Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
сделать вывод о том, что свет представляет собой электромагнитную волну.
В 1888 году немецкий физик Генрих Герц экспериментально обнаружил
предсказанные Максвеллом электромагнитные волны и исследовал их свойства.
Герц установил, что электромагнитные волны способны испытывать отражение
и преломление, т.е. обладают такими же свойствами, как и свет. Этот факт
послужил доказательством электромагнитной природы света.
Наконец, в 1900 году немецкий физик Макс Планк пришел к выводу о
существовании элементарных неделимых порций света ("световые кванты" или
"фотоны").
В настоящее время считается, что свет имеет двоякую природу: в одних
явлениях он проявляет себя как волна (интерференция, ди-
222
Геометрическая оптика
фракция света), а в других явлениях - как поток частиц (фотоэффект).
Закон прямолинейного распространения света. Понятие луча. В
геометрической оптике рассматриваются законы распространения света в
прозрачных средах на основе представления о свете как о совокупности
световых лучей - линий, вдоль которых распространяется энергия световых
волн. Представление о световом луче можно получить, например, если
пропустить солнечный свет через небольшое отверстие в ставне и наблюдать
его распространение в темной комнате. Уменьшая диаметр отверстия, можно
до определенного предела уточнять направление распространения света.
Однако получить сколь угодно тонкий пучок света невозможно, т.к. когда
диаметр отверстия окажется сравнимым с длиной волны, пучок начнет сильно
расширяться за счет дифракции. Световой луч - это геометрическое понятие,
вводимое для того, чтобы приближенно описать распространение света в
пространстве, пользуясь законами геометрической оптики. Эти законы были
установлены экспериментально задолго до выяснения природы света. В то же
время, они вытекают из волновой теории света как приближение,
справедливое, если длина волны света исчезающе мала по сравнению с
размерами препятствий на пути света.
Наблюдения показывают, что в оптически однородной среде т. е. в среде, в
которой показатель преломления везде одинаков, свет распространяется
прямолинейно. В однородной среде световые лучи представляют собой прямые
линии.
Законы отражения света. Плоское зеркало. Рассмотрим отражение светового
луча от зеркала. Назовем углом падения угол между падающим лучом и
перпендикуляром к зеркалу, восстановленным в точке падения. Углом
отражения называется угол между перпендикуляром к зеркалу,
восстановленным в точке падения, и отраженным лучом. Плоскостью падения
называется плоскость, содержащая падающий луч и перпендикуляр к зеркалу,
восстановленный в точке падения. В опытах с зеркалами и тонкими световыми
пучками установлены следующие законы отражения света:
Определения, понятия и законы
223
1) падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к зеркалу,
восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости;
2) угол падения равен углу отражения.
На рис. 4.1.1 показано построение изображения светящейся точки в плоском
зеркале. Это изображение является мнимым, так как оно образовано
пересечением не самих отраженных лучей, а их продолжениями (на рисунке
показаны пунктиром). Из рисунка видно, что изображение светящейся точки в
плоском зеркале лежит на продолжении перпендикуляра, Рис. 4.1.1
проведенного от источника к зеркалу, а
расстояние от зеркала до изображения равно расстоянию от источника до
зеркала.
Законы преломления света. Из опыта известно, что если световой луч падает
на границу раздела двух сред, то он меняет направление распространения.
Это явление получило название преломления света. Преломление света
происходит на границах раздела таких сред как воздух и вода, воздух и
стекло, стекло и вода и т.п. Углом падения называется угол между падающим
лучом и перпендикуляром к границе раздела, восстановленным в точке
падения. Углом преломления называется угол между перпендикуляром к
границе раздела, восстановленным в точке падения и преломленным лучом.
Плоскостью падения называется плоскость, содержащая падающий луч и
перпендикуляр к границе раздела, восстановленный в точке падения. Опытным
путем установлены следующие законы преломления света:
1) падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела,
восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости;
2) отношение синуса угла падения к синусу угла преломления не зависит
от угла падения, если преломленный луч существует (закон Снеллиуса).
224
Геометрическая оптика
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления зависит от того,
какие среды образуют границу раздела и называется относительным
показателем преломления второй среды (т.е. среды, в которой
распространяется преломленный луч) по отношению к первой. Если луч света
падает на границу среды из вакуума, то отношение синуса угла падения к
синусу угла преломления называется абсолютным показателем преломления или
просто показателем преломления среды. Математически закон Снеллиуса
