Конспект уроку: Розповсюдження світла у різноманітних середовищах. Заломлення світла на межі двох середовищ

Швидкість світла у різноманітних середовищах. Показник заломлення

Ви уже знаєте, що швидкість світла складає 300 000 км/с. Однак такою вона являється тільки в вакуумі, тобто у просторі, у якому практично немає речовини: атомів та молекул (так наприклад, між Сонцем і Землею).

Швидкість світла в вакуумі прийнято позначати літерою с (це).

Якщо світло розповсюджується у середовищі, воно взаємодіє із молекулами даного середовища, саме тому його швидкість зменшується. Це означає, що у будь-якому середовищі швидкість світла менша, аніж в вакуумі.

Кожне прозоре середовище по-різному впливає на швидкість світла у ньому, саме тому прозорі речовини характеризуємо показником заломлення.

Показник заломлення світла показує, у яка кількість раз швидкість світла в вакуумі більша за швидкість світла у даному середовищі.

Чому n - показник заломлення?

Мабудь вас здивувала назва введеної нами величини - показник заломлення.

Розглянемо випадок, коли світло падає на прозору речовину перпендикулярно до її поверхні.

Досягнувши речовини, світло рухається у ній із меншою швидкістю, але напрям його розповсюдження не змінюється.

Даний процес можна змоделювати так.

Відповідь на поставлене запитання

Іншою буде картина, коли світло падає із повітря на прозору поверхню під кутом.

Коли у точці А світло дійшло до нового середовища та розповсюджується у ньому із меншою швидкістю, від точки У до точки С воно продовжує поширюватися із попередньою швидкістю.

До чого це призводить, встановимо на моделі даного явища.

Внаслідок того, що світло переходить в середовище із іншою швидкістю, воно змінює напрям розповсюдження - заломлюється.

Чим швидкість світла в другому середовищі менша, тим показник заломлення більший.

Кут заломлення

Внаслідок заломлення світла промінь АВ проходитиме в новому середовищі у напрямку ВС. Поставимо перпендикуляр у точку падіння променя й продовжимо його у другому середовищі.

Кут α (альфа) - кут падіння світла на поверхню другого середовища, а кут у (гама) - кут заломлення променя.

Кут заломлення - кут між перпендикуляром й променем в середовищі, у котре переходить світло.

Інша ситуація

Світло не завжди переходить із вакууму (чи повітря) у інше середовище. Буває так, що світло із води, скла переходить в повітря. Тоді промінь переходить із середовища з меншою швидкістю у середовище з більшою (швидкість світла в вакуумі майже не відрізняється від швидкості у повітрі).

В цьому випадку світло зазнає заломлення, однак кут заломлення більший кута падіння.

Середовище, швидкість світла у якому менша, звуть більш оптично густим.

При переході світла із більш оптично густого середовища у менш оптично густе кут заломлення більший кута падіння.

Перший закон заломлення

Як та в випадку відбивання світла, при його заломленні теж існують деякі залежності між кутом падіння та кутом заломлення. Їх звуть законами заломлення.

Перший закон заломлення. Промінь падаючий, промінь заломлений й перпендикуляр у точку падіння лежать в одній площині.

Про другий закон заломлення світла

Другий закон заломлення світла встановлює зв'язок між кутами падіння, заломлення і показником заломлення, однак у ньому вводять не кути, а інші величини, що відповідають цим кутам.

Побудуємо транспортиром прямокутний трикутник, один із кутів котрого дорівнює 30o.

Виміряємо катет АВ, що лежить проти кута 30o, гіпотенузу АС та поділимо довжину катета на довжину гіпотенузи.

Побудуємо більший трикутник із кутом 30o й знайдемо відношення протилежного куту 30o катета до гіпотенузи.

Для кута 30o відношення катета, протилежного куту, до гіпотенузи дорівнює 1/2 й не залежить від розмірів прямокутного трикутника.

Дослідження другого кута

Дослідимо прямокутні трикутники із іншими кутами.

Побудуємо трикутник, один із кутів котрого дорівнює 50o. Відношення катета до гіпотенузи дорівнює 0,77 незалежно від довжини сторін.

В прямокутному трикутнику кожному куту відповідає певне відношення протилежного катета до гіпотенузи, саме тому, знаючи це відношення, можна визначити та побудувати кут.

Будуємо кут

Побудуємо без транспортира кут 50o, знаючи, що відношення протилежного катета до гіпотенузи 0,77.

Спочатку побудуємо прямий кут косинцем. Відношення 0,77 можна представити як відношення 7,7 см до 10 см, чи інше, залежно від розміру аркуша, на якому виконуємо малюнок. Відкладемо відрізок АВ, рівний 7,7 см та розхилом циркуля 10 см зробимо засічку на іншій стороні кута. Сполучивши точки У та С, побудуємо прямокутний трикутник, кут С котрого дорівнює 50o.

Синус кута

Знаючи відношення протилежного катета й гіпотенузи, можна визначити кут трикутника.

Відношення протилежного катета до гіпотенузи трикутника назвали синусом кута. (Позначають його скороченням sin).

Існують особливі таблиці, з допомогою котрих, знаючи кут, можна визначити його синус та навпаки - за синусом визначити кут.

Другий закон заломлення світла

Вивчивши поняття синуса кута, ми можемо сформулювати другий закон заломлення світла.

Якщо світло переходить із менш оптично густого середовища у більш оптично густе, відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення дорівнює показнику заломлення світла.

Нові поняття

Більш оптично густе середовище - середовище, у якому швидкість світла менша порівняно із іншим

Заломлення світла - зміна напрямку розповсюдження світла при переході із одного середовища у інше

Кут заломлення - кут між заломленим променем й перпендикуляром у точку падіння світла.

Показник заломлення - відношення швидкості світла в вакуумі до швидкості у середовищі, у якому світло розповсюджується

Синус кута - відношення протилежного кутові катета до гіпотенузи прямокутного трикутника

Таблиця синусів - таблиця, у котрій наведені кути та відповідні їм синуси.