Законы преломления света
Физический смысл показателя преломления.Свет преломляется вследствие изменения скорости его распространения при переходе из одной среды в другую. Показатель преломления второй среды относительно первой численно равен отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде: . Таким образом, показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света в той среде, из которой луч выходит, больше (меньше) скорости света в той среде, в которую он входит. Поскольку скорость распространения электромагнитных волн в вакууме постоянна, целесообразно определить показатели преломления различных сред относительно вакуума. Отношение скорости с распространения света в вакууме к скорости распространения его в данной среде называется абсолютным показателем преломления данного вещества ( ) и является основной характеристикой его оптических свойств, , т.е. показатель преломления второй среды относительно первой равен отношению абсолютных показателей этих сред. Обычно оптические свойства вещества характеризуются показателем преломления n относительно воздуха, который мало отличается от абсолютного показателя преломления. При этом среда, у которой абсолютный показатель больше, называется оптически более плотной. Предельный угол преломления.Если свет переходит из среды с меньшим показателем преломления в среду с большим показателем преломления (n1 < n2), то угол преломления меньше угла падения r < i (рис.3).
Рис. 3. Преломление света при переходе из оптически менее плотной среды в среду оптически более плотную.
При увеличении угла падения до im = 90° (луч 3, рис.2) свет во второй среде будет распространяться только в пределах угла rпр, называемого предельным углом преломления. В область второй среды в пределах угла, дополнительного к предельному углу преломления (90° - iпр), свет не проникает (на рис.3 эта область заштрихована). Предельный угол преломления rпр определяется согласно условию:
, но sin im = 1, следовательно . Явление полного внутреннего отражения.Когда свет переходит из среды с большим показателем преломления n1 > n2 (рис.4), то угол преломления больше угла падения. Свет преломляется (переходит в вторую среду) только в пределах угла падения iпр, который соответствует углу преломления rm = 90°.
Рис. 4. Преломление света при переходе из оптически более плотной среды в среду оптически менее плотную.
Свет, падающий под большим углом, полностью отражается от границы сред (рис. 4 луч 3). Это явление называется полным внутренним отражением, а угол падения iпр – предельным углом полного внутреннего отражения. Предельный угол полного внутреннего отражения iпр определяется согласно условию: , то sin rm=1, следовательно, . Если свет идет из какой-либо среды в вакуум или в воздух, то . Вследствие обратимости хода лучей для двух данных сред предельный угол преломления при переходе из первой среды во вторую равен предельному углу полного внутреннего отражения при переходе луча из второй среды в первую. Предельный угол полного внутреннего отражения для стекла меньше 42°. Поэтому лучи, идущие в стекле и падающие на его поверхность под углом 45°, полностью отражаются. Это свойство стекла используется в поворотных (рис.5а) и оборотных (рис. 4б) призмах, часто применяемых в оптических приборах.
Рис. 5: а – поворотная призма; б – оборотная призма. Волоконная оптика.Полное внутреннее отражение используется при устройстве гибких световодов. Свет, попадая внутрь прозрачного волокна, окруженного веществом с меньшим показателем преломления, многократно отражается и распространяется вдоль этого волокна (рис.6).
Рис.6. Прохождение света внутри прозрачного волокна, окруженного веществом с меньшим показателем преломления. Для передачи больших световых потоков и сохранения гибкости светопроводящей системы отдельные волокна собираются в пучки – световоды. Раздел оптики, в котором рассматривают передачу света и изображения по светопроводам, называют волоконной оптикой. Этим же термином называют и сами волоконно-оптические детали и приборы. В медицине световоды используют для освещения холодным светом внутренних полостей и передачи изображения. Практическая часть Приборы для определения показателя преломления веществ называются рефрактометрами(рис.7).
Рис.7. Оптическая схема рефрактометра. 1– зеркало, 2 – измерительная головка, 3 – система призм для устранения дисперсии, 4 – объектив, 5 – поворотная призма (поворот луча на 900), 6 – шкала (в некоторых рефрактометрах имеются две шкалы: шкала показателей преломления и шкала концентрации растворов), 7 – окуляр. Основной частью рефрактометра является измерительная головка, состоящая из двух призм: осветительной, которая находится в откидной части головки, и измерительной. На выходе осветительной призмы ее матовая поверхность создает рассеянный пучок света, который проходит через исследуемую жидкость (2-3 капли) между призмами. На поверхность измерительной призмы лучи падают под различными углами, в том числе и под углом в 900. В измерительной призме лучи собираются в области предельного угла преломления, чем и объясняется образование границы света - тени на экране прибора.
Рис.8. Ход луча в измерительной головке: 1 – осветительная призма, 2 – исследуемая жидкость, 3 – измерительная призма, 4 – экран.
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (9735)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |