Луч на границе двух сред
Меняй угол и направление перехода. Сравни углы, а при выходе из воды найди полное внутреннее отражение.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Дополнительный закон n₁sinα = n₂sinβ. nвоздуха = 1, nводы = 1,33. Доли отражённой и прошедшей энергии не рассчитываются; рисунок показывает направления.
Смена среды и направления
Преломление — изменение направления распространения света при переходе через границу сред с различными оптическими свойствами. Часть падающей энергии обычно отражается, а часть проходит во вторую среду.
Угол падения и угол преломления отсчитывают от нормали к границе. При перпендикулярном падении направление не меняется, хотя скорость распространения света во второй среде может измениться.
Найди границу
Какие две среды?
Проведи нормаль
Перпендикуляр в точке падения
Сравни углы
Оба относительно нормали
Преломлённый луч строят относительно нормали, учитывая обе среды.
Почему нельзя говорить, что любое попадание в воду обязательно изгибает луч?
При падении вдоль нормали луч идёт по прежней прямой. Меняются скорость и другие волновые характеристики, но не направление.
К нормали и от нормали
При переходе из воздуха в воду под наклонным углом луч обычно отклоняется к нормали: угол преломления меньше угла падения. При обратном переходе из воды в воздух он отклоняется от нормали, пока преломлённый луч существует.
Оптическая плотность связана со скоростью света и не тождественна массовой плотности вещества. Чем меньше скорость света в среде, тем больше её показатель преломления n = c/v для рассматриваемого света.
| Переход | Обычное отклонение при наклонном падении |
|---|---|
| Воздух → вода | К нормали |
| Вода → воздух | От нормали |
| По нормали | Направление не меняется |
При переходе в оптически более плотную среду луч приближается к нормали.
Можно ли определить преломление только по массе одного литра вещества?
Нет. Массовая и оптическая плотности — разные характеристики; нужна информация о скорости света или показателе преломления.
Видимый излом ложки на границе воды и воздуха
Ложка кажется изломанной из-за изменения хода света на границе сред.
Sudzie · CC BY-SA 4.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Преломление света линзой
Две преломляющие поверхности линзы совместно изменяют направление пучка.
白露为霜 at Chinese Wikipedia · Public domain · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Дополнительный расчёт углов
Для точного построения модель использует закон n₁ sin α = n₂ sin β. Это дополнительная формула к качественному объяснению. Приняты nвоздуха ≈ 1 и nводы ≈ 1,33; значения зависят от условий и длины волны.
Если свет выходит из воды в воздух под слишком большим углом, обычного преломлённого луча нет: возникает полное внутреннее отражение. Оно возможно при переходе из среды с большим n в среду с меньшим n.
Показатель
n = c/v
Связь углов
n₁ sin α = n₂ sin β
Граница выхода
При слишком большом α — полное внутреннее отражение
Полное внутреннее отражение возможно при выходе из оптически более плотной среды.
Бывает ли оно при входе из воздуха в воду в этой модели?
Нет. При n₁ < n₂ для любого допустимого угла падения существует преломлённый луч.
Кажущаяся глубина
Луч от точки под водой преломляется при выходе в воздух. Глаз продолжает пришедший луч прямолинейно назад и воспринимает точку выше её реального положения. Поэтому дно водоёма при наблюдении сверху обычно кажется ближе к поверхности.
В модели переключай направление перехода и меняй угол. Следи за дугами и подписью среды. Схема показывает отдельный луч, а не фотографию всей ложки; для изображения предмета нужно проследить много лучей от разных точек.
Точка под водой
Испускает или отражает лучи
Граница
Меняет их направление
Глаз
Воспринимает продолжения как пришедшие из другой точки
Кажущееся положение предмета может отличаться от действительного из-за преломления.
Значит ли видимый излом ложки, что вещество ложки изменило форму?
Нет. Изменяется путь света к наблюдателю, а не сама ложка.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 8 класс», § 36. Тема и содержание сверены с файлом «8 класс. Физика — § 36. Преломление света.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.
Дополнительная проверка: OpenStax: преломление света.