В случае неровной поверхности возникает диффузное отражение. Параллельный пучок падающих лучей не преобразуется в параллельный пучок отраженных лучей. При этом в каждой отдельной точке поверхности справедлив закон отражения волн.
Преломление волн
На границе раздела двух сред свет, падающий из первой среды, отражается в нее обратно. Если вторая среда прозрачна, то свет частично может пройти через границу сред. При этом, как правило, он меняет направление распространения или испытывает преломление.
Преломление – изменение направления распространения волны при прохождении из одно среды в другую.
Преломление волн при переходе из одной среды в другую вызвано тем, что скорости распространения волн в этих средах различны.
Выведем закон преломления с помощью принципа Гюйгенса. Обозначим скорость волны в первой среде v1, во второй – v2.
Рассмотрим возникновение преломленной волны, прошедшей во вторую среду, при падении плоской волны на плоскую границу раздела двух сред.
Фронт падающей волны образует с поверхностью раздела угол a. Такой же угол падения волны. В момент, когда точка В фронта волны попадает в точку В’ (BB’ = v1t) , вторичное излучение от точки А распространиться на AA’ = v2t
Огибающей фронтов вторичных волн является плоский фронт A’B’ преломленной волны.
Проведем преломленные лучи в точках A’ и В’ перпендикулярно фронту A’B’, составляющие с перпендикулярами к границе раздела угол b.
Угол преломления – угол между преломленным лучом и перпендикуляром к границе раздела, восстановленным в точке падения.
В DAA’B’ ÐAB’A’ = b как углы с соответственно перпендикулярными сторонами. Приравнивая выражения для гипотенузы АВ, общей для DAA’B’ и DABB”:
=
Закон преломления волн:
отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред и равная отношению скорости волн в первой среде к скорости волн во второй среде и называется показателем преломления второй среды относительно первой:
n = = .
Величина n называется показателем преломления.
Падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения лежат в одной плоскости.
Физической величиной, характеризующей уменьшение скорости распространения света в среде по сравнению со скоростью света в вакууме, является абсолютный показатель преломления среды.
Показатель преломления среды относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления этой среды:
Абсолютный показатель преломления среды – физическая величина, равная отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде:
n =
Абсолютный показатель преломления среды показывает во сколько раз скорость распространения света в данной точке меньше, чем скорость света в вакууме:
v =
Для любой среды n > 1.
Чем больше абсолютный показатель преломления среды, тем меньше скорость распространения света в ней.
При сравнении абсолютных показателей двух сред используют понятие оптической плотности среды.
Оптически более плотная среда – среда с большим показателем преломления.
Закон преломления через абсолютные показатели преломления сред:
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению абсолютных показателей преломления второй среды к первой:
=
Если луч света падает из оптически менее плотной среды (n1< n2), то угол преломления оказывается меньше угла падения (b < a)
ЛУЧ
См.выше «Прямолинейное распространение, отражение и преломление света»
ЗАКОНЫ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА
См.выше «Прямолинейное распространение, отражение и преломление света»
ПОКАЗАТЕЛЬ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
См.выше «Прямолинейное распространение, отражение и преломление света»
ПОЛНОЕ ВНУТРЕННЕЕ ОТРАЖЕНИЕ
Если пучок света переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную (n1 < n2), то при любом угле падения существует как отраженный, так и преломленный пучки света.
В случае перехода среды из оптически более плотной среды в менее плотную, при постепенном увеличении угла падения можно достигнуть такой его величины, что угол преломления станет равен π/2:
= Þ a0 = arcsin ( ).
Угол падения a0 называется предельным углом полного отражения.
При углах, больших a0, происходит полное отражение.
Полное внутреннее отражение – явление отражения света от оптически менее плотной среды, при котором преломление отсутствует, а интенсивность отраженного света практически равна интенсивности падающего.
Угол полного внутреннего отражения – минимальный угол падения света, начиная с которого возникает явление полного внутреннего отражения.
Испытывая полное внутреннее отражение, свет может распространяться внутри гибкого стекловолокна – световода, что используется для передачи информации.
Полное внутреннее отражение используется в призматических биноклях, перископах, зеркальных фотоаппаратах, в световращателях (катафотах)
ПРЕДЕЛЬНЫЙ УГОЛ ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ
См.выше «Полное внутреннее отражение»
ХОД ЛУЧЕЙ В ПРИЗМЕ
Рассмотрим преломление света треугольной призмой, на которую из воздуха перпендикулярно одной из ее граней падает свет. Абсолютный показатель преломления материала призмы n, ее преломляющий угол - a
Преломляющий угол призмы – угол между гранями призмы, на которых происходит преломление света.
Пусть преломляющий угол призмы меньше угла полного внутреннего отражения:
a < a0
Найдем угол отклонения δ луча от первоначального направления падения после преломления призмой.
При нормальном падении на грань призмы АВ луч не преломляется, падая на вторую преломляющую грань АС под углом α (ÐLOK=ÐBAC = a как углы с соответственно перпендикулярными сторонами)
Угол преломления b = ÐKOM на грани АС найдем из закона преломления:
=
При малом преломляющем угле призмы можно считать, что sin α ≈ α , sin b ≈ b, поэтому b ≈ nα
Треугольная призма отклоняет луч, падающий на ее из воздуха, к основанию.
Угол отклонения луча:
δ = β – α = α (n – 1)
Чем больше преломляющий угол призмы и ее абсолютный показатель преломления, тем больше она отклоняет луч от первоначального направления.
Пусть преломляющий угол призмы больше угла полного внутреннего отражения:
a > a0. Примем a = 45о для удобства рассмотрения.
Луч, нормально падающий на грань АВ, не преломляется на ней. Пусть его угол падения на грань АС > a0. Поэтому в точке О он испытывает полное внутреннее отражение. На грань ВС отраженный луч падает перпендикулярно и не преломляется, выходя из призмы под углом 90о к направлению падения.
Такую призму называют поворотной, так как она поворачивает луч на 90о.
При падении луча на грань поворотной призмы, проектирующуюся в сечении на гипотенузу АС, падающий луч в результате двух отражений изменяет направление на противоположное. Возникает обращение светового луча.
ПОСТРОЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ПЛОСКОМ ЗЕРКАЛЕ
Построение отражения в плоском зеркале основано на использовании закона отражения волн.
Рассмотрим точечный источник видимого света S , освещающий плоское зеркало. Волновым фронтом точечного источника является сфера.
Огибающей поверхностью сферических вторичных волн является сфера.
Фронт отраженной от плоского зеркала волны является сферическим, так же как и фронт падающей волны.
Центр отраженной сферической волны лежит за зеркалом, образуя пучок расходящихся лучей.
Наблюдателю, находящемуся над зеркалом, кажется, что лучи S’O и S’A’ выходят из одной точки, расположенной за зеркалом. Эта точка S’ воспринимается глазом, как мнимое изображение источника S.
Мнимое изображение – изображение предмета, возникающее при пересечении продолжений расходящегося пучка лучей.
Для построения изображения точечного источника, создающего сферический фронт волны, достаточно использовать два луча.
Угол падения луча 1, направленного перпендикулярно зеркалу, равен нулю, соответственно равен нулю и угол его отражения.
Луч 2, падающий в точке А’ под углом α, отражается под тем же углом.
Продолжения расходящихся лучей 1’ и 2’ пересекаются в точке S’, являющейся мнимым изображением точки S.
ÐOSA’ = α как накрест лежащие углы при параллельных прямых, ÐOS’A’ = α как соответственные. Следовательно DOSA’= DOS’A’ по катету OA’ и острому углу.
Это означает: OS’ = OS.
Мнимое изображение точечного источника в плоском зеркале находится в симметричной точке относительно зеркала.
Изображение источника конечных размеров строиться как совокупность изображений всех его точек.
Изображение источника находится в симметричной точке даже в том случае, если зеркало имеет конечные размеры и не находится между предметом и его изображением.
В этом случае изображение предмета можно наблюдать лишь в ограниченной области.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98
