ВходОтносительный показатель преломления воздуха. Контрактное производство
Угол падения - угол a между направлением падающего луча и перпендикуляром к границе раздела двух сред, восстановленным в точке падения .
Угол отражения - угол β между этим перпендикуляром и направлением отраженного луча.
Законы отражения света:
1. Луч падающий, перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения и луч отраженный лежат в одной плоскости.
2. Угол отражения равен углу падения .
Преломлением света называют изменение направления световых лучей при переходе света из одной прозрачной среды в другую.
Угол преломления
- угол
b
между тем же перпендикуляром и направлением преломленного луча.
Скорость света в вакуумес = 3*10 8 м/с
Скорость света в среде V< c
Абсолютный показатель преломления среды показывает, во сколько раз скорость света v в данной среде меньше, чем скорость света с в вакууме.
Абсолютный показатель преломления первой среды
Абсолютный показатель преломления второй среды
Абсолютный показатель преломления для вакуума равен 1
Скорость света в воздухе очень мало отличается от значения с, поэтому
Абсолютный показатель преломления для воздуха будем считать равным 1
Относительный показатель преломления показывает, во сколько раз изменяется скорость света при переходе луча из первой среды во вторую.
где V 1 и V 2 – скорости распространения света в первой и второй среде.
С учетом показателя преломления закон преломления света можно записать в виде
где n 21 – относительный показатель преломления второй среды относительно первой;
n 2 и n 1 – абсолютные показатели преломления второй и первой среды соответственно
Показатель преломления среды относительно воздуха (вакуума) можно найти в таблице 12 (задачник Рымкевича). Значения приведены для случая падения света из воздуха в данную среду.
Например, находим в таблице показатель преломления алмаза n= 2,42.
Это показатель преломления алмаза относительно воздуха (вакуума), то есть для абсолютных показателей преломления:
Законы отражения и преломления справедливы при обратном направлении хода световых лучей.
Из двух прозрачных сред оптически менее плотной называют среду с большей скоростью распространения света, или с меньшим показателем преломления .
При падении в оптически более плотную среду
угол преломления меньше угла падения.
При падении в оптически менее плотную среду
угол преломления больше угла падения
Полное внутреннее отражение
Если световые лучи из оптически более плотной среды 1 падают на границу раздела с оптически менее плотной средой 2 (n 1 > n 2 ), то угол падения меньше угла преломления a < b . При увеличении угла падения можно подойти к такому его значению a пр , когда преломленный луч заскользит по границе раздела двух сред и не попадет во вторую среду,
 |
Угол преломления b = 90°, при этом вся световая энергия отражается от границы раздела.
Предельным углом полного внутреннего отражения a пр называется угол, при котором преломленный луч скользит вдоль поверхности двух сред,
При переходе из среды оптически менее плотной в среду более плотную полное внутреннее отражение невозможно.
Для некоторых веществ показатель преломления достаточно сильно меняется при изменении частоты электромагнитных волн от низких частот до оптических и далее, а также может ещё более резко меняться в определённых областях частотной шкалы. По умолчанию обычно имеется в виду оптический диапазон или диапазон, определяемый контекстом.
Отношение показателя преломления одной среды к показателю преломления второй называют относительным показателем преломления первой среды по отношению к второй. Для выполняется:
где и - фазовые скорости света в первой и второй средах соответственно. Очевидно, что относительным показателем преломления второй среды по отношению к первой является величина, равная .
Эта величина, при прочих равных условиях, обычно меньше единицы при переходе луча из среды более плотной в среду менее плотную, и больше единицы при переходе луча из среды менее плотной в среду более плотную (например, из газа или из вакуума в жидкость или твердое тело). Есть исключения из этого правила, и потому принято называть среду оптически более или менее плотной, чем другая (не путать с оптической плотностью как мерой непрозрачности среды).
Луч, падающий из безвоздушного пространства на поверхность какой-нибудь среды, преломляется сильнее, чем при падении на неё из другой среды; показатель преломления луча, падающего на среду из безвоздушного пространства, называется его абсолютным показателем преломления или просто показателем преломления данной среды, это и есть показатель преломления, определение которого дано в начале статьи. Показатель преломления любого газа, в том числе воздуха, при обычных условиях много меньше, чем показатели преломления жидкостей или твердых тел, поэтому приближенно (и со сравнительно неплохой точностью) об абсолютном показателе преломления можно судить по показателю преломления относительно воздуха.
Примеры
Показатели преломления некоторых сред приведены в таблице.
