Оптика
Геометрическая оптика

Преломление. Полное внутреннее отражение

Мякишев «Физика 11», геометрическая оптика
◆

Что нужно помнить из 7–9 класса

база 7–9 класса
На границе сред луч преломляется. Дно водоёма кажется ближе, ложка в стакане — изломанной.
Короткое напоминание2

В более плотной среде луч идёт ближе к перпендикуляру.

Здесь это станет точным законом с показателем преломления, и добавится полное внутреннее отражение.

Подробно — в уроке ОГЭ
1

Показатель преломления

Показывает, во сколько раз свет в среде медленнее, чем в вакууме.
n=cvn = \dfrac{c}{v}у воды n≈1,33n \approx 1{,}33, у стекла ≈1,5\approx 1{,}5
Что меняется при переходе в среду3

Скорость уменьшается в nn раз, длина волны — тоже в nn раз.

А частота не меняется: её задаёт источник, и среда на неё не влияет.

Поэтому и цвет под водой остаётся прежним: цвет определяется частотой.

2

Закон преломления

На границе сред луч меняет направление. В оптически более плотной среде он идёт ближе к нормали.
sin⁡αsin⁡β=n2n1\dfrac{\sin\alpha}{\sin\beta} = \dfrac{n_2}{n_1}углы отсчитываются от нормали; индекс 1 — среда падающего луча
Как не перевернуть отношение2

Не заучивай, где какой индекс — проверяй физикой: чем плотнее среда, тем меньше угол. Если ответ этому противоречит, отношение перевёрнуто.

Из-за преломления водоём кажется мельче, чем есть, а ложка в стакане — изломанной на границе воды.

⚗
Опыт в Физлабе
Преломление и полное внутреннее отражение
Меняй угол падения и следи за преломлённым лучом.
Открыть опыт
3

Полное внутреннее отражение

Только при переходе из более плотной среды в менее плотную. Начиная с предельного угла преломлённого луча нет вовсе — свет отражается целиком.
sin⁡α0=n2n1,n1>n2\sin\alpha_0 = \dfrac{n_2}{n_1}, \qquad n_1 > n_2при α>α0\alpha > \alpha_0 преломления нет
Где применяют3

Оптоволокно: свет идёт по световоду километрами, отражаясь от стенок без потерь на преломление.

Поворотные призмы биноклей и перископов — вместо зеркал, которые со временем тускнеют.

Блеск огранённого алмаза: у него n=2,4n = 2{,}4 и предельный угол всего около 24°, поэтому свет многократно отражается внутри камня.

Из воздуха в стекло полного отражения не бывает. Оно возможно только на выходе из плотной среды — это первое, что надо проверить в задаче.
Разобранные примеры
Луч падает из воздуха в стекло (n=1,5n=1{,}5) под углом 30∘30^\circ. Найдите синус угла преломления.разбор
  1. sin⁡αsin⁡β=n\dfrac{\sin\alpha}{\sin\beta}=n.
  2. sin⁡β=sin⁡30∘1,5=0,51,5≈0,33\sin\beta=\dfrac{\sin30^\circ}{1{,}5}=\dfrac{0{,}5}{1{,}5}\approx0{,}33.
  3. Угол β≈19,5∘\beta\approx19{,}5^\circ — луч в плотной среде идёт ближе к перпендикуляру.
Ответ: sin⁡β≈0,33\sin\beta\approx0{,}33
Найдите предельный угол полного внутреннего отражения для стекла с n=1,5n=1{,}5.разбор
  1. sin⁡α0=1n=11,5≈0,67\sin\alpha_0=\dfrac{1}{n}=\dfrac{1}{1{,}5}\approx0{,}67.
  2. α0≈42∘\alpha_0\approx42^\circ.
  3. Полное отражение возможно только при переходе из плотной среды в менее плотную.
Ответ: ≈42∘\approx42^\circ
Прямолинейное распростране…Линзы. Построение изображе…