Меню

Законы отражения света гюйгенс



. для школьных учителей .
Как теперь смотреь флэш-файлы!





Принцип Гюйгенса. Закон отражения света

«Физика — 11 класс»

Законы отражения и преломления света можно вывести из одного общего принципа, описывающего поведение волн.
Этот принцип впервые был выдвинут современником Ньютона Христианом Гюйгенсом.

Принцип Гюйгенса

Согласно принципу Гюйгенса каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн.
Для того чтобы, зная положение волновой поверхности (фронта волны) в момент времени t, найти ее положение в следующий момент времени t + Δt, нужно каждую точку фронта рассматривать как источник вторичных волн.
Точки M1, М2, М3 и т. д. являются такими источниками.
Поверхность, касательная к фронтам вторичных волн, представляет собой фронт первичной волны в следующий момент времени.
Этот принцип в равной мере пригоден для описания распространения волн любой природы: механических, световых и т. д.
Гюйгенс сформулировал его первоначально именно для световых волн.

Для механических волн принцип Гюйгенса имеет наглядное истолкование: частицы среды, до которых доходят колебания, в свою очередь, колеблясь, приводят в движение соседние частицы среды, с которыми они взаимодействуют.

Закон отражения

С помощью принципа Гюйгенса можно вывести закон, на основе которого объясняется отражение волн от границы раздела сред.

Рассмотрим, как происходит отражение плоской волны.
Волна называется плоской, если поверхности равной фазы (волновые поверхности) и соответственно фронт волны представляют собой плоскости.
На рисунке MN — отражающая поверхность; прямые А1А и В1В — два луча падающей плоской волны.
Плоскость АС — фронт волны в момент времени, когда луч А1А дошел до отражающей поверхности.

Угол α между падающим лучом и нормалью к отражающей поверхности в точке падения называют углом падения.

Волновую поверхность отраженной волны можно получить, если провести огибающую вторичных волн, центры которых лежат на границе раздела двух сред.
Различные участки волновой поверхности АС достигают отражающей границы не одновременно.
Возбуждение колебаний в точке А начнется раньше, чем в точке В, на время (υ — скорость волны).

В момент, когда волна достигнет точки В и в этой точке начнется возбуждение колебаний, вторичная волна с центром в точке А уже будет представлять собой полусферу радиусом r = AD = υΔt = СВ.
Фронты вторичных волн от источников, расположенных между точками А и В, показаны на рисунке.
Огибающей фронтов вторичных волн является плоскость DB, касательная к сферическим поверхностям.
Она и представляет собой фронт отраженной волны.
Лучи АА2 и ВВ2 перпендикулярны фронту отраженной волны DB.
Угол у между нормалью к отражающей поверхности и отраженным лучом называют углом отражения.

Так как AD = СВ и треугольники ADB и АСВ прямоугольные, то ∠DBA = ∠CAB.
Но α = ∠CAB и γ = ∠DBA как углы с взаимно перпендикулярными сторонами.
Следовательно, угол отражения равен углу падения

Читайте также:  Как можно вернуться с того света

α = γ

Здесь и далее в алгебраических соотношениях под словом угол подразумевается его радианная (или градусная) мера

Из теории Гюйгенса вытекает закон отражения света: луч падающий, луч отраженный и нормаль к отражающей поверхности в точке падения лежат в одной плоскости, причем угол падения равен углу отражения.

При обратном направлении распространения световых лучей отраженный луч станет падающим, а падающий — отраженным.
Обратимость хода световых лучей — их важное свойство.

Сформулирован общий принцип распространения волн любой природы — принцип Гюйгенса.
Этот принцип позволяет с помощью простых геометрических построений находить волновую поверхность в любой момент времени по известной волновой поверхности в предшествующий момент.
Из принципа Гюйгенса выведен закон отражения света.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Световые волны. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Источник

Урок 2. ПРИНЦИП ГЮЙГЕНСА. ЗАКОН ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА

Законы отражения и преломления света можно вывести из одного общего принципа, описывающего поведение волн. Этот принцип впервые был выдвинут современником Ньютона Христианом Гюйгенсом.

