что называется абсолютным и относительным показателем преломления

Показатель преломления

Содержание

Описание

Показатель преломления зависит от свойств вещества и длины волны излучения, для некоторых веществ показатель преломления достаточно сильно меняется при изменении частоты электромагнитных волн от низких частот до оптических и далее, а также может ещё более резко меняться в определённых областях частотной шкалы. По умолчанию обычно имеется в виду оптический диапазон или диапазон, определяемый контекстом.

Существуют оптически анизотропные вещества, в которых показатель преломления зависит от направления и поляризации света. Такие вещества достаточно распространены, в частности, это все кристаллы с достаточно низкой симметрией кристаллической решётки, а также вещества, подвергнутые механической деформации.

Показатель преломления можно выразить как корень из произведения магнитной и диэлектрических проницаемостей среды

(надо при этом учитывать, что значения магнитной проницаемости и показателя абсолютной диэлектрической проницаемости для интересующего диапазона частот — например, оптического, могут очень сильно отличаться от статического значения этих величин).

Для измерения показателя преломления используют ручные и автоматические рефрактометры. При использовании рефрактометра для определения концентрации сахара в водном растворе прибор называют сахариметр.

Отношение показателя преломления одной среды к показателю преломления второй называют относительным показателем преломления первой среды по отношению к второй. Для выполняется:

где и — фазовые скорости света в первой и второй средах соответственно. Очевидно, что относительным показателем преломления второй среды по отношению к первой является величина, равная .

Эта величина, при прочих равных условиях, обычно меньше единицы при переходе луча из среды более плотной в среду менее плотную, и больше единицы при переходе луча из среды менее плотной в среду более плотную (например, из газа или из вакуума в жидкость или твердое тело). Есть исключения из этого правила, и потому принято называть среду оптически более или менее плотной, чем другая (не путать с оптической плотностью как мерой непрозрачности среды).

Луч, падающий из безвоздушного пространства на поверхность какой-нибудь среды, преломляется сильнее, чем при падении на неё из другой среды; показатель преломления луча, падающего на среду из безвоздушного пространства, называется его абсолютным показателем преломления или просто показателем преломления данной среды, это и есть показатель преломления, определение которого дано в начале статьи. Показатель преломления любого газа, в том числе воздуха, при обычных условиях много меньше, чем показатели преломления жидкостей или твердых тел, поэтому приближенно (и со сравнительно неплохой точностью) об абсолютном показателе преломления можно судить по показателю преломления относительно воздуха.

Примеры

Показатели преломления некоторых сред приведены в таблице.

Показатели преломления для длины волны 589,3 нм

Материалы с отрицательным коэффициентом преломления

Источник

В чем заключается физический смысл показателя преломления: абсолютный и относительный показатели

Изучая законы движения света в различных прозрачных средах, часто используют понятие показателя преломления. В чем заключается смысл физический величины, а также для каких явлений она имеет важное значение, рассматривается в статье.

Преломление света

Когда луч света (в действительности любой волны) проходит через поверхность, ограничивающую две прозрачные среды, то его прямолинейная траектория терпит преломление на этой поверхности. Результатом этого явления является искажение изображения объектов, если они находятся в одной среде, а смотрят на них из другой среды. Например, четкий излом видно, если карандаш поместить в стакан с водой.

Вам будет интересно: Гуманитарный институт СФУ: баллы, факультеты

Математический закон для явления преломления был впервые сформулирован голландским ученым Снеллом в начале 1600 годов. Справедливости ради отметим, что преломлением занимались многие ученые, начиная с греческого философа Птолемея и заканчивая Ньютоном и Декартом. Соответствующая формула имеет вид:

Здесь θ1 и θ2 — углы между падающим и преломленным лучами и нормалью, проведенной к поверхности в точке ее пересечения световым лучом. Символами n1 и n2 в формуле обозначены показатели преломления соответствующих прозрачных материалов. В чем заключается смысл физический показателя преломления среды, рассмотрим в следующем пункте.

Показатель преломления (абсолютный)

В физике эта величина вводится как отношение двух скоростей света в разных материалах или в вакууме. Известно, что в безвоздушном пространстве скорость света превышает таковую для любого другого материала. Поэтому она была выбрана за эталон. Обозначая скорость электромагнитных волн в некоторой среде как v, можно записать следующее математическое определение показателя преломления:

В чем заключается смысл физический показателя преломления света в среде, видно из этой формулы. Величина n показывает, насколько быстрее свет перемещается в безвоздушном пространстве, чем в данной среде.

Из формулы также понятно, что n всегда равен единице или больше нее. Единице он равен для вакуума, а также близок к единице для разряженных газов. Например, для воздуха n=1,00029.

Показатель преломления (относительный)

Помимо введенной выше величины n, существует еще показатель преломления относительный. Применяют его реже в физических расчетах, чем абсолютный.

Используя формулу для абсолютного n, закон Снелла для преломления можно записать в таком виде:

sin(θ1)/sin(θ2) = v1/v2 = n12.