Показатели преломления для длины волны 589,3 нм| Тип среды | Среда | Температура, °С | Значение |
|---|---|---|---|
| Кристаллы | LiF | 20 | 1,3920 |
| NaCl | 20 | 1,5442 | |
| KCl | 20 | 1,4870 | |
| KBr | 20 | 1,5552 | |
| Оптические стёкла | ЛК3 (Лёгкий крон) | 20 | 1,4874 |
| К8 (Крон) | 20 | 1,5163 | |
| ТК4 (Тяжёлый крон) | 20 | 1,6111 | |
| СТК9 (Сверхтяжёлый крон) | 20 | 1,7424 | |
| Ф1 (Флинт) | 20 | 1,6128 | |
| ТФ10 (Тяжёлый флинт) | 20 | 1,8060 | |
| СТФ3 (Сверхтяжёлый флинт) | 20 | 2,1862 | |
| Драгоценные камни | Алмаз белый | - | 2,417 |
| Берилл | - | 1,571 - 1,599 | |
| Изумруд | - | 1,588 - 1,595 | |
| Сапфир белый | - | 1,768 - 1,771 | |
| Сапфир зелёный | - | 1,770 - 1,779 | |
| Жидкости | Вода дистиллированная | 20 | 1,3330 |
| Бензол | 20-25 | 1,5014 | |
| Глицерин | 20-25 | 1,4370 | |
| Кислота серная | 20-25 | 1,4290 | |
| Кислота соляная | 20-25 | 1,2540 | |
| Масло анисовое | 20-25 | 1,560 | |
| Масло подсолнечное | 20-25 | 1,470 | |
| Масло оливковое | 20-25 | 1,467 | |
| Спирт этиловый | 20-25 | 1,3612 |
Материалы с отрицательным коэффициентом преломления
- фазовая и групповая скорости волн имеют различное направление;
- возможно преодоление дифракционного предела при создании оптических систем («суперлинз»), повышение с их помощью разрешающей способности микроскопов , создание микросхем наномасштаба, повышение плотности записи на оптические носители информации).
См. также
- Иммерсионный метод измерения показателя преломления.
Примечания
Ссылки
- RefractiveIndex.INFO база данных показателей преломления
Wikimedia Foundation . 2010 .
- Бельфор
- Саксония-Анхальт
Смотреть что такое "Показатель преломления" в других словарях:
ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ - отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде (абсолютный показатель преломления). Относительный показатель преломления 2 сред отношение скорости света в среде, из которой свет падает на границу раздела, к скорости света по второй… … Большой Энциклопедический словарь
ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ Современная энциклопедия
Показатель преломления - ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ, величина, характеризующая среду и равная отношению скорости света в вакууме к скорости света в среде (абсолютный показатель преломления). Показатель преломления n зависит от диэлектрической e и магнитной m проницаемостей… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ - (см. ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЬ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983 … Физическая энциклопедия
показатель преломления - 1. Отношение скорости падающей волны к скорости преломленной волны. 2. Отношение скоростей звука в двух средах. [Система неразрушающего контроля.… … Справочник технического переводчика
показатель преломления - отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде (абсолютный показатель преломления). Относительный показатель преломления двух сред отношение скорости света в среде, из которой свет падает на границу раздела, к скорости света во… … Энциклопедический словарь
показатель преломления - lūžio rodiklis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. index of refraction; refraction index; refractive index vok. Brechungsindex, m; Brechungsverhältnis, n; Brechungszahl, f; Brechzahl, f; Refraktionsindex, m rus. индекс преломления, m; … Automatikos terminų žodynas
показатель преломления - lūžio rodiklis statusas T sritis chemija apibrėžtis Medžiagos konstanta, apibūdinanti jos savybę laužti šviesos bangas. atitikmenys: angl. index of refraction; refraction index; refractive index rus. индекс преломления; коэффициент рефракции;… … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
показатель преломления - lūžio rodiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Esant nesugeriančiai terpei, tai elektromagnetinės spinduliuotės sklidimo greičio vakuume ir tam tikro dažnio elektromagnetinės spinduliuotės fazinio greičio terpėje… …
показатель преломления - lūžio rodiklis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Medžiagos parametras, apibūdinantis jos savybę laužti šviesos bangas. atitikmenys: angl. refraction index; refractive index vok. Brechungsindex, m rus. показатель… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
Книги
- Квант. Научно-популярный физико-математический журнал. № 07/2017 , Если вы интересуетесь математикой и физикой и любите решать задачи, то вашим другом и помощником станет научно-популярный физико-математический журнал «КВАНТ». Онвыходит с 1970 года и… Категория: Математика Серия: Журнал «Квант» 2017 Издатель: МЦНМО , Купить за 50 руб электронная книга (fb2, fb3, epub, mobi, pdf, html, pdb, lit, doc, rtf, txt)
Цифровой ресурс может использоваться для обучения в рамках программы основной и средней школы (базового уровня).