Гюйгенс Христиан (1629—1695)— голландский физик и мате­матик, создатель первой волновой теории света. Основы этой теории Гюйгенс изложил в «Трактате о свете» (1690). Гюйгенс впервые использовал маятник для достиже­ния регулярного хода часов и вывел формулу для перио­да колебаний математического и физического маятников. Математические работы Гюйгенса касались исследования конических сечений, циклоиды и других кривых. Ему при­надлежит одна из первых работ по теории вероятности. С помощью усовершенствованной им астрономической трубы Гюйгенс открыл спутник Сатурна Титан.

Согласно принципу Гюйгенса каждая точка среды, до которой дошло возмущение, сама становится источником вторичных волн. Для того чтобы, зная положение волновой поверхности в момент времени t, найти ее положение в следующий момент времени t+ ∆ t, нужно каждую точку волновой поверхности рассматривать как источник вторичных волн. Поверхность, касательная ко всем вторичным волнам, представляет собой волновую поверхность в следующий момент времени (рис.3). Этот принцип в равной мере пригоден для описания распространения волн любой природы: механических, световых и т. д. Гюйгенс сформулировал его первоначально именно для световых волн.

Для механических волн принцип Гюйгенса имеет наглядное истолкование: частицы среды, до которых доходят колебания, в свою очередь, колеблясь, приводят в движение соседние частицы среды, с которыми они взаимодействуют.

С помощью принципа Гюйгенса можно вывести закон, которому подчиняются волны при отражении от границы раздела сред.

Рассмотрим отражение плоской волны. Волна называется плоской, если поверхности равной фазы (волновые поверхности) представляют собой плоскости. На рисунке 4 MN — отражающая поверхность, прямые А1А и В1В —два луча падающей плоской волны (они параллельны друг другу). Плоскость AC— волновая поверхность этой волны.

Угол a между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности и точке падения называют углом падения.

Волновую поверхность отраженной волны можно получить, если провести огибающую вторичных волн, центры которых лежат на границе раздела сред. Различные участки волновой поверхности АС достигают отражающей границы не одновременно. Возбуждение колебаний в точке А начнется раньше, чем в точке B, на время

где u — скорость волны).

В момент, когда волна достигнет точки B и в этой точке начнется возбуждение колебаний, вторичная волна с центром в точке А уже будет представлять собой полусферу радиусом r=АD= u ∆t =СВ. Радиусы вторичных волн от источников, расположенных между точками А и В, меняются так, как показано на рисунке 4. Огибающей вторичных волн является плоскость DН, касательная к сферическим поверхностям. Она представляет собой волновую поверхность отраженной волны. Отраженные лучи АА2 и BB2 перпендикулярны волновой поверхности DB. Угол g между перпендикуляром к отражающей поверхности и отраженным лучом называют углом отражения.

Так как АD=СВ и треугольники ADB и АСВ прямоугольные, то Ð DBA= Ð CAB. Но a = Ð CAB и g = Ð DBA как углы с перпендикулярными сторонами. Следовательно, угол отражения равен углу падения:

Кроме того, как вытекает из построения Гюйгенса, падающий луч, луч отраженный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости. Эти два утверждения представляют собой закон отражения света.

Если обратить направление рас­пространения световых лучей, то отраженный луч станет падающим, а падающий — отраженным. Обратимость хода световых лучей — их важное свойство.

Сформулирован общий принцип распространения волн любой природы принцип Гюйгенса. Этот принцип позволяет с помощью простых геометрических построений находить волновую поверхность в любой момент времени по известной волновой поверхности в предшествующий момент. Из принципа Гюйгенса выведен закон отражения волн.

? 1. Как с помощью закона отражения построить изображение точечного источника света в плоском зеркале? 2. Почему нельзя использовать плоское зеркало в качестве киноэкрана?