Величина n12 называется относительным показателем преломления для рассматриваемых сред.

В чем заключается смысл физический показателя преломления n12? Эта величина показывает, во сколько раз свет в первой среде быстрее, чем во второй. В отличие от абсолютного показателя, относительный может быть как больше единицы, так и меньше нее.

Знание показателя преломления важно для описания явления полного отражения, которое происходит только в оптически более плотной среде, то есть в среде с большим n. Это явление используется в оптических волокнах.

Также показатель преломления важно знать при изготовлении оптических стекол (линз) для микроскопов, телескопов, очков и других приборов.

Источник

Что называется абсолютным и относительным показателем преломления

В чем состоит закон преломления света?

Лучи падающий, преломлённый и перпендикуляр, проведённый к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред.

2. Чем обусловлено преломление света при переходе его через границу двух сред?

Преломление света на границе двух сред обусловлено изменением скорости света при переходе через границу двух сред.

3. Что называется относительным показателем преломления?

Относительным показателем преломления второй среды относительно первой называется физическая величина, равная отношению синуса угла падения луча к синусу угла преломления:

4. Что называется абсолютным показателем преломления?

Абсолютным показателем преломления среды называется физическая величина, равная отношению синуса угла падения луча к синусу угла преломления при переходе луча из вакуума в эту среду:

Абсолютный показатель преломления среды — это показатель преломления среды относительно вакуума.

5. Чему равен абсолютный показатель преломления вакуума?

Абсолютный показатель преломления вакуума равен единице: n = 1

6. В чем заключается физический смысл показателей преломления?

Относительный показатель преломления показывает, во сколько раз меняется скорость света при его переходе из одной среды в другую,

Абсолютный показатель преломления показывает, во сколько раз меняется скорость света при переходе из вакуума в среду.

Таблицы существуют для значений абсолютных показателей преломления.

Значение абсолютного показателя преломления любого вещества больше единицы.
Показатели преломления — как oтносительный, так и абсолютный — являются числовыми величинами и не имеют наименований.

8. Какое из двух веществ называется оптически более плотным?

Из двух веществ оптически более плотным называется то, у которого больше показатель преломления.

9. Как определяются показатели преломления через скорость свети в средах?
Так как:

Относительным показателем преломления второй среды относительно первой называется физическая величина, равная отношению скоростей света в этих средах:

Абсолютным показателем преломления среды называется физическая величина, равная отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде:

10. Где свет распространяется с наибольшей скоростью?

Свет распространяется с наибольшей скоростью в вакууме.
Скорость света в любом веществе меньше скорости света в вакууме.

11. Какова физическая причина уменьшения скорости света при его переходе из вакуума в среду или из среды с меньшей оптической плотностью в среду с большей?

Физической причиной уменьшения скорости света при его переходе из вакуума в среду или из среды с меньшей оптической плотностью в среду с большей плотностью является взаимодействие световой волны с атомами и молекулами вещества.

12. От чего зависят абсолютный показатель преломления среды и скорость света в ней?

Чем сильнее взаимодействие световой волны с атомами и молекулами вещества, тем больше оптическая плотность этого вещества, и тем меньше скорость света в этом веществе.
Таким образом, скорость света в среде и абсолютный показатель преломления зависят от свойств среды.

13. Почему на границе двух сред с изменением скорости световой волны меняется и направление распространения световой волны?

На примере перехода из воздуха в воду:

Источник

Преломление света. Показатель преломления

Урок 46. Физика 9 класс

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Преломление света. Показатель преломления»

«Никто не зажигает свечу,

чтобы хранить ее за дверью,

ибо свет затем и существует,

чтобы светить, открывать людям глаза,

показывать какие вокруг чудеса».

В курсе физики 8 класса вы рассматривалось явление преломления света. Известно, что свет представляет собой электромагнитные волны определенного оптического диапазона.

Опираясь на знание о природе света, в данной теме рассмотрим физическую причину преломления и объясним многие другие связанные с ним световые явления.

Преломление — это изменение направления распространения света при его переходе через границу раздела двух сред.

Угол (a) между падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча, называется углом падения.

Угол (b) между перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред, восстановленным в точке падения луча, и преломленным лучом называется углом преломления.

Если падающий луч перпендикулярен к границе раздела, то угол преломления равен нулю, т.е. луч идет не преломляясь.

В курсе физики 8 класса изучался закон преломления света, который излагался в следующей форме: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восставленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, не зависящая от угла падения.

Величина n₂₁ называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой.

Относительным показателем преломления второй среды относительно первой называется скалярная физическая величина, равная отношению синуса угла падения к синусу угла преломления.

Из закона преломления света следует, что если менять угол падения, то соответственно будет меняться и угол преломления. Но при любом угле падения соотношение синусов этих углов будет оставаться неизменным для данных двух сред.

Если луч переходит в какую-либо среду из вакуума, то отношение синуса угла падения к синусу угла преломления будет называться абсолютным показателем преломления второй среды, так как показатель преломления вакуума принято считать равным единице.

Закон преломления света был открыт опытным путем голландским ученым Виллебордом Снеллиусом в 1621 году. Однако результаты многочисленных экспериментов по оптике опубликованы не были. Позже, после смерти ученого, они были обнаружены в архивах Рене ДекАртом, который использовал их при написании своих «Рассуждений о методе. » в приложении «Диоптрика» (1637год).

После открытия Снеллиуса несколькими учеными была выдвинута гипотеза о том, что преломление света обусловлено изменением его скорости при переходе через границу двух сред. Справедливость этой гипотезы была подтверждена теоретическими доказательствами, выполненными независимо друг от друга французским математиком Пьером Ферма в 1662году) и голландским физиком Христианом Гюйгенсом (в 1690году).

Разными путями они пришли к одному и тому же результату, доказав, что отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная отношению скоростей света в этих средах.

Из данного утверждения следует, что относительный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света в первой по ходу луча среде отличается от скорости распространения света во второй среде.

Тогда, абсолютный показатель преломления будет показывать, во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в данном веществе.

Существуют таблицы значений абсолютных показателей преломления для твердых, жидких и газообразных веществ.

Из таблицы видно, что из двух сред оптически более плотной считается та, у которой показатель преломления больше (или та, в которой скорость света меньше).

Отсюда следует, что при переходе света из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную угол преломления меньше угла падения.

Это значит, что, попадая в среду оптически более плотную, луч отклоняется в сторону перпендикуляра к границе двух сред. И наоборот, если происходит переход луча из среды оптически более плотной в среду менее плотную, угол преломления оказывается больше угла падения и луч прижимается к границе раздела двух сред.

Обратимся теперь к рисун­ку, который поясняет, почему на границе двух сред с изменением скорости меняется и направление распространения световой волны.

На рисунке изображена све­товая волна, переходящая из воздуха в воду и падающая на границу раздела этих сред под углом a. В воздухе свет рас­пространяется со скоростью , а в воде — с меньшей скоростью .

Первой до границы доходит точка А волны. За промежуток вре­мени точка B, перемещаясь в воздухе с прежней скоростью до­стигнет точки B’. За то же время точка А перемещаясь в воде с мень­шей скоростью, пройдет меньшее расстояние, достигнув только точки A’. При этом так называемый фронт волны A’B’ в воде окажет­ся повернутым па некоторый угол по отношению к фронту AB волны в воздухе. А вектор скорости (который всегда перпендикулярен к фронту волны и совпадает с направлением ее распространения) поворачивается, приближаясь к прямой ОО’, перпендикулярной к границе раздела сред. При этом угол преломления оказывается меньше угла падения. Так и происходит преломление света.

Из рисунка видно также, что при переходе в другую среду и поворо­те волнового фронта, меняется и длина волны: при переходе в оптически более плотную среду уменьшается скорость, длина волны то же умень­шается. Это согласуется и с известной формулой, из которой следует, что при неизменной частоте (которая не зависит от плотности среды и поэтому не меняется при переходе луча из одной среды в другую) уменьшение скорости распространения вол­ны сопровождается пропорциональным уменьшением длины волны.

Из-за преломления наблюдается кажущееся изменение размеров, формы и расположения предметов. В этом можно убедиться на простых примерах. Положим на дно пустого стакана кольцо или другой небольшой предмет. Подвинем стакан так, чтобы центр кольца, край стакана и глаз находились на одной прямой. Неменяя положения головы, станем наливать в стакан воду. Заметим, что по мере повышения уровня воды дно стакана с кольцом как бы приподнимается. Кольцо,котороеранеебыловиднолишьчастично,теперьстановитсявидимымполностью. Этот опыт был описан в свое время еще Евклидом.

Возьмем теперь прозрачный стакан с водой и установим в нем наклонно линейку. Рассматривая стакан сбоку, замечаем, что часть линейки, находящаяся в воде, кажется сдвинутой в сторону.

Преломлением света объясняется и тот факт, что глубина водоема кажется меньше, чем на самом деле, а предмет, рассматриваемый через плоскопараллельную стеклянную пластинку или призму, будет казаться смещенным относительно своего истинного положения. Все дело в том, что мы видим не сам предмет, а его мнимое изображение.

– Преломление — это изменение направления распространения света при его переходе через границу раздела двух сред.

– Угол между падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча, называется углом падения.

– Угол между перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред, восстановленным в точке падения луча, и преломленным лучом называется углом преломления.

– Закон преломления света гласит:

Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восставленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости;

отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, не зависящая от угла падения.

– Относительный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света в первой по ходу луча среде отличается от скорости распространения света во второй среде.

– Абсолютный показатель преломления показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в данном веществе.

– Из двух сред оптически более плотной считается та, у которой показатель преломления больше (или та, в которой скорость света меньше).

– Т.е., если луч попадает в среду оптически более плотную, то он отклоняется в сторону перпендикуляра к границе двух сред. И наоборот, если происходит переход луча из среды оптически более плотной в среду менее плотную, луч прижимается к границе раздела.

Источник