Модель представляет собой анимированную иллюстрацию по теме «Закон преломления света». Рассматривается система вода–воздух. Прорисовывается ход падающего, отраженного и преломленного лучей.
Краткая теория
Закон преломления света находит 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 υ 1 к скорости их распространения во второй среде υ 2:
Работа с моделью
Кнопка Старт /Стоп позволяет начать или поставить на паузу эксперимент, кнопка Сброс – начать новый эксперимент.
Данная модель может быть применена в качестве иллюстрации на уроках изучения нового материала по теме «Закон преломления света». На примере этой модели можно рассмотреть с учащимися ход луча при переходе из оптически менее плотной среды в оптически более плотную.
Пример планирования урока с использованием модели
Тема «Преломление света»
Цель урока: рассмотреть явление преломления света, ход луча при переходе из одной среды в другую.
|
|||||||||||||||||||||||||
|
Таблица 1. |
Примеры вопросов и заданий
- Свет переходит из вакуума в стекло, при этом угол падения равен α, угол преломления β. Чему равна скорость света в стекле, если скорость света в вакууме равна c ?
- Показатели преломления воды, стекла и алмаза относительно воздуха равны 1,33, 1,5, 2,42 соответственно. В каком из этих веществ предельный угол полного отражения имеет минимальное значение?
- Водолаз рассматривает снизу вверх из воды лампу, подвешенную на высоте 1 м над поверхностью воды. Чему равна кажущаяся высота лампы под водой?
В курсе физики 8 класса вы познакомились с явлением преломления света. Теперь вы знаете, что свет представляет собой электромагнитные волны определенного диапазона частот. Опираясь на знания о природе света, вы сможете понять физическую причину преломления и объяснить многие другие связанные с ним световые явления.
Рис. 141. Переходя из одной среды в другую, луч преломляется, т. е. меняет направление распространения
Согласно закону преломления света (рис. 141):
- лучи падающий, преломлённый и перпендикуляр, проведённый к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред
где n 21 - относительный показатель преломления второй среды относительно первой.
Если луч переходит в какую-либо среду из вакуума, то
где n - абсолютный показатель преломления (или просто показатель преломления) второй среды. В этом случае первой «средой» является вакуум, абсолютный показатель которого принят за единицу.
Закон преломления света был открыт опытным путём голландским учёным Виллебордом Снеллиусом в 1621 г. Закон был сформулирован в трактате по оптике, который нашли в бумагах учёного после его смерти.
После открытия Снеллиуса несколькими учёными была выдвинута гипотеза о том, что преломление света обусловлено изменением его скорости при переходе через границу двух сред. Справедливость этой гипотезы была подтверждена теоретическими доказательствами, выполненными независимо друг от друга французским математиком Пьером Ферма (в 1662 г.) и голландским физиком Христианом Гюйгенсом (в 1690 г.). Разными путями они пришли к одному и тому же результату, доказав, что
- отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная отношению скоростей света в этих средах:
(3)
Из уравнения (3) следует, что если угол преломления β меньше угла падения а, то свет данной частоты во второй среде распространяется медленнее, чем в первой, т. е. V 2 Взаимосвязь величин, входящих в уравнение (3), послужила веским основанием для появления ещё одной формулировки определения относительного показателя преломления: n 21 = v 1 / v 2 (4) Пусть луч света переходит из вакуума в какую-либо среду. Заменив в уравнении (4) v1 на скорость света в вакууме с, а v 2 на скорость света в среде v, получим уравнение (5), являющееся определением абсолютного показателя преломления: Согласно уравнениям (4) и (5), n 21 показывает, во сколько раз меняется скорость света при его переходе из одной среды в другую, a n - при переходе из вакуума в среду. В этом заключается физический смысл показателей преломления. Значение абсолютного показателя преломления п любого вещества больше единицы (в этом убеждают данные, содержащиеся в таблицах физических справочников). Тогда, согласно уравнению (5), c/v > 1 и с > v, т. е. скорость света в любом веществе меньше скорости света в вакууме. Не приводя строгих обоснований (они сложны и громоздки), отметим, что причиной уменьшения скорости света при его переходе из вакуума в вещество является взаимодействие световой волны с атомами и молекулами вещества. Чем больше оптическая плотность вещества, тем сильнее это взаимодействие, тем меньше скорость света и тем больше показатель преломления. Таким образом, скорость света в среде и абсолютный показатель преломления определяются свойствами этой среды. По числовым значениям показателей преломления веществ можно сравнивать их оптические плотности. Например, показатели преломления различных сортов стекла лежат в пределах от 1,470 до 2,040, а показатель преломления воды равен 1,333. Значит, стекло - среда оптически более плотная, чем вода. Обратимся к рисунку 142, с помощью которого можно пояснить, почему на границе двух сред с изменением скорости меняется и направление распространения световой волны. Рис. 142. При переходе световых волн из воздуха в воду скорость света уменьшается, фронт волны, а вместе с ним и её скорость меняют направление
