ні све-то-по-ди також при-ме-ня-ють-ся в ме-ді-цине. На-прі-мер, све-то-вод вво-дять в ж-лу-док або в об-ласть серд-ца для осве-ще-ня або на-блю-де-ня участ-ков цих ор-га- нов.
В мор-ських бі-нок-лях внут-рен-неї від-ра-же-ня іс-поль-зу-ють для того, щоб світло могло прой-ти через неяк-до лінз при від-но-си-тель -но ма-лень-ком кор-пу-се ап-па-ра-та (див. Рис. 7).
У Юве-лір-ном справі огран-ка кам-ній під-бі-ра-ет-ся так, щоб на каж-дой межі на-блю-да-лось пів-ве від-ра-же-ня.
Мал. 7. Про-хо-де-ня світла в мор-ському бі-нок-ле
4. Причини заломлення. Абсолютний показник заломлення
У таб-ли-це 1 пред-став-ле-ни ско-ро-сті світла в раз-лич-них сере-дах. Бачимо, на-прі-мер, що в воді ско-кість світла в 1,33 рази мен-ше, ніж в ва-ку-у-ме; коли світло пе-ре-хо-дить з води в алмаз, його ско-кість умень-ша ет ся ще в 1,8 рази. Імен-но з-ме-ні-ня ско-ро-сті світла в слу-чаї пе-ре-хо-да з однієї про-зрач-ної середовища в дру-гую яв-ля-ет-ся при-чи- ної пре-лом-ле-ня.
,
де c - ско-кість світла у ва-ку-у-ме; v - ско-кість світла у дан-ної середовищі.
Табл. 2. Аб-со-лют-ні по-ка-за-ті-ли пре-лом-ле-ня світла для раз-лич-вих ре-вин
5. Оптична щільність. кут заломлення
Оп-ти чого скаю пліт-ність - міра ослаб-ле-ня світла про-зрач-ни-ми об'єк-ек-та-ми (кри-став-ли, стік-ла, фо-то-Полон-ка ) або від-ра-же-ня світла непро-зрач-ни-ми об'єк-ек-та-ми (фо-то-гра-фія, ме-тал-ли).
Чим мен-ше ско-кість рас-про-стра-ні-ня світла в середовищі, тим біль-ше оп-ти чого скаю пліт-ність середовища.
Чим біль-ше від-ли-ча-ють-ся оп-ти-че-ські пліт-но-сті двох середовищ, тим силь-неї світло пре-лом-ля-ет-ся на гра-ні-це їх раз -де-ла.
Рас-смот-рим пре-лом-ле-ня світла з по-мо-гою оп-ти-че-ської шайби (оп-ти чого скаю шайба - це білий диск, по колу ко-то-ро-го на-ні-се-ни де-ле-ня, а на краю уста-нов-льон осве-ти-тель), на ко-то-рую уста-но-вим стек-лян-ний по-лу-ци Ліндрен (див. Рис. 2). На-пра-вим вузький пучок світла на цей по-лу-ци-Ліндрен: частина пучка від-ра-зит-ся, а частина прой-дет крізь нього, через ме-нив своє на-прав-ле-ня.
Мал. 2. На-блю-де-ня пре-лом-ле-ня з по-мо-гою оп-ти-че-ської шайби
На схемі (див. Рис. 3) бачимо, що промінь SO за-да-ет на-прав-ле-ня па-да-ю-ще-го пучка світла, промінь OK - на-прав-ле-ня від- ра-дружин-но-го пучка, промінь OB - на-прав-ле-ня пре-лом-льон-но-го пучка; MN - пер-пен-ді-ку-ляр, вос-ста-нов-лен-ний в точці па-де-ня променя SO. Все вка-зан-ні промені лежать в одній пло-ко-сти - пло-ко-сти по-верх-но-сті диска.
Кут, об-ра-зо-ван-ний пре-лом-льон-ним променем і пер-пен-ді-ку-ля-ром до гра-ні-це раз-де-ла двох середовищ, вос-ставши-льон -ним в точці па-де-ня променя, на-зи-ва-ет-ся кутом пре-лом-ле-ня (γ).
Кут між па-да-ю-щим променем і пер-пен-ді-ку-ля-ром, вос-ста-нов-лен-ним в точці па-де-ня, на-зи-ва-ет-ся кутом па-де-ня.
Мал. 3. Схема пре-лом-ле-ня і від-ра-же-ня променя світла при пе-ре-хо-де з воз-ду-ха в стек-ло
Якщо збіль-ли-чи-вать кут па-де-ня (α), то збіль-ли-чит-ся і кут пре-лом-ле-ня (γ).
З-від-но-ху кутів па-де-ня і пре-лом-ле-ня променя світла при пе-ре-хо-де з одного середовища в дру-гую все-гда за ві сит від оп -ти-че-ської пліт-но-сті середовищ:
- якщо світло йде з менш оп-ти-че-скі пліт-ний в більш оп-ти-че-скі пліт-ву середу, то кут пре-лом-ле-ня буде мен-ше місце па-де-ня () ;
- якщо світло йде з більш оп-ти-че-скі пліт-ний середовища в менш оп-ти-че-скі пліт-ву, то кут пре-лом-ле-ня буде біль-ше місце па-де-ня () .
Закон Снел-ли-вуса (закон пре-лом-ле-ня світла) гла-сит, що від-но-ху сі-ну-са кута па-де-ня до си-ну-су кута пре-лом -ле-ня є ве-ли-чи-на по-сто-ян-ва.
