Содержательная модель темы «Световые волны»

При изучении темы «Преломление света. Закон преломления света» ставятся цели:

образовательная – формирование понятия о законе преломления света, об относительном и абсолютном показателях преломления

развивающая - развитие умений экспериментально подтверждать закон преломления из принципа Гюйгенса,

воспитательная - развитие умений формулировать выводы по своим наблюдениям. На уроке, посвященному преломлению света, применяется принцип Гюйгенса для теоретического вывода закона преломления света. Рассмотрим фрагмент урока, посвященный теоретическому выводу закона.

На границе раздела двух сред может происходить не только отражение волн, но и частичное их проникновение в другую среду. Изменение направления распространения света при его переходе через границу раздела двух прозрачных сред называется преломлением. Преломление света обусловлено тем, что скорости распространения света в разных средах различны.

Рис 12. Принцип Гюйгенса

Пусть на плоскую границу раздела двух сред, например воздух и вода, падает плоская световая волна (рис. 12). Скорость волны в первой среде υ1, а во второй υ2. Волновая поверхность АD перпендикулярна лучам МА и NB. Поверхность раздела двух сред сначала достигает луч MA. Луч NB достигает этой поверхности спустя время

.

В момент, когда в точке В только начинается возбуждение вторичной волны, вторичная волна от точки А уже имеет вид полусферы радиусом АС:

АС =u2Dt.

Плоскость СВ огибает вторичные волны во второй среде и является волновой поверхностью преломленной волны.

Угол падения a луча равен углу DAB в треугольнике ADB (стороны одного из этих углов перпендикулярны сторонам другого). Следовательно,

DB = u1Dt=АВ sina (1)

Преломленный луч – это продолжение выделенного луча от точки излома на поверхности раздела сред.

Угол между преломленным лучом и нормалью KL к поверхности называется углом преломления β («бета» - буква греческого алфавита).

Угол преломления β равен углу AВC треугольника АСВ. Поэтому

АС = u2Dt =АВ sinβ (2)

Разделив почленно равенства (1) и (2) получим:

, (3)

где - постоянная величина, не зависящая от угла падения луча.

Соотношение (3) выражает закон преломления света:

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред; падающий и преломленный луч и перпендикуляр, восстановленный к поверхности в точке падения, лежит в одной плоскости.

Экспериментальное подтверждение закона преломления. Закрепим на оптическом диске стеклянный полуцилиндр так, чтобы его центр совпадал с центром диска (рис. 13).

Рис. 13. Экспериментальное подтверждение закона преломления

На него направлен световой пучок АО от осветителя. Мы видим отраженный луч ОВ и преломленный луч ОЕ. Измерение углов падения - α и преломления - β покажет, что отношение их синусов при различных углах падения остается неизменным и равно n2,1.

Относительный и абсолютный показатели преломления. Величина , входящая в закон преломления света, называется относительным показателем преломления или показателем преломления второй среды относительно первой. С помощью принципа Гюйгенса раскрывается физический смысл относительного показателя преломления. Относительный показатель преломления равен отношению скоростей света в средах, на границе которого происходит преломление:

,

где n21 – постоянная величина, не зависящая от падения луча.

Если скорость света во второй среде меньше, чем в первой, то угол преломления β меньше угла падения.

Показатель преломления среды относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления этой среды. Он равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления при переходе светового луча из вакуума в данную среду, а также отношению скорости света в вакууме с к скорости света в среде υ: