Тест по физике Преломление света, Закон преломления света для учащихся 8 класса с ответами. Тест включает в себя 13 заданий с выбором ответа.
1. Оптически более плотная среда — это среда, в которой
1) скорость распространения света больше
2) скорость распространения света меньше
3) плотность ее вещества больше
4) плотность ее вещества меньше
2. Преломлением света называют явление
1) его перехода через границу раздела двух сред
2) распространения света сначала в одном, а потом в другом веществе
3) изменения направления светового луча на границе раздела сред, имеющих разные оптические плотности
3. Угол преломления — это угол между
1) преломленным лучом и границей раздела сред
2) преломленным лучом и перпендикуляром к границе раздела сред в точке падения на нее светового луча
3) преломленным лучом и продолжением падающего луча
4. Если свет переходит из среды менее оптически плотной в оптически более плотную среду, то угол преломления светового луча всегда
1) равен углу падения (α = γ)
2) меньше угла падения (α > γ)
3) больше угла падения (α
5. Когда свет распространяется в оптически плотной среде и переходит в среду, менее оптически плотную, то угол преломления светового луча всегда
1) равен углу падения (α = γ)
2) меньше угла падения (α > γ)
3) больше угла падения (α
6. На каком рисунке изображен переход светового луча в оптически менее плотную среду?
1) №1
2) №2
3) №3
7. В каком веществе — с большей оптической плотностью или с меньшей — скорость света больше?
1) С большей
2) С меньшей
3) Скорость света везде одинакова
8. Когда свет, падающий на границу прозрачных веществ с разными оптическими плотностями, переходит через нее, не преломляясь?
1) Когда падающие лучи перпендикулярны этой границе
2) При угле падения лучей на границу раздела веществ, равном 90°
3) Когда свет переходит в вещество с большей оптической плотностью
4) В случае перехода света в вещество с меньшей оптической плотностью
9. Показатель преломления -это постоянная для данных двух сред величина
1) не зависящая от угла падения луча света и характеризующая преломляющие свойства этих двух сред
2) не зависящая от угла падения луча света и характеризующая прозрачность сред
3) зависящая от угла падения и показывающая степень этой зависимости
4) определяющая зависимость преломляющих свойств двух сред от их прозрачности
10. Какая формула выражает закон преломления света?
1) U
/R
= I
2) A
/t
= N
3) α = γ
4) sinα/sinγ = n
11. Луч света переходит из воды в воздух. Пунктирными линиями на рисунке намечены три направления: 1 , 2 и 3 . Какое из них может приблизительно соответствовать преломленному в этом случае лучу?
1) 1
2) 2
3) 3
12. На рисунке показаны падающий и преломленный лучи света. В какой среде — I или II — скорость света меньше?
1) В I
2) В II
3) Скорость света во всех средах одинакова
13. В сосуде находятся две жидкости, оптические плотности которых одинаковы. На границу их раздела сверху падает луч света. По какому из намеченных пунктиром направлений он пойдет в жидкости, находящейся внизу сосуда?
1) 1
2) 2
3) 3
Ответы на тест по физике Преломление света, Закон преломления света
1-2
2-3
3-2
4-2
5-3
6-2
7-2
8-1
9-1
10-4
11-3
12-1
13-2
Темы кодификатора ЕГЭ: закон преломления света, полное внутреннее отражение.
На границе раздела двух прозрачных сред наряду с отражением света наблюдается его преломление - свет, переходя в другую среду, меняет направление своего распространения.
Преломление светового луча происходит при его наклонном падении на поверхность раздела (правда, не всегда - читайте дальше про полное внутреннее отражение). Если же луч падает перпендикулярно поверхности, то преломления не будет - во второй среде луч сохранит своё направление и также пойдёт перпендикулярно поверхности.
Закон преломления (частный случай).
Мы начнём с частного случая, когда одна из сред является воздухом. Именно такая ситуация присутствует в подавляющем большинстве задач. Мы обсудим соответствующий частный случай закона преломления, а уж затем дадим самую общую его формулировку.
Предположим, что луч света, идущий в воздухе, наклонно падает на поверхность стекла, воды или какой-либо другой прозрачной среды. При переходе в среду луч преломляется, и его дальнейший ход показан на рис. 1 .