Источник

Отражение света

Мы видим предметы за счет отражения света

С явлением отражения света мы сталкиваемся ежедневно. Наше утро начинается с умывания перед зеркалом, в котором мы видим свое отражение. Свет отражается в окнах домов, витринах магазинов, в автомобильных зеркалах и т.д.

Отражаясь от поверхностей предметов, свет попадает в глаз человека, формирует изображение на сетчатке глаза и, тем самым, позволяет нам видеть окружающий мир. В ночное время солнечный свет отсутствует, поэтому разглядеть предметы можно только, если они сами излучают свет (например, фонари, окна домов), либо, если мы сами воспользуемся внешней подсветкой (фонариком, прожектором).

Рис. 1. Примеры отражения света. Зеркальное и диффузное отражения.

В зависимости от качества границы раздела различают зеркальное и диффузное отражения. Зеркальным называется отражение от очень гладких поверхностей, которые еще называют оптически гладкими, когда величина неровностей поверхности меньше 1 мкм. Лучи света при этом отражаются в одном направлении.

Читайте также:  Рамка для модуля ближнего света

Диффузное отражение света происходит от шероховатых (матовых) поверхностей. Отражение лучей света происходит в разных направлениях. Когда часть поверхности зеркальная, а часть матовая, то в таком случае говорят о смешанном отражении.

Первые попытки сформулировать закономерности отражения света найдены в трактате “Катоптрика” знаменитого древнегреческого математика Эвклида, написанного им примерно в 300 г. до н. э.

Что такое принцип Гюйгенса

Для построения волновой теории распространения световых волн голландский физик Христиан Гюйгенс в 1678 г. предложил взять за основу принцип, состоящий из двух постулатов (утверждений, принимаемых в качестве аксиом):

  • Каждая точка среды, до которой дошло возмущение (световая волна), сама становится источником вторичных, сферических волн;
  • Поверхность, касательная ко всем вторичным волнам, представляет собой волновую поверхность в следующий момент времени. Фронт волны — это огибающая фронта вторичных волн.

Рис. 2. Принцип Гюйгенса.

На представленном рисунке показан фронт световой волны, распространяющийся со скоростью v в два соседних момента времени — t и t+Δt. Точки фронта волны в момент времени t являются источниками вторичной волны в момент времени t+Δt.

Принцип Гюйгенса позволил получить два закона отражения света, которые подтвердились результатами многочисленных экспериментов:

    1 закон отражения света:

Второй закон устанавливает только соотношение между углом падения и углом отражения. Но часть света может преодолеть границу раздела сред (преломиться) и пройти внутрь второй среды. Количество прошедшего света и величина угла преломления вычисляются с помощью других формул.

Коэффициент отражения

Полное, почти стопроцентное, отражение света возможно только от идеальных зеркальных поверхностей. Часть света преломляется и проходит через границу под углом γ. Например, мы видим предметы и рыб в море за счет того, что свет падает на поверхность воды, преломляется, проходит в толщу воды, отражается и выходит обратно, преломившись еще раз.

Способность тел или границ раздела тел (сред) отражать падающий на него свет характеризуется безразмерной величиной, которая называется коэффициентом отражения R :

Ф — поток света, упавшего на поверхность раздела;

Ф — поток отраженного света.

Рис. 3. Измерение коэффициента отражения света от зеркальных поверхностей.

Коэффициент отражения от различных поверхностей измеряют экспериментально и приводят потом в справочных таблицах.

В общем случае коэффициент отражения равен сумме коэффициентов зеркального и диффузного отражений. Величина коэффициента отражения зависит от физических свойств тела, угла падения и длины волны (цвета) света.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что отражение света от поверхностей тел бывает зеркальным, диффузным и смешанным. По принципу Гюйгенса при отражении света угол отражения β равен углу падения α. Коэффициент отражения R характеризует способность тела отражать падающий на него свет.

Источник

Adblock
detector