Изучение темы «Световые волны» в курсе основной школы

Страница 9

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:

,

где n – абсолютный показатель преломления.

Чаще всего приходится рассматривать переход света через границу воздух – твердое тело или воздух – жидкость, а не через границу вакуум - среда. Однако абсолютный показатель преломления твердого тела или жидкого вещества незначительно отличается от показателя преломления того же вещества относительно воздуха.

Относительный показатель преломления n2,1 можно выразить через абсолютный показатель преломления n1 и n2 первой и второй сред. Так как n1 и n2 , то

n2,1 =.

Из двух сред та, в которой скорость меньше, называется оптически более плотной, а та, в которой скорость света больше, - оптически менее плотной. Например, стекло является оптически более плотной средой, чем воздух, а лед – оптически менее плотной, чем вода.

При изучении темы «Решение задач» ставятся цели:

1) образовательная – формирование навыка применения законов отражения и преломления света при решении задач,

2) развивающая - развитие умений практически подтверждать законы отражения и преломления света при решении задач,

3) воспитательная - развитие умений правильно оформлять решение задач.

При изучении темы «Дисперсия света. Лабораторная работа «Наблюдение дисперсии света»» ставятся цели:

1) образовательная – формирование понятия дисперсии света, убедиться в сложном составе белого света,

2) развивающая - развитие умений практически подтверждать наблюдения при выполнении лабораторной работы,

3) воспитательная - развитие умений правильно оформлять отчет по лабораторной работе.

Дисперсия света. Явление разложения белого света в спектр с помощью стеклянной призмы впервые изучил И. Ньютон. Поставив на пути узкого пучка солнечного света призму, он получил на стене радуж­ную полоску, которую назвал спектром (рис. 14 а, б).

а б

Рис 14. Опыт И.Ньютона.

В спектре белого света И.Ньютон выделил семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.

Объясняя результаты этого опыта, Ньютон пришел к выводу, что белый свет имеет сложный состав, световые пучки разного цвета преломляются веществом неодинаково. Сильнее преломляются лучи фиолетового цвета, а менее других — красного цвета (рис. 14, б). Благодаря тому, что угол преломления в призме различен для лучей разного цвета, из нее они выходят разделенными.

И. Ньютон на опыте также показал, что из определенных спектральных цветов можно получить белый свет.

Известно, что свет представляет электромагнитные волны. Цвет, видимый глазом, определяется частотой волны. Например, излучению красного цвета соответствует волна с частотой 4 * 1014 Гц, а фиолетового — 8·* 1014 Гц. Следовательно, образование с помощью призмы спектра свидетельствует о существовании зависимости абсолютного показателя преломления п стекла от частоты ν света: n =f(). Это явление получило название дисперсии света (от латинского dispergo – рассеивать, развеивать).

Скорость света в вакууме равна примерно 300 000 000 м/с. Скорость в вакууме для света любой частоты одна и та же. Абсолютный показатель преломления среды п = . Выразим из этой формулы скорость света в веществе: . Значит, красный свет распространяется в веществе с большей скоростью, чем фиолетовый, так как показатель преломления для него меньше, чем для фиолетового.

Дисперсия - это явление зависимости показателя преломления или скорости света от частоты.

При изучении темы «Интерференция света. Лабораторная работа «Наблюдение интерференции света» ставятся цели:

1) образовательная – формирование понятия интерференции света,

2) развивающая - развитие умений практически подтверждать наблюдения при выполнении лабораторной работы,

3) воспитательная - развитие умений правильно оформлять отчет по лабораторной работе.

При изучении темы «Решение задач» ставятся цели:

1) образовательная – формирование навыка решения задач на применение законов прямолинейного распространения, отражения и преломления света,

2) развивающая - развитие умений практически подтверждать законы прямолинейного распространения, отражения и преломления света при решении задач,

3) воспитательная - развитие умений правильно оформлять решение задач.

Таким образом, выбор определенных приемов, использование элементов технологий позволит так сконструировать учебный процесс, чтобы урок отвечал современным требованиям и вызывал интерес у учащихся.

2.2 Физический эксперимент при изучении темы «Световые волны»