"Физика", Кабардин О.Ф.
Свет распространяется от источников и взаимодействует с предметами и границами разных сред. В однородной прозрачной среде он идёт по прямой, на границе может отразиться или изменить направление, а призма способна разделить белый свет на цветные составляющие. Эти свойства помогают объяснить появление теней, работу зеркал и линз, а также радугу. Чтобы описывать ход света, используют модель светового луча и следят за тем, как меняется его направление.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Световой луч — линия, показывающая направление распространения света. Это модель, а не тонкий материальный объект: в действительности свет не выглядит как отдельная нить. Луч помогает изображать путь света на схемах и объяснять, куда он попадёт.
Отражение света — изменение направления распространения света на границе сред с возвращением света в исходную среду. Например, луч от зеркала возвращается в воздух, откуда пришёл. Это понятие нужно, чтобы описывать работу зеркал и ход отражённых лучей.
Преломление света — изменение направления распространения света при переходе через границу двух сред. Так ведёт себя свет, переходя, например, из воздуха в воду. Преломлением объясняют кажущееся смещение предметов и действие линз.
Дисперсия света — разложение белого света в спектр при прохождении через призму из-за зависимости преломления от цвета. Белый свет состоит из составляющих разных цветов, которые отклоняются неодинаково. Понятие помогает объяснить появление спектра и радуги.
В однородной прозрачной среде свойства вещества одинаковы в разных точках, поэтому свет не встречает участков, которые заставляли бы его менять скорость и направление. В результате его путь можно представить прямой линией. Непрозрачное тело не пропускает свет, и лучи от источника не могут пройти сквозь него. Поэтому позади тела возникает область, куда лучи не попадают, — тень.
Когда свет встречает границу сред, часть его может вернуться в исходную среду: это отражение. При отражении от плоской поверхности угол между падающим лучом и перпендикуляром к поверхности равен углу между перпендикуляром и отражённым лучом. У гладкого зеркала поверхность везде направлена почти одинаково, поэтому отражённые лучи идут упорядоченно. У шероховатой поверхности отдельные участки наклонены по-разному, и свет отражается в разных направлениях, то есть рассеивается.
В разных средах свет распространяется с разной скоростью, потому что по-разному взаимодействует с веществом. При переходе через границу скорость меняется, и из-за этого луч может изменить направление — преломиться. Насколько он отклонится, зависит от свойств обеих сред и от того, под каким углом падает свет. Если луч идёт вдоль перпендикуляра к границе, его направление не меняется, хотя скорость становится другой.
Белый свет содержит составляющие разных цветов. В призме скорость распространения и, следовательно, преломление этих составляющих различаются, поэтому каждый цвет меняет направление по-своему. После выхода из призмы лучи разных цветов расходятся и становятся видны отдельно как спектр. Значит, призма не окрашивает свет, а разделяет его составляющие.
Световые лучи позволяют проследить путь света от источника к предмету, а затем к глазу. По такому построению можно понять, откуда берётся тень и почему отражённый предмет виден в зеркале. Преломление объясняет, почему предметы под водой кажутся смещёнными, а линзы могут собирать или разводить лучи. Наблюдение спектра показывает, что белый свет состоит из разных цветов.
| Свойство | Что происходит со светом | Условия или причина | Пример наблюдения |
|---|---|---|---|
| Прямолинейное распространение | Свет идёт по прямой | Однородная прозрачная среда | Тень за непрозрачным предметом |
| Отражение | Свет меняет направление и возвращается в исходную среду | Падение на границу сред | Изображение в