Физика · конспекты
★0
Физика › 9 класс › Законы распространения света

Тема 30Преломление света. Закон преломления

★★★
Термины темы — найди их в тексте:Преломление светаПоказатель преломленияоптически более плотнойболее плотнуюменее плотную

Ложка в стакане с водой кажется «сломанной», а дно речки — ближе, чем на самом деле. Причина — преломление света.

Определение

Преломление света — изменение направления света при переходе через границу двух сред.

Свет преломляется потому, что в разных средах его скорость разная. Например, в воде она в 1,33 раза меньше, чем в вакууме.

Определение

Показатель преломления — число nn, показывающее, во сколько раз скорость света в среде меньше, чем в вакууме: n=c/vn=c/v.

Средаnn
воздух1,0003 ≈ 1
вода1,33
стекло1,5–1,9
алмаз2,42

Среду с бо́льшим nn называют оптически более плотной.

Закон преломления света
  1. Падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр к границе в точке падения лежат в одной плоскости.
  2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления постоянно для данных двух сред:
sin⁡αsin⁡β=n2n1=v1v2.\frac{\sin\alpha}{\sin\beta}=\frac{n_2}{n_1}=\frac{v_1}{v_2}.
Угол падения α и угол преломления β. Опыт: луч преломляется на плоской границе стеклаУгол падения α и угол преломления β. Опыт: луч преломляется на плоской границе стекла
Угол падения α и угол преломления β. Опыт: луч преломляется на плоской границе стекла Иллюстрация: light-fizika.ru
  • При переходе в более плотную среду луч приближается к перпендикуляру: β<α\beta<\alpha.
  • При переходе в менее плотную — удаляется от перпендикуляра: β>α\beta>\alpha.
  • Луч, падающий перпендикулярно границе, не преломляется.

Вместе с преломлением всегда есть и отражение: часть света возвращается назад.

Чем больше угол падения, тем больше угол преломления и тем ярче отражённый луч
Чем больше угол падения, тем больше угол преломления и тем ярче отражённый луч Иллюстрация: light-fizika.ru

Луч, прошедший через стеклянную пластинку с параллельными гранями, смещается, но остаётся параллельным себе. Призма отклоняет луч к своему основанию.

Пластинка смещает луч, призма отклоняет его к основаниюПластинка смещает луч, призма отклоняет его к основанию
Пластинка смещает луч, призма отклоняет его к основанию Иллюстрация: light-fizika.ru
Пример решения

Луч переходит из воздуха в воду (n=1,33n=1{,}33) под углом 53° (sin⁡53∘≈0,8\sin53^\circ\approx0{,}8). Найдите угол преломления.

sin⁡β=sin⁡αn=0,81,33≈0,6\sin\beta=\dfrac{\sin\alpha}{n}=\dfrac{0{,}8}{1{,}33}\approx0{,}6, β≈37∘\beta\approx37^\circ.

Образ для запоминания

Луч — «спасатель на пляже»: по песку он бежит быстро, по воде плывёт медленно. Поэтому на границе он «поворачивает» так, чтобы меньше плыть, — ближе к перпендикуляру. А выходя из воды на песок, отклоняется обратно.

⚗ Мини-опыт

Выберите вещества и меняйте угол падения. Сравните углы падения и преломления. Проверьте, что отношение синусов не меняется. Что будет, если луч падает перпендикулярно?

▶ Симуляция PhET

На экране «Введение» включите лазер и меняйте вещество внизу (вода, стекло). Измерьте транспортиром углы падения и преломления.

Преломление светаОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Луч переходит из воздуха в стекло. Как соотносятся углы падения и преломления?
Стекло оптически плотнее воздуха.
2Что показывает показатель преломления?
n=cvn=\frac{c}{v}.
3Как преломится луч, падающий перпендикулярно границе?
Угол падения 0°, значит и угол преломления 0°.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Скорость света в стекле 2⋅1082\cdot10^8 м/с. Найдите показатель преломления стекла.

    Ответ

    n=3⋅1082⋅108=1,5n=\dfrac{3\cdot10^8}{2\cdot10^8}=1{,}5.

    Как получилось?

  2. Почему ложка в стакане с водой кажется сломанной?

    Ответ

    Свет от подводной части ложки преломляется на границе вода — воздух.

    Как получилось?

  3. Какая среда оптически плотнее — вода или стекло?

    Ответ

    Стекло: его показатель преломления больше.

    Как получилось?

  4. Найдите скорость света в алмазе (n=2,42n=2{,}42).

    Ответ

    v=3⋅1082,42≈1,24⋅108v=\dfrac{3\cdot10^8}{2{,}42}\approx1{,}24\cdot10^8 м/с.

    Как получилось?

  5. Луч переходит из воды в воздух. Он приближается к перпендикуляру или удаляется от него?

    Ответ

    Удаляется: угол преломления больше угла падения.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Угол падения 30°, угол преломления 22° (sin⁡22∘≈0,375\sin22^\circ\approx0{,}375). Найдите относительный показатель преломления.

    Ответ

    n=0,50,375≈1,33n=\dfrac{0{,}5}{0{,}375}\approx1{,}33.

    Как получилось?

  2. Почему водоём кажется мельче, чем на самом деле?

    Ответ

    Лучи от дна, выходя из воды, удаляются от перпендикуляра. Глаз видит дно по продолжениям лучей — выше, чем оно есть.

    Как получилось?

  3. Луч падает из воздуха на стекло (n=1,5n=1{,}5) под углом 60° (sin⁡60∘≈0,87\sin60^\circ\approx0{,}87). Найдите угол преломления.

    Ответ

    sin⁡β=0,871,5≈0,58\sin\beta=\dfrac{0{,}87}{1{,}5}\approx0{,}58, β≈35∘\beta\approx35^\circ.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Преломление света
Изменение направления света при переходе через границу двух сред.
Показатель преломления
Во сколько раз скорость света в среде меньше, чем в вакууме: n = c/v.
Закон преломления света
sin α / sin β = n₂/n₁ — постоянно для двух данных сред.
Переход в более плотную среду
Луч приближается к перпендикуляру: β < α.
Показатели преломления
Вода 1,33; стекло около 1,5; алмаз 2,42.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.