В точке падения проведён перпендикуляр (или, как ещё говорят, нормаль ) к поверхности среды. Луч , как и раньше, называется падающим лучом , а угол между падающим лучом и нормалью - углом падения. Луч - это преломлённый луч ; угол между преломлённым лучом и нормалью к поверхности называется углом преломления .
Всякая прозрачная среда характеризуется величиной , которая называется показателем преломления этой среды. Показатели преломления различных сред можно найти в таблицах. Например, для стекла , а для воды . Вообще, у любой среды ; показатель преломления равен единице только в вакууме. У воздуха , поэтому для воздуха с достаточной точностью можно полагать в задачах (в оптике воздух не сильно отличается от вакуума).
Закон преломления (переход "воздух–среда") .
1) Падающий луч, преломлённый луч и нормаль к поверхности, проведённая в точке падения, лежат в одной плоскости.
2) Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно показателю преломления среды:
. (1)
Поскольку из соотношения (1) следует, что , то есть - угол преломления меньше угла падения. Запоминаем: переходя из воздуха в среду, луч после преломления идёт ближе к нормали.
Показатель преломления непосредственно связан со скоростью распространения света в данной среде. Эта скорость всегда меньше скорости света в вакууме: . И вот оказывается,что
. (2)
Почему так получается, мы с вами поймём при изучении волновой оптики. А пока скомбинируем формулы . (1) и (2) :
. (3)
Так как показатель преломления воздуха очень близок единице, мы можем считать, что скорость света в воздухе примерно равна скорости света в вакууме . Приняв это во внимание и глядя на формулу . (3) , делаем вывод: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скорости света в воздухе к скорости света в среде.
Обратимость световых лучей.
Теперь рассмотрим обратный ход луча: его преломление при переходе из среды в воздух. Здесь нам окажет помощь следующий полезный принцип.
Принцип обратимости световых лучей. Траектория луча не зависит от того, в прямом или обратном направлении распространяется луч. Двигаясь в обратном направлении, луч пойдёт в точности по тому же пути, что и в прямом направлении.
Согласно принципу обратимости, при переходе из среды в воздух луч пойдёт по той же самой траектории, что и при соответствующем переходе из воздуха в среду (рис. 2 ) Единственное отличие рис. 2 от рис. 1 состоит в том, что направление луча поменялось на противоположное.
Раз геометрическая картинка не изменилась, той же самой останется и формула (1) : отношение синуса угла к синусу угла по-прежнему равно показателю преломления среды. Правда, теперь углы поменялись ролями: угол стал углом падения, а угол - углом преломления.
В любом случае, как бы ни шёл луч - из воздуха в среду или из среды в воздух - работает следующее простое правило. Берём два угла - угол падения и угол преломления; отношение синуса большего угла к синусу меньшего угла равно показателю преломления среды.
Теперь мы целиком подготовлены для того, чтобы обсудить закон преломления в самом общем случае.
Закон преломления (общий случай).
Пусть свет переходит из среды 1 с показателем преломления в среду 2 с показателем преломления . Среда с большим показателем преломления называется оптически более плотной ; соответственно, среда с меньшим показателем преломления называется оптически менее плотной .
Переходя из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, световой луч после преломления идёт ближе к нормали (рис. 3 ). В этом случае угол падения больше угла преломления: .
 |
| Рис. 3. |
Наоборот, переходя из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, луч отклоняется дальше от нормали (рис. 4 ). Здесь угол падения меньше угла преломления:
 |
| Рис. 4. |
Оказывается, оба этих случая охватываются одной формулой - общим законом преломления, справедливым для любых двух прозрачных сред.
Закон преломления.
1) Падающий луч, преломлённый луч и нормаль к поверхности раздела сред, проведённая в точке падения, лежат в одной плоскости.
2) Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению показателя преломления второй среды к показателю преломления первой среды:
. (4)
Нетрудно видеть, что сформулированный ранее закон преломления для перехода "воздух–среда" является частным случаем данного закона. В самом деле, полагая в формуле (4) , мы придём к формуле (1) .
Вспомним теперь, что показатель преломления - это отношение скорости света в вакууме к скорости света в данной среде: . Подставляя это в (4) , получим:
. (5)
Формула (5) естественным образом обобщает формулу (3) . Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде.
