Еще до установления природы света были известны следующие основные законы оптики: закон прямолинейного распространения света в оптически однородной среде; закон независимости световых пучков (справедлив только в линейной оптике); закон отражения света; закон преломления света. Закон прямолинейного распространения света: свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно. Доказательством этого закона является наличие тени с резкими границами от непрозрачных предметов при освещении их точечными источниками света (источники, размеры которых значительно меньше освещаемого предмета и расстояния до него). Закон независимости световых пучков: эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены. Если свет падает на границу раздела двух сред (двух прозрачных веществ), то падающий луч I (рис.25.1.) разделяется на два — отраженный II и преломленный III, направления которых задаются законами отражения и преломления. Закон отражения: отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела Рис. 25.1. двух сред в точке падения; угол i1' отражения равен углу i1 падения: i1'= i1. (25.1) Закон преломления: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред: = n21, (25.2) где n21 — относительный показатель преломления второй среды относительно первой. Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления: n21 = . (25.3) Абсолютным показателем преломления среды называется величина n1 равная отношению скорости с электромагнитных волн в вакууме к их фазовой скорости ( в среде: n1 =с/(. (24.4) также п= , где ε и μ — соответственно электрическая и магнитная проницаемости среды. Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления n1 (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления n2 (оптически менее плотную) (n1>n2), например, из стекла в воду, то sin i2/ sin i1 = n1 /n2> 1. (25.5) Отсюда следует, что преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления i2 больше, чем угол падения i1 (рис. 25.2.а). С увеличением угла падения увеличивается угол преломления (рис.25.2.б, в) до тех пор, пока при некотором угле падения (i1 = iпр) угол преломления не окажется Рис.24.2. равным π/2. Угол iпр называется предельным углом. При углах падения i1 > iпр весь падающий свет полностью отражается (рис.25.2. г). По мере приближения угла падения к предельному интенсивность преломленного луча уменьшается, а отраженного — растет (рис. 25.2.а—в). Если i1 = iпр, то интенсивность преломленного луча обращается в нуль, а интенсивность отраженного равна интенсивности падающего (рис. 25.2.г). Таким образом, при углах падения в пределах iпр до π/2 луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду, причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы. Это явление называется полным отражением. Предельный угол iпр sin iпр = n2 /n1 = n21. ( 25.6) Явление полного отражения используется в оптических приборах (например, в биноклях, перископах), а также в рефрактометрах, позволяющих определять показатели преломления тел. Явление полного отражения используется также в световодах, представляющих собой тонкие, произвольным образом изогнутые нити (волокна) из оптически прозрачного материала. Световоды используются в электронно-лучевых трубках, в электронно-счетных машинах, для кодирования информации, в медицине (например, диагностика желудка), для целей интегральной оптики и т. д. Коэффициент отражения R = , (25.7) где Iотр - интенсивность отраженного луча; Iпад - интенсивность падающего луча Iотр = Iпад . (25.8) Тогда R = = . (25.9) Коэффициент прозрачности Т = , (25.10) где Iпрел – интенсивность преломленного луча Iпрел = Iпад - Iотр = Iпад , (25.10) Т =1- R = . (25.11)
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Основные законы оптики. Полное отражение» з дисципліни «Курс лекцій з загальної фізики, орієнтований на будівельні спеціальності»