На рисунке изображена световая волна, переходящая из воздуха в воду и падающая на границу раздела этих сред под углом а. В воздухе свет распространяется со скоростью v 1 , а в воде - с меньшей скоростью v 2 . Первой до границы доходит точка А волны. За промежуток времени Δt точка В, перемещаясь в воздухе с прежней скоростью v 1 , достигнет точки В". За то же время точка А, перемещаясь в воде с меньшей скоростью v 2 , пройдёт меньшее расстояние, достигнув только точки А". При этом так называемый фронт волны А"В" в воде окажется повёрнутым на некоторый угол по отношению к фронту АВ волны в воздухе. А вектор скорости (который всегда перпендикулярен к фронту волны и совпадает с направлением её распространения) поворачивается, приближаясь к прямой ОО", перпендикулярной к границе раздела сред. При этом угол преломления β оказывается меньше угла падения α. Так происходит преломление света. Из рисунка видно также, что при переходе в другую среду и повороте волнового фронта меняется и длина волны: при переходе в оптически более плотную среду уменьшается скорость, длина волны тоже уменьшается (λ 2 < λ 1). Это согласуется и с известной вам формулой λ = V/v, из которой следует, что при неизменной частоте v (которая не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе луча из одной среды в другую) уменьшение скорости распространения волны сопровождается пропорциональным уменьшением длины волны. Оптика
- это раздел физики, изучающий природу светового излучения, его распространение и взаимодействие с веществом. Световые волны - это электромагнитные волны. Длина волны световых волн заключена в интервале . Волны такого диапазона воспринимаются человеческим глазом. Свет распространяется вдоль линий, называемых лучами. В приближении лучевой (или геометрической) оптики пренебрегают конечностью длин волн света, полагая, что λ→0. Геометрическая оптика во многих случаях позволяет достаточно хорошо рассчитать оптическую систему. Простейшей оптической системой является линза. При изучении интерференции света следует помнить, что интерференция наблюдается только от когерентных источников и что интерференция связана с перераспределением энергии в пространстве. Здесь важно уметь правильно записывать условие максимума и минимума интенсивности света и обратить внимание на такие вопросы, как цвета тонких пленок, полосы равной толщины и равного наклона. При изучении явления дифракции света необходимо уяснить принцип Гюйгенса-Френеля, метод зон Френеля, понимать, как описать дифракционную картину на одной щели и на дифракционной решетке.
При изучении явления поляризации света нужно понимать, что в основе этого явления лежит поперечность световых волн. Следует обратить внимание на способы получения поляризованного света и на законы Брюстера и Малюса. Физические законы, формулы, переменные Формулы оптики
Абсолютный показатель преломления
где с - скорость света в вакууме, с=3·108 м/с, v - скорость распространения света в среде. Относительный показатель преломления
где n 2 и n 1 - абсолютные показатели преломления второй и первой среды. Закон преломления
где i - угол падения, r - угол преломления. Формула тонкой линзы
где F - фокусное расстояние линзы, d - расстояние от предмета до линзы, f - расстояние от линзы до изображения. Оптическая сила линзы
где R 1 и R 2 - радиусы кривизны сферических поверхностей линзы. Для выпуклой поверхности R>0. Для вогнутой поверхности R<0. Оптическая длина пути:
где n - показатель преломления среды; r - геометрическая длина пути световой волны. Оптическая разность хода:
L 1 и L 2 - оптические пути двух световых волн. Условие интерференционного
максимума: минимума: где λ 0 - длина световой волны в вакууме; m - порядок интерференционного максимума или минимума. Оптическая разность хода в тонких пленках
в отраженном свете: в проходящем свете: где d - толщина пленки; i - угол падения света; n - показатель преломления. Ширина интерференционных полос в опыте Юнга:
где d - расстояние между когерентными источниками света; L - расстояние от источника до экрана. Условие главных максимумов дифракционной решетки:
где d - постоянная дифракционной решетки; φ - угол дифракции. Разрешающая способность дифракционной решетки:
где Δλ - минимальная разность длин волн двух спектральных линий, разрешаемых решеткой;
Вопросы
Упражнение
Таблица основных формул по оптике