,
де. і - аб-со-лют-ні по-ка-за-ті-ли пре-лом-ле-ня середовища, в ко-то-рій промінь світла дві-гал-ся з-від-вет-ного-но до пе-ре-се-че-ня гра-ні-ці раз-де-ла і після;
n - від-но-си-тель-ний по-ка-за-тель пре-лом-ле-ня дру-рій середовища від-но-си-тель-но пер-виття;
і - ско-ро-сти дві-же-ня променя світла в сере-дах з-від-вет-ного-но до пе-ре-се-че-ня гра-ні-ці раз-де-ла і після.
У жар-ких пу-сти-нях іно-гда на-блю-да-ет-ся міраж: вда-ле-ке воз-ні-ка-ет по-верх-ність по-до-е-ма. Ка-ки-ми фі-зи-че-скі-ми яв-ле-ні-я-ми обу-слів-льон такий міраж?
Віз-дух в пу-стине на-греко-ва-ет-ся днем, по-лу-чаю тепло від го-ря-чо-го піску, по-це-му ниж-ня шари воз-ду-ха іно гда ока-зи-ва-ють-ся са-ми-ми тёп-ли-ми. Тоді ці ниж-ня шари мають мень-шую пліт-ність, сле-до-ва-тель-но, і мен-ший по-ка-за-тель пре-лом-ле-ня, ніж верх-ня шари. От-ра-дружин-ний ка-ким-ли-бо перед-ме-те сол-неп-ний світло може ис-пи-тать на-настільки-ко біль-ШОЕ ис-кривий-ле-ня в оп-ти -Че-скі неод-но-род-ної середовищі, що це при-ве-дет до пів-но-му від-ра-же-нию від шару тёп-ло-го мож-ду-ха у по-верх- но-сті Землі. Віз-ник-ні іл-лю-зія, що світло від-ра-жа-ет-ся від зер-каль-ної по-верх-но-сті, до то рую при-ні-ма-ють за по -верх-ність по-до-е-ма (див. Рис. 10).
Мал. 10. Іл-лю-стра-ція до за-да-че
Як і че-му мок-рий ас-фальт тим-неї су-хо-го? Як і че-му ана-ло-гич-ний еф-фект нема на-блю-да-ет-ся у по-лі-ро-ван-но-го гра-ні-та?
Рів-но-сті вологість-ної ше-ро-хо-ва-тій по-верх-но-сті ас-фаль-та по-даху-ти тон-ким шаром води, в ре-зуль-та-ті мно Гії промені ис-пи-ти-ва-ють пів-ве внут-рен-неї від-ра-же-ня на гра-ні-це вода - воз-дух, це при-во-дит до до-пол-ні тель-ним від-ра-же-ні-ям від по-верх-но-сті. Так як при каж-будинок від-ра-же-ванні світло по-гло-ща-ет-ся, то мок-раю по-верх-ність ка-жет-ся більш тём-ної. На гладкій-кою по-верх-но-сті по-лі-ро-ван-но-го гра-ні-та шар води пло-кий, по-це-му пів-ве внут-рен-ня від-ра- ж-ня неможливе-ли-во (див. Рис. 11).
Мал. 11. Іл-лю-стра-ція до за-да-че
На ри-сун-ке 12 пред-став-льон досвід по пре-лом-ле-нию світла. Поль-зу-Ясь при-ве-Ден-ної таб-ли-цей 3, визна-де-лі-ті по-ка-за-тель пре-лом-ле-ня ве-ще-ства. Ва-ри-ан-ти від-ве-та: 1. 1,22 2. 1,47 3. 1,88 4. 2,29.
Мал. 12. Іл-лю-стра-ція до за-да-че
Табл. 3. Дан-ні до за-да-че
Вос-поль-зу-ем-ся за-ко-ном Снел-ли-вуса:
Так як світло по-па-да-ет з воз-ду-ха на по-лу-ци-Ліндрен, то. Сле-до-ва-тель-но, щоб знайти по-ка-за-тель пре-лом-ле-ня ве-ще-ства (), потрібно раз-де-лити синус кута па-де-ня на синус кута пре-лом-ле-ня (кути визна-де-ля-ем по оп-ти-че-ської шайбі).
Кут па-де-ня дорівнює, кут пре-лом-ле-ня.
На цьому уроці ми узна-ли, що таке пре-лом-ле-ня світла, і ви-яс-ні-ли, яким за-ко-нам воно під-чи-ня-ет-ся.
Чи можна скле-ить два шматка стек-ла так, щоб місце скле-і-ва-ня стало неви-ді-мим? Яким по-ка-за-ті-лем пре-лом-ле-ня дол-дружин об-ла-дати клей?
Чи буде пре-лом-лять-ся промінь, па-да-ю-щий пер-пен-ді-ку-ляр-но по-верх-но-сті раз-де-ла двох середовищ?
Як вза-і-мо-свя-зан від-но-си-тель-ний по-ка-за-тель пре-лом-ле-ня з аб-со-лют-ни-ми по-ка-за-ті ля-ми пре-лом-ле-ня середовищ?
Промінь світла па-да-ет зі скла-ла на по-верх-ність води під кутом. Опрі-де-лі-ті кут пре-лом-ле-ня.
Як і че-му вікон-ні стік-ла з-да-ли ка-жут-ся тём-ни-ми, якщо на них дивилися реть в ясний день з вулиці?