Полное внутреннее отражение.
При переходе световых лучей из оптически более плотной среды в оптически менее плотную наблюдается интересное явление - полное внутреннее отражение . Давайте разберёмся, что это такое.
Будем считать для определённости, что свет идёт из воды в воздух. Предположим, что в глубине водоёма находится точечный источник света , испускающий лучи во все стороны. Мы рассмотрим некоторые из этих лучей (рис. 5 ).
Луч падает на поверхность воды под наименьшим углом. Этот луч частично преломляется (луч ) и частично отражается назад в воду (луч ). Таким образом, часть энергии падающего луча передаётся преломлённому лучу, а оставшаяся часть энергии -отражённому лучу.
Угол падения луча больше. Этот луч также разделяется на два луча - преломлённый и отражённый. Но энергия исходного луча распределяется между ними по-другому: преломлённый луч будет тусклее, чем луч (то есть получит меньшую долю энергии), а отражённый луч - соответственно ярче, чем луч (он получит большую долю энергии).
По мере увеличения угла падения прослеживается та же закономерность: всё большая доля энергии падающего луча достаётся отражённому лучу, и всё меньшая - преломлённому лучу. Преломлённый луч становится всё тусклее и тусклее, и в какой-то момент исчезает совсем!
Это исчезновение происходит при достижении угла падения , которому отвечает угол преломления . В данной ситуации преломлённый луч должен был бы пойти параллельно поверхности воды, да идти уже нечему - вся энергия падающего луча целиком досталась отражённому лучу .
При дальнейшем увеличении угла падения преломлённый луч и подавно будет отсутствовать.
Описанное явление и есть полное внутреннее отражение. Вода не выпускает наружу лучи с углами падения, равными или превышающими некоторое значение - все такие лучи целиком отражаются назад в воду. Угол называется предельным углом полного отражения .
Величину легко найти из закона преломления. Имеем:
Но , поэтому
Так, для воды предельный угол полного отражения равен:
Явление полного внутреннего отражения вы легко можете наблюдать дома. Налейте воду в стакан, поднимите его и смотрите на поверхность воды чуть снизу сквозь стенку стакана. Вы увидите серебристый блеск поверхности - вследствие полного внутреннего отражения она ведёт себя подобно зеркалу.
Важнейшим техническим применением полного внутреннего отражения является волоконная оптика . Световые лучи, запущенные внутрь оптоволоконного кабеля (световода ) почти параллельно его оси, падают на поверхность под большими углами и целиком, без потери энергии отражаются назад внутрь кабеля. Многократно отражаясь, лучи идут всё дальше и дальше, перенося энергию на значительное расстояние. Волоконно-оптическая связь применяется, например, в сетях кабельного телевидения и высокоскоростного доступа в Интернет.
Лабораторная работа 301
Измерение показателя преломления жидкости рефрактометром АББЕ
Элементы геометрической оптики
Основу геометрической оптики составляют следующие законы: 1) закон прямолинейного распространения света; 2) закон независимости световых лучей; 3) законы отражения света; 4) законы преломления света.
Закон прямолинейного распространения света :
В однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно.
Закон независимости световых лучей :
Каждый световой луч при объединении с другими ведет себя независимо от остальных лучей, т.е. справедлив принцип суперпозиции.
Законы отражения света :
Луч, падающий на поверхность раздела, нормаль к этой поверхности в точке падения и отраженный луч лежат в одной плоскости (называемой плоскостью падения ).
Угол отражения равен углу падения.
Законы преломления света :
Луч, падающий на поверхность раздела, нормаль к этой поверхности в точке падения и отраженный луч лежат в одной плоскости.
Отношение синусов угла падения i и угла преломления r есть величина постоянная для двух разных сред (закон Снеллиуса):
Величина n 21 называется относительным показателем преломления двух сред. Относительный показатель преломления n 21 равен отношению скорости света в первой среде υ 1 , к скорости света во второй среде υ 2:
В этом состоит его физический смысл. Показатель преломления какой-либо среды относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления этой среды. Он показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данной среде, и определяется по формуле
где с – скорость света в вакууме; υ – скорость света в среде. Зная абсолютные показатели преломления двух сред n 1 и n 2 , можно найти их относительный показатель преломления:
С учетом этого выражения, закон Снеллиуса (1) можно переписать в симметричной относительно двух сред форме:
n 1 sin i = n 2 sin r . (2)
Соотношение (2) отображает свойство обратимости световых лучей.
