Еще в древние времена люди утверждали, что палка, опущенная в воду, на границе воздух-вода будто сломана. Вынув из воды, она оказывается целой. Так человек впервые столкнулся с явлением преломления света.
Первым это явление начал изучать древнегреческий естествоиспытатель Клеомед (I в. н. э.). Он установил, что луч света, распространяющийся под углом с менее плотной оптической среды в более плотную, например из воздуха в воду, изменяет свое направление, то есть преломляется. Клеомед говорил, что под определенным углом мы не будем видеть предмет, лежащий на дне сосуда (рис. 135), но если налить в сосуд воды, предмет будет видно.
Таким образом, по мнению Клео-меда, благодаря преломлению лучей можно видеть Солнце, зашедшее за горизонт.
Другой древнегреческий ученый Клавдий Птолемей (II в. н. э.) опытным путем определил величину, характеризующую преломление лучей света при переходе их из воздуха в воду, из воздуха в стекло и из воды в стекло.
Опыт 1. Направим луч света на тонкостенный сосуд с подкрашенной водой, который имеет форму прямоугольного параллелепипеда. Мы видим, что на границе двух сред луч света изменяет свое направление: отражается и преломляется (рис. 136, а).
Изменение направления распространения света при его переходе через границы разделения двух оптически прозрачных сред называют преломлением света.
Выполним чертеж (рис. 136, б). Опыт показывает, что угол отражения света Р равен углу падения света а, а при переходе луча из воздуха в воду угол преломления света у (гамма) меньше угла падения света а. Кроме того, видим, что падающий и преломленный лучи света лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным к поверхности разделения двух сред в точку падения света. При переходе луча света из воды в воздух угол преломления света у0 больше угла падения света а0.
Этот опыт показывает, что при переходе светового луча с одной среды в другую: падающий и преломленный лучи света лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным к плоскости разделения двух сред в точку падения луча света; в зависимости от того, с какой среды в какую переходит луч света, угол преломления луча света может быть больше или меньше угла падения света.
Разные среды по-разному преломляют световые лучи. Например, алмаз преломляет лучи света больше, чем вода или стекло.
Среда, преломляющая свет, должна быть прозрачной, то есть такой, чтобы сквозь нее проходили лучи света.
Световые лучи преломляются, поскольку они распространяются в разных средах (телах) с неодинаковой скоростью. В воздухе скорость распространения света больше, чем в воде, в воде больше, чем в стекле.
Опыт 2. Поместим в сосуд с водой специальный источник света, от которого в разные стороны распространяются лучи света (рис. 137). Луч света, падающий перпендикулярно к границе вода-воздух, не преломляется.
Лучи света, падающие под разными углами к поверхности воды, преломляются по-разному. Но есть лучи света, которые вообще не переходят из воды в воздух, а полностью отражаются от ее поверхности. Явление, когда лучи света не выходят из среды и полностью отражаются внутрь, называют полным внутренним отражением света.
Явление полного внутреннего отражения света используют в специальных приборах — световодах. Световоды (рис. 138) широко применяют для передачи изображений предметов с любого места на любые расстояния.
ВОПРОСЫ К ИЗУЧЕННОМУ
1. Где может происходить преломление света?
2. Какие законы преломления света вы знаете?
3. Приведите примеры преломления света.
Лабораторная работа № 4
Изучение преломления света
Цель работы: изучить явление преломления света, проверить соотношение углов падения и преломления света.
Приборы и материалы: стеклянная призма с плоскопараллельными гранями, лист бумаги, транспортир, карандаш.
Ход работы
1. На листе бумаги разместите призму с плоскопараллельными гранями. Обведите карандашом или ручкой ее контуры (рис. 139).
2. На листе нарисуйте луч света под произвольным углом, который падает на меньшую грань призмы. Проведите перпендикуляр с точки падения луча света до границы призмы (рис. 140).
3. Положите призму на обведенное место на бумаге. Глядя через грань призмы на луч света, попробуйте увидеть его изображение в призме. Найдите такое положение поля зрения, когда изображение луча света в призме направлено на вас (рис. 141).
4. Не изменяя положения зрения, с помощью карандаша обозначьте продолжение луча света так, чтобы это имело вид одного сплошного луча (рис. 142).
5. Продолжите падающий луч света, как показано на рисунке 143, а также соедините точки А и Б.
6. Обозначьте и измерьте транспортиром углы падения и преломления для перехода воздух-стекло. Запишите данные в таблицу.
7. Повторите опыт на новом листе бумаги, изменив угол падения луча света на призму (сделайте его больше или меньше предыдущего).
8. Сделайте выводы.
Для любознательных
Посмотрите на карандаш сквозь прозрачную линейку, измените угол ее наклона по направлению зрения (рис. 144). Объясните явление, которое вы наблюдаете.
ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ
Решаем вместе
1. Какой из углов больше - угол падения или угол преломления, если свет переходит: а) из воды в воздух; б) из воздуха в стекло; в) из воды в стекло?
Ответ: а) угол падения; б) угол падения; в) угол преломления.
2. В стакан с водой вставили трубку для сока. Как объяснить явление, изображенное на рисунке 145?
Ответ: если смотреть на рисунок, то видим, что трубка для сока кажется сломанной. Это объясняется законами преломления света.
Уровень А
74. Сидя у костра, видим, что предметы, находящиеся за ним, вроде бы колеблются. Почему?
75. Может ли свет переходить из одной среды в другую не преломляясь?
76. Почему деления шкалы прозрачных линеек и угольников наносят на той стороне, которую прикладывают к измеряемым предметам?
77. Почему кажется, что предметы на дне реки или озера находятся на меньшей глубине, чем это есть в действительности?
78. В стакан, наполовину наполненный водой, опустили карандаш (рис. 146). Объясните явление, которое вы наблюдаете.
79. Перерисуйте в тетрадь рисунок 147. Для каждого случая начертите преломленный луч, считая, что все тела на рисунке стеклянные.
80. Что изображено на рисунке 148?
81. Объясните явления, изображенные на рисунке 149.
Уровень Б
82. Луч света переходит из воздуха 1 в воду 2 (рис. 150). Сравните угол падения и угол преломления луча. Используя соответствующие чертежные инструменты, нарисуйте ход отраженного луча.
83. Любой водоем, дно которого при спокойной и прозрачной воде хорошо видно с берега, всегда кажется мельче, чем в действительности. Почему?
84. Чем объяснить, что внутри трещин автомобильного стекла мы наблюдаем серебристую поверхность?
85. Выполните опыт: положите на середину дна чятттки монету и станьте так, чтобы монета вам не была видна. Попросите, чтобы в чятттку кто-нибудь налил воды. Видна ли теперь монета? Объясните это с помощью рисунка.
86. Выполните опыт: капните на лист белой бумаги каплю масла. Почему образованное пятно кажется светлее от остальной бумаги, если смотреть через нее на свет? Почему в отраженном свете пятно кажется темнее?
Это материал учебника Физика 9 класс Сиротюк