Геометрическая оптика

Тема урока: «Прямолинейное распространение света. Законы отражения и преломления света».

1.Что изучает геометрическая оптика? 2.Что называют лучом? 3.Закон прямолинейного распространения света 4.Закон отражения света 5.Принцип обратимости световых лучей 6. Виды отражений 7. Изображение в плоском зеркале 8. Закон независимости световых лучей

9. Что называется преломлением света 10. Угол преломления 11. Ход светового луча в призме 12. Относительный и абсолютный показатели преломления 13. Физический смысл показателя преломления 14. Математическая запись закона преломления 15. Полное отражение 16. Предельный угол полного отражения

Геометрическая оптика – часть оптики, в которой изучаются законы распространения света в прозрачных средах на основе представления о нем как о совокупности световых лучей

Луч – линия, вдоль которой переносится энергия электромагнитной волны. Графически оптические лучи изображаются с помощью геометрических лучей со стрелками

Пучки света в лесу Луч света - это воображаемая линия. Но иногда под лучом света понимают тонкий пучок света. Наблюдая за такими пучками, можно сделать вывод, что свет распространяется прямолинейно.

Доказательство закона прямолинейного распространения света (образование тени и полутени)

Отбрасывание тени и полутени Тело, освещаемое точечным источником, отбрасывает на экран тень. Тень - это область экрана, куда не попадают лучи от источника света. При освещении тела протяженным источником на экране образуется область полутени. Это область, куда попадают лучи только от части источника света.

Область света и область тени Если глядеть на Землю с Луны, то часть земного шара, освещенного Солнцем, окажется в тени, которую отбрасывает Луна на Землю. Наличие тени подтверждает гипотезу о прямолинейном распространении света.

Солнечное затмение При движении Луна иногда оказывается между Солнцем и Землей. В эти моменты на поверхности Земли образуется область тени, отбрасываемой Луной. Для наблюдателей, находящихся в области этой тени, наступает солнечное затмение. Так как видимые размеры Солнца на нашей планете сопоставимы с размером Луны, то на Земле образуются зоны полного затмения (тень) и частичного затмения (полутень).

Лунное затмение наблюдается с поверхности Земли, когда Земля находится между Луной и Солнцем. При этом Луна оказывается в тени Земли.

Закон отражения света Понятия и величины: точечный источник света, зеркальное и диффузное отражение; углы падения, отражения

Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; Угол падения равен углу отражения

Принцип обратимости световых лучей: Луч света, распространяющийся по пути отраженного луча, отразившись от границы раздела сред, распространяется дальше по пути падающего луча. Иными словами, можно менять падающий и отраженный лучи местами, т.е., не изменяя хода луча, поменять направление его распространения.

Виды отражений: Поверхность, размеры неровностей которой меньше длины световой волны, называют зеркальной. Если лучи света, падающие на такую поверхность параллельным пучком, после отражения остаются параллельными, то такое направление отражения называют зеркальным.

Поверхность, размеры неровностей которой сравнимы или больше длины световой волны, отражает лучи света по всевозможным направлениям, называют шероховатой, а отраженный свет – рассеянным или диффузным отражением.

Изображение в плоском зеркале: Мнимое, прямое, равное по размерам предмету, находится на таком же расстоянии за зеркалом, на каком предмет расположен перед зеркалом.

Закон независимости световых лучей: распространение световых лучей в среде происходит независимо друг от друга.

Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред: Закон преломления был экспериментально установлен голландским ученым В. Снеллиусом (1621 г.).

Математическая запись закона преломления света: Постоянную величину n называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой.

Относительный и абсолютный показатели преломления Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления: n = n2 / n1.

Физический смысл показателя преломления – это отношение скорости распространения волн в первой среде υ1 к скорости их распространения во второй среде υ2: Абсолютный показатель преломления равен отношению скорости света c в вакууме к скорости света υ в среде:

Явление полного отражения Среду с меньшим абсолютным показателем преломления называют оптически менее плотной. При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную n2 < n1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать явление полного отражения, то есть исчезновение преломленного луча. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол αпр, который называется предельным углом полного внутреннего отражения

sin αпр = 1 / n (если второй средой является воздух)

Для границы раздела стекло–воздух (n = 1,5) критический угол равен αпр = 42°, Для границы вода–воздух (n = 1,33) – αпр = 48,7°.