Среда с большим n называется оптически более плотной по отношению к среде с меньшим n и наоборот. Если свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную (n 1 < n 2), например, из воздуха в стекло, то угол преломления оказывается меньше угла падения, r < i (рис. 1а). Если же свет переходит из оптически более плотной среды в менее плотную (n 1 > n 2), например, из стекла в воздух, то r > i (рис. 1б). В последнем случае возможна такая ситуация, что
при достаточно большом угле падения угол преломления достигает π /2, и свет перестанет проникать во вторую среду (рис. 1в). Угол падения, при котором угол преломления равен π /2, называется предельным углом падения i пр. При углах падения i > i пр свет полностью отражается от границы раздела. Явление, при котором луч света не переходит во вторую среду, полностью отражаясь от границы раздела, называется полным внутренним отражением (рис. 1г).
Значение предельного угла для двух сред с относительным показателем преломления n 21 можно определить из закона Снеллиуса (1): если i = i пр, то, по определению, r = π /2, следовательно,
.
Например, при переходе из стекла (n 1 = 1,7) в воздух (n 2 = 1) полное внутреннее отражение будет наблюдаться при углах падения i > arcsin(1/1,7) = 37 0 .
Явление полного внутреннего отражения широко используется в технике: в рефрактометрах для измерения показателей преломления, световодах (оптических волокнах), поляризаторах, перископах и других приборах.
Совокупность методов для измерения показателя преломления веществ называется рефрактометрией, а приборы для его измерения – рефрактометрами. Рефрактометрия широко применяется для определения состава и структуры веществ, а также для контроля качества и состава различных продуктов в химической, фармацевтической и пищевой промышленности. Достоинства рефрактометрических методов количественного анализа – быстрота измерений, малый расход вещества и высокая точность.
Геометрическая оптика является самой древней частью оптики как науки.
Геометрическая оптика – это раздел оптики, в котором рассматривают вопросы распространения света в различных оптических системах (линзах, призмах и т. д.) без рассмотрения вопроса о природе света.
Одним из основных понятий в оптике и, в частности, в геометрической оптике, является понятие луча.
Световой луч – линия, вдоль которой распространяется световая энергия.
Световой луч – это пучок света, толщина которого много меньше расстояния, на которое он распространяется. Такое определение близко, например, к определению материальной точки, которое дается в кинематике.
Первый закон геометрической оптики (Закон о прямолинейном распространении света): в однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно.
По теореме Ферма: свет распространяется по такому направлению, время распространения по которому будет минимально.
Второй закон геометрической оптики (Законы отражения):
1. Отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред.
2. Угол падения равен углу отражения (см. Рис. 1).
|
∟α = ∟β |
Рис. 1. Закон отражения
Третий закон геометрической оптики (Закон преломления) (см. Рис. 2)
1. Преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным в точку падения.
2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина, постоянная для данных двух сред, которая называется показателем преломления(n).
Интенсивность отраженного и преломленного луча зависит от того, какова среда и что собой представляет граница раздела.
Рис. 2. Закон преломления
Физический смысл показателя преломления:
Показатель преломления является относительным, так как измерения проводятся относительно двух сред.
В том случае, если одна из сред – это вакуум:
С – скорость света в вакууме,
n – абсолютный показатель преломления, характеризующий среду относительно вакуума.
Если свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную среду, то скорость света уменьшается.
Оптически более плотная среда – среда, в которой скорость света меньше.
Оптически менее плотная среда – среда, в которой скорость света больше.
Закон полного внутреннего отражения
Существует предельный угол преломления – наибольший угол падения луча, при котором еще имеет место преломление при переходе луча в менее плотную среду. При углах падения больше предельного происходит полное внутреннее отражение (см. Рис. 3).
Рис. 3. Закон полного внутреннего отражения
Границы применимости геометрической оптики заключаются в том, что необходимо учитывать размер препятствий для света.
Свет характеризуется длиной волны, равной примерно 10 -9 метра
Если препятствия больше длины волны, то можно использовать размеры геометрической оптики.