1. В чём состоит явление преломления света? Приведите примеры.
Явление преломления света заключается в изменении направления распространения света при переходе из одной среды в другую, если эти среды имеют разные оптические плотности. Преломление происходит из-за изменения скорости света в различных средах. Например, если луч света переходит из воздуха в воду, его скорость уменьшается, и луч меняет своё направление. Примером может служить видимость палочки, которая кажется сломленной, если смотреть на неё через поверхность воды.
2. Сформулируйте закон преломления света.
Закон преломления света, или закон Снеллиуса, гласит, что отношение синуса угла падения (угол, который луч света образует с нормалью к поверхности) к синусу угла преломления (угол между лучом в преломлённой среде и нормалью) остаётся постоянным и равно отношению показателей преломления двух сред. Математически это выражается формулой: sin(θ1) / sin(θ2) = n2 / n1, где θ1 — угол падения, θ2 — угол преломления, n1 — показатель преломления первой среды, n2 — показатель преломления второй среды.
3. Как преломление света на границе раздела двух сред зависит от относительного показателя преломления?
Преломление света на границе раздела двух сред зависит от относительного показателя преломления. Чем больше разница в показателях преломления двух сред, тем больше угол преломления. Если показатель преломления второй среды больше, луч будет преломляться к нормали, если меньше — от нормали.
4. В чём состоит явление полного внутреннего отражения?
Явление полного внутреннего отражения происходит, когда световой луч, проходя из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим показателем преломления, достигает угла падения больше определённого критического значения. Тогда весь свет отражается назад в первую среду, не проходя в другую. Это явление можно наблюдать, например, в водных глубинах или при использовании оптических волокон.
5. Что такое предельный угол полного внутреннего отражения? Чему он равен?
Предельный угол полного внутреннего отражения — это такой угол падения, при котором угол преломления становится равным 90 градусам. Это максимальный угол, при котором свет ещё может преломляться в среду с меньшим показателем преломления, но при большем угле возникает полное отражение. Этот угол зависит от отношения показателей преломления двух сред и можно вычислить по формуле: sin(θпред) = n2 / n1, где n1 — показатель преломления первой среды, n2 — показатель преломления второй среды.
6. Где используют световоды?
Световоды используют для передачи света через длинные расстояния, особенно в телекоммуникационных системах, медицине, а также в системах, где требуется передавать световые сигналы или изображения. Примером могут служить оптоволоконные кабели, которые широко применяются для передачи данных и связи.
1. Как будет вести себя световой луч при нормальном падении на границу раздела двух сред?
При нормальном падении света на границу раздела двух сред (когда световой луч падает перпендикулярно к поверхности) свет не меняет направления. То есть угол падения равен нулю, и световой луч продолжает двигаться в том же направлении, но с изменением скорости, если показатели преломления сред разные. Таким образом, свет не преломляется, а проходит через границу без изменения угла.
2. Когда поверхность воды не совсем спокойна, предметы, лежащие на дне, кажутся колеблющимися. Объясните явление.
Когда поверхность воды не совсем спокойна, она создаёт небольшие колебания, что приводит к изменению углов падения и отражения света. Эти колебания искажают изображение предметов, находящихся на дне, из-за перемещения отражающих и преломляющихся световых лучей. Так как каждый луч проходит через разные участки воды с различными углами, создаются иллюзии колеблющихся предметов. Это явление связано с нарушением стабильности отражения света от поверхности воды.
1. Световые лучи падают под одним и тем же углом на границу «воздух — стекло» и «воздух — алмаз». В каком случае угол преломления больше? Показатели преломления стекла и алмаза равны соответственно 1,5 и 2,4.
Чтобы выяснить, в каком случае угол преломления будет больше, нужно использовать закон преломления света, который выражается формулой: n₁ * sin(θ₁) = n₂ * sin(θ₂)
где n₁ и n₂ — показатели преломления первой и второй среды, а θ₁ и θ₂ — углы падения и преломления.
Так как угол падения одинаков в обоих случаях, при большем показателе преломления в второй среде угол преломления будет меньше. Показатель преломления для стекла равен 1,5, а для алмаза — 2,4. Значит, при падении на границу «воздух — алмаз» угол преломления будет меньше, чем при падении на границу «воздух — стекло», так как показатель преломления алмаза больше.
2. Луч света падает под углом 30° на границу: а) «воздух — вода»; б) «воздух — стекло». Вычислите для каждого случая синус угла преломления.
Для расчета синуса угла преломления используем следующую формулу:
sin(θ₂) = (n₁ / n₂) * sin(θ₁)
а) Для границы «воздух — вода», где показатель преломления воздуха n₁ = 1, а воды n₂ = 1,33.
sin(θ₂) = (1 / 1,33) * sin(30°) = 0,75 * 0,5 = 0,375.
Значит, синус угла преломления для этого случая равен 0,375.
б) Для границы «воздух — стекло», где показатель преломления стекла n₁ = 1, а стекла n₂ = 1,5.
sin(θ₂) = (1 / 1,5) * sin(30°) = 0,67 * 0,5 = 0,335.
Значит, синус угла преломления для этого случая равен 0,335.
3*. Начертите ход световых лучей, которые падают на границу «вода — воздух» под углом 30° и 60°.
а) Для угла падения 30°:
Показатель преломления воды n₁ = 1,33, воздуха n₂ = 1. sin(θ₂) = (1,33 / 1) * sin(30°) = 1,33 * 0,5 = 0,665. θ₂ = arcsin(0,665) ≈ 41,8°. б) Для угла падения 60°:
sin(θ₂) = (1,33 / 1) * sin(60°) = 1,33 * 0,866 = 1,15. Так как значение синуса угла больше 1, это значит, что свет преломляться не будет, а произойдёт полное внутреннее отражение.
4*. Определите предельный угол падения светового луча на границу раздела стекла и воды.
Для вычисления предельного угла падения на границу «стекло — вода» можно использовать формулу для полного внутреннего отражения: sin(θ_пред) = n₂ / n₁.
Где n₁ = 1,5 — показатель преломления стекла, а n₂ = 1,33 — показатель преломления воды.
sin(θ_пред) = 1,33 / 1,5 = 0,8867.
θ_пред = arcsin(0,8867) ≈ 62,7°.
Таким образом, предельный угол падения для этой границы составляет примерно 62,7°.
Почему истинная продолжительность дня больше промежутка времени между восходом и заходом Солнца?
Истинная продолжительность дня больше, чем время между восходом и заходом Солнца, потому что атмосфера Земли преломляет солнечные лучи. Это позволяет нам видеть Солнце, когда оно уже опустилось ниже горизонта. Кроме того, Земля не идеально круглая, и её орбита немного эллиптическая. Всё это приводит к тому, что день длится немного дольше, чем просто время между восходом и заходом Солнца.