Параграф 49 Физика 9 класс Пёрышкин | Конспект

Физический смысл показателя преломления

Закон преломления и его объяснение
Закон преломления света был открыт экспериментальным путем Виллебрордом Снеллиусом в начале XVII века. Он формулируется так: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для двух сред есть величина постоянная, которая называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Сначала ученые пытались объяснить этот закон на основе корпускулярной теории Ньютона, согласно которой свет состоит из частиц, и их скорость меняется при переходе из одной среды в другую. Однако позже было доказано, что скорость света меньше в более плотных средах, что подтверждает волновую природу света.

Эксперименты Леона Фуко
Французский физик Леон Фуко в 1850 году провел эксперименты, измеряя скорость света в разных средах, и показал, что в воде скорость света меньше, чем в воздухе. Этот эксперимент подтвердил волновую теорию света и опроверг гипотезу Ньютона о корпускулярной природе света. Таким образом, отношение синусов углов падения и преломления для света связано с отношением скоростей света в этих средах. Если скорость света в первой среде больше, чем во второй, то показатель преломления n больше единицы.

Относительный и абсолютный показатели преломления
Относительный показатель преломления определяется как отношение скоростей света в двух средах. Абсолютный показатель преломления — это отношение скорости света в вакууме к скорости света в данной среде. Абсолютный показатель всегда больше единицы, так как скорость света в любой среде меньше скорости света в вакууме. Этот показатель характеризует оптические свойства среды и показывает, насколько она замедляет свет по сравнению с вакуумом. Абсолютный показатель преломления используется для описания прозрачных сред, таких как вода, стекло и воздух.

Физический смысл показателя преломления
Показатель преломления характеризует изменение скорости и длины волны при переходе света из одной среды в другую. Если свет переходит из менее плотной среды в более плотную, его скорость и длина волны уменьшаются, но частота остается неизменной. Это объясняется сохранением энергии световой волны при изменении ее скорости. Таким образом, показатель преломления влияет на направление распространения волны и угол преломления, что приводит к изменению траектории светового луча при входе в другую среду.

Преломление и изменение направления волны
На границе двух сред, если первая среда менее плотная, а вторая более плотная, световой луч меняет направление. Это происходит потому, что скорость света в новой среде уменьшается. Например, если луч света переходит из воздуха в воду, он преломляется к нормали. При этом длина волны в воде становится меньше, так как скорость света уменьшается. Угол падения всегда больше угла преломления в такой ситуации, что объясняет искривление траектории света.

Практическое значение показателя преломления
Знание показателя преломления необходимо при проектировании линз и оптических приборов. Оптические свойства линз зависят от разности показателей преломления материала линзы и окружающей среды. Показатель преломления также учитывается при расчете дифракции, интерференции и других волновых явлений. В практической оптике этот показатель используется для создания линз с определенными свойствами, таких как увеличительные стекла, очки и телескопы.

Формула для расчета преломления
Основная формула, связывающая скорость света и показатель преломления: ​, где c — скорость света в вакууме, а v — скорость света в данной среде. Эта формула показывает, насколько сильнее замедляется свет при переходе в новую среду. Например, для воды показатель преломления равен 1,33, что означает, что скорость света в воде примерно на треть меньше, чем в вакууме.