Фізика 7 клас

Тема "Поширення світла в різних середовищах. Заломлення світла на межі двох середовищ. Лінзи"

Конспект уроку до теми "Поширення світла в різних середовищах. Заломлення світла на межі двох середовищ. Лінзи" 

ПОШИРЕННЯ СВІТЛА В РІЗНИХ СЕРЕДОВИЩАХ. ЗАЛОМЛЕННЯ СВІТЛА НА МЕЖІ ДВОХ СЕРЕДОВИЩ

Швидкість світла в різних середовищах. Показник заломлення
Ви вже знаєте, що швидкість світла становить 300 000 км/с. Проте такою вона є лише у вакуумі, тобто в просторі, в якому практично немає речовини: атомів і молекул (наприклад, між Сонцем та Землею).
Швидкість світла у вакуумі прийнято позначати літерою с (це).
Якщо світло поширюється в середовищі, воно взаємодіє з молекулами цього середовища, тому його швидкість зменшується. Це означає, що в будь-якому середовищі швидкість світла менша, ніж у вакуумі.
Кожне прозоре середовище по-різному впливає на швидкість світла в ньому, тому прозорі речовини характеризуємо показником заломлення.

Показник заломлення світла показує, в скільки разів швидкість світла у вакуумі більша за швидкість світла в даному середовищі.

Чому n – показник заломлення?
Напевно вас здивувала назва введеної нами величини - показник заломлення.
Розглянемо випадок, коли світло падає на прозору речовину перпендикулярно до її поверхні.
Досягнувши речовини, світло рухається в ній з меншою швидкістю, однак напрям його поширення не змінюється.
Цей процес можна змоделювати так.

Відповідь на поставлене питання
Іншою буде картина, коли світло падає з повітря на прозору поверхню під кутом.
Коли в точці А світло дійшло до нового середовища і поширюється в ньому з меншою швидкістю, від точки В до точки С воно продовжує поширюватися з попередньою швидкістю.
До чого це призводить, встановимо на моделі цього явища.

Унаслідок того, що світло переходить у середовище з іншою швидкістю, воно змінює напрям поширення - заломлюється.
Чим швидкість світла у другому середовищі менша, тим показник заломлення більший.

Кут заломлення
Унаслідок заломлення світла промінь АВ проходитиме у новому середовищі в напрямку ВС. Поставимо перпендикуляр в точку падіння променя і продовжимо його в другому середовищі.
Кут (альфа) – кут падіння світла на поверхню другого середовища, а кут (гама) – кут заломлення променя.

Кут заломлення  – кут між перпендикуляром і променем у середовищі, в яке переходить світло. 

Інша ситуація
Світло не завжди переходить з вакууму (або повітря) в інше середовище. Буває так, що світло з води, скла переходить у повітря. Тоді промінь переходить з середовища із меншою швидкістю в середовище із більшою (швидкість світла у вакуумі майже не відрізняється від швидкості в повітрі).
У цьому випадку світло зазнає заломлення, але кут заломлення більший кута падіння.

Середовище, швидкість світла в якому менша, називають більш оптично густим.
При переході світла з більш оптично густого середовища в менш оптично густе кут заломлення більший кута падіння.

Перший закон заломлення
Як і у випадку відбивання світла, при його заломленні теж існують певні залежності між кутом падіння і кутом заломлення. Їх називають законами заломлення.
Перший закон заломлення. Промінь падаючий, промінь заломлений і перпендикуляр в точку падіння лежать у одній площині.

Про другий закон заломлення світла
Другий закон заломлення світла встановлює зв’язок між кутами падіння, заломлення та показником заломлення, але в ньому вводять не кути, а інші величини, що відповідають цим кутам.
Побудуємо транспортиром прямокутний трикутник, один з кутів якого дорівнює 30o.
Виміряємо катет АВ, що лежить проти кута 30o, гіпотенузу АС і поділимо довжину катета на довжину гіпотенузи.
Побудуємо більший трикутник з кутом 30o і знайдемо відношення протилежного куту 30o катета до гіпотенузи.

Для кута 30o відношення катета, протилежного куту, до гіпотенузи дорівнює і не залежить від розмірів прямокутного трикутника.

Дослідження іншого кута
Дослідимо прямокутні трикутники з іншими кутами.
Побудуємо трикутник, один з кутів якого дорівнює 50o. Відношення катета до гіпотенузи дорівнює 0,77 незалежно від довжини сторін.
У прямокутному трикутнику кожному куту відповідає певне відношення протилежного катета до гіпотенузи, тому, знаючи це відношення, можна визначити і побудувати кут.

Будуємо кут
Побудуємо без транспортира кут 50o, знаючи, що відношення протилежного катета до гіпотенузи 0,77.
Спочатку побудуємо прямий кут косинцем. Відношення 0,77 можна представити як відношення 7,7 см до 10 см, або інше, залежно від розміру аркуша, на якому виконуємо малюнок. Відкладемо відрізок АВ, рівний 7,7 см і розхилом циркуля 10 см зробимо засічку на іншій стороні кута. Сполучивши точки В і С, побудуємо прямокутний трикутник, кут С якого дорівнює 50o.

Синус кута
Знаючи відношення протилежного катета і гіпотенузи, можна визначити кут трикутника.
Відношення протилежного катета до гіпотенузи трикутника назвали синусом кута. (Позначають його скороченням sin).
Існують спеціальні таблиці, за допомогою яких, знаючи кут, можна визначити його синус і навпаки – за синусом визначити кут.

Другий закон заломлення світла
Вивчивши поняття синуса кута, ми можемо сформулювати другий закон заломлення світла.
Якщо світло переходить з менш оптично густого середовища в більш оптично густе, відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення дорівнює показнику заломлення світла.

Нові поняття
Більш оптично густе середовище – середовище, в якому швидкість світла менша порівняно з іншим
Заломлення світла – зміна напрямку поширення світла при переході з одного середовища в інше
Кут заломлення – кут між заломленим променем і перпендикуляром в точку падіння світла.
Показник заломлення – відношення швидкості світла у вакуумі до швидкості в середовищі, в якому світло поширюється
Синус кута – відношення протилежного кутові катета до гіпотенузи прямокутного трикутника
Таблиця синусів – таблиця, в якій наведені кути і відповідні їм синуси