Оптическая плотность. Угол преломления

Оптическая плотность – мера ослабления света прозрачными объектами (кристаллы, стёкла, фотоплёнка) или отражения света непрозрачными объектами (фотография, металлы).

Чем меньше скорость распространения света в среде, тем больше оптическая плотность среды.

Чем больше отличаются оптические плотности двух сред, тем сильнее свет преломляется на границе их раздела.

Рассмотрим преломление света с помощью оптической шайбы (оптическая шайба – это белый диск, по кругу которого нанесены деления, а на краю установлен осветитель), на которую установим стеклянный полуцилиндр (см. Рис. 2). Направим узкий пучок света на этот полуцилиндр: часть пучка отразится, а часть пройдёт сквозь него, изменив своё направление.

Рис. 2. Наблюдение преломления с помощью оптической шайбы

На схеме (см. Рис. 3) видим, что луч SO задаёт направление падающего пучка света, луч OK – направление отражённого пучка, луч OB – направление преломлённого пучка; MN – перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча SO. Все указанные лучи лежат в одной плоскости – плоскости поверхности диска.

Угол, образованный преломлённым лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред, восставленным в точке падения луча, называется углом преломления (γ).

Угол между падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным в точке падения, называется углом падения.

Рис. 3. Схема преломления и отражения луча света при переходе из воздуха в стекло

Если увеличивать угол падения (α), то увеличится и угол преломления (γ).

Соотношение углов падения и преломления луча света при переходе из одной среды в другую всегда зависит от оптической плотности сред:

- если свет идёт из менее оптически плотной в более оптически плотную среду, то угол преломления будет меньше угла падения ();

- если свет идёт из более оптически плотной среды в менее оптически плотную, то угол преломления будет больше угла падения ().

Закон Снеллиуса

Закон Снеллиуса (закон преломления света) гласит, что отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная.

,

где , и – абсолютные показатели преломления среды, в которой луч света двигался соответственно до пересечения границы раздела и после;

n – относительный показатель преломления второй среды относительно первой;

и – скорости движения луча света в средах соответственно до пересечения границы раздела и после.

Итоги урока

Решение задач

Задача 1

В жарких пустынях иногда наблюдается мираж: вдалеке возникает поверхность водоёма. Какими физическими явлениями обусловлен такой мираж?

Решение

Воздух в пустыне нагревается днём, получая тепло от горячего песка, поэтому нижние слои воздуха иногда оказываются самыми тёплыми. Тогда эти нижние слои имеют меньшую плотность, следовательно, и меньший показатель преломления, чем верхние слои. Отражённый каким-либо предметом солнечный свет может испытать настолько большое искривление в оптически неоднородной среде, что это приведёт к полному отражению от слоя тёплого воздуха у поверхности Земли. Возникнет иллюзия, что свет отражается от зеркальной поверхности, которую принимают за поверхность водоёма (см. Рис. 10).

Рис. 10. Иллюстрация к задаче

Задача 2

Почему мокрый асфальт темнее сухого? Почему аналогичный эффект не наблюдается у полированного гранита?

Решение

Неровности влажной шероховатой поверхности асфальта покрыты тонким слоем воды, в результате многие лучи испытывают полное внутреннее отражение на границе вода – воздух, это приводит к дополнительным отражениям от поверхности. Так как при каждом отражении свет поглощается, то мокрая поверхность кажется более тёмной. На гладкой поверхности полированного гранита слой воды плоский, поэтому полное внутренние отражение невозможно (см. Рис. 11).

Рис. 11. Иллюстрация к задаче

Задача 3

На рисунке 12 представлен опыт по преломлению света. Пользуясь приведённой таблицей 3, определите показатель преломления вещества. Варианты ответа: 1. 1,22 2. 1,47 3. 1,88 4. 2,29.

Рис. 12. Иллюстрация к задаче

α
	0,34	0,64	0,78	0,94

Табл. 3. Данные к задаче

Решение

Воспользуемся законом Снеллиуса:

Так как свет попадает из воздуха на полуцилиндр, то . Следовательно, чтобы найти показатель преломления вещества (), нужно разделить синус угла падения на синус угла преломления (углы определяем по оптической шайбе).

Угол падения равен , угол преломления .

Ответ: 2. 1,47

Итоги урока

На этом уроке мы узнали, что такое преломление света, и выяснили, каким законам оно подчиняется.

 

Список литературы

1. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.

2. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.

3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. – М.: Просвещение.

 

Домашнее задание

1. Можно ли склеить два куска стекла так, чтобы место склеивания стало невидимым? Каким показателем преломления должен обладать клей?

2. Будет ли преломляться луч, падающий перпендикулярно поверхности раздела двух сред?

3. Как взаимосвязан относительный показатель преломления с абсолютными показателями преломления сред?

4. Луч света падает из стекла на поверхность воды под углом . Определите угол преломления.

5. Почему оконные стёкла издали кажутся тёмными, если на них смотреть в ясный день с улицы?

6. П. 67, стр. 204, задание 47 (3). Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2014.