Преломление света

Слайд 1. Преломление света

Законы оптики, полное внутреннее отражение и их применение в жизни

Слайд 2. Что такое преломление?

Преломление — это изменение направления распространения света при переходе из одной прозрачной среды в другую. Это происходит на границе раздела двух сред. Главная причина этого явления — разная скорость света в различных веществах. Например, в воде свет распространяется медленнее, чем в воздухе, из-за чего луч «сгибается».

Слайд 3. Показатель преломления

Абсолютный показатель преломления $n$ показывает, во сколько раз скорость света в вакууме $c$ больше скорости света в данной среде $v$: $n=\frac{c}{v}$.

Чем больше показатель преломления, тем сильнее среда отклоняет свет. Среду с большим $n$ называют оптически более плотной.

Слайд 4. Сравнение хода лучей

При переходе из воздуха в воду ($n_1<n_2$) луч прижимается к перпендикуляру. Угол преломления $\gamma$ меньше угла падения $\alpha$.

При переходе из стекла в воздух ($n_1>n_2$) луч отклоняется от перпендикуляра. Угол преломления $\gamma$ больше угла падения $\alpha$.

Слайд 5. Сравнение оптической плотности веществ

Оптическая плотность среды характеризуется показателем преломления $n$. Чем выше этот показатель, тем сильнее среда замедляет свет: скорость $v$ вычисляется по формуле $v=\frac{c}{n}$.

• Чем плотнее среда, тем медленнее в ней движется луч. В алмазе свет идет почти в 2,5 раза медленнее, чем в воздухе.

• На границе сред луч «ломается»: при переходе в более плотную среду угол преломления $\beta$ становится меньше угла падения $\alpha$.

• Практический пример: ложка в стакане воды кажется «сломанной», потому что лучи света отклоняются, выходя из воды в воздух.

Вопрос для обсуждения: Если луч переходит из стекла в воду, будет ли он прижиматься к границе раздела или отклоняться дальше от нее?

Слайд 6. Законы преломления света

Закон Снеллиуса описывает поведение света при переходе из одной среды в другую.

1. Падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр, восстановленный в точке падения, всегда лежат в одной плоскости.

2. Отношение синуса угла падения $\alpha$ к синусу угла преломления $\beta$ есть величина постоянная для двух данных сред, равная относительному показателю преломления: $\frac{\sin \alpha }{\sin \beta }=n_{21}$.

Математическая запись закона: $n_1\sin \alpha =n_2\sin \beta$.

Пример из жизни: если смотреть на карандаш в стакане с водой под углом, он кажется «переломленным» на границе сред. Это происходит из-за того, что свет меняет направление, выходя из воды в воздух.

Вопрос для обсуждения: Почему при взгляде строго вертикально вниз дно бассейна кажется ближе, чем оно есть на самом деле?

Слайд 7. Полное внутреннее отражение

Слайд 8. Практическое применение

Волоконная оптика использует полное отражение для передачи интернет-сигнала со скоростью света.

Эндоскопы позволяют врачам видеть внутренние органы через гибкие световоды.

Миражи возникают из-за преломления света в слоях воздуха с разной температурой.

Призмы в биноклях и перископах поворачивают лучи на $90^{\circ }$ или $180^{\circ }$ без потерь яркости.

Слайд 9. Вопросы для обсуждения

Почему дно бассейна кажется ближе к поверхности, чем оно есть на самом деле?

При каком условии свет может перейти из воды в воздух, не преломившись?

Почему бриллианты сверкают ярче, чем обычное стекло?

Как изменится угол преломления, если увеличить угол падения?

Слайд 10. Подведем итоги

Преломление — это следствие изменения скорости света в разных средах.

Закон Снеллиуса позволяет точно рассчитать путь луча на границе сред.

Полное внутреннее отражение возможно только при переходе из более плотной среды в менее плотную.

Эти явления лежат в основе работы очков, микроскопов, телескопов и систем связи.