Явление преломления света. Лабораторная работа «Измерение показателя преломления стекла».

Многие явления в природе объясняются тем, что свет при переходе из одной среды в другую изменяет направление распространения. Например, если опустить карандаш в стакан, то мы наблюдаем «излом карандаша».

Преломлением объясняется кажущееся уменьшение глубины реки.

Свет преломляется и при распространении в неоднородной среде. Например, такой неоднородной средой является воздух, разные слои которого нагреты по-разному. Свет в таком воздухе преломляется. И именно этим объясняются миражи.

Почему же происходит преломление света? Дело здесь в том, что при переходе из одной среды в другую скорость света как электромагнитных волн изменяется. Например, в воздухе она равна , а в стекле . Частота v колебаний при этом не изменяется. Следовательно, при переходе из одной среды в другую изменяется длина волны. Например, при переходе из воздуха в стекло длина волны уменьшается в раза.

Теперь представим себе, что свет не преломляется. Тогда на границе воздух - стекло происходит разрыв волновых поверхностей (рис. 46, а). Чтобы такого разрыва не было, свет должен испытать преломление (рис. 46, б).

Из этого объяснения следует, что при угле падения преломление не происходит (рис. 46, в).

Пронаблюдаем явление преломления. Перед экраном со щелью поставим лампочку и на пути пучка света положим плоскопараллельную пластину со скошенными гранями.

Зафиксируем ход пучка иголками. Затем уберем иголку, лампочку и экран, обведем контуры пластины и начертим падающий и преломленный лучи (рис. 47).

Подобные опыты позволили открыть закон преломления света. Он устанавливает связь между углами падения и преломления и формулируется следующим образом: падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восставленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред: .

Углы падения и преломления отсчитываются от перпендикуляра к границе раздела двух сред до прямых, показывающих направление световых волн в первой и второй средах (рис. 48).

Величина называется показателем преломления второй среды относительно первой.

Можно доказать, что . Например, показатель преломления стекла равен .

Явление полного отражения состоит в том, что свет не испытывает при некоторых условиях преломления даже при угле падения . Это происходит, если свет переходит из вещества, где он распространяется с меньшей скоростью, в вещество, где скорость света больше. Например, полное отражение можно наблюдать при переходе света из стекла в воздух.

Пронаблюдаем это явление. Воспользуемся пластиной и через боковую грань «запустим свет внутрь стекла».

И мы увидим полное отражение (рис. 49). Можно найти угол , при котором начинается полное отражение, воспользовавшись законом преломления света.

Пусть показатель преломления стекла. Тогда при переходе света из стекла в воздух можно написать . Максимальное значение . Тогда , угол . В нашем опыте угол , если свет входит в пластину через грань АВ, и , если через грань CD (рис. 50).

В первом случае будет наблюдаться явление полного отражения, во втором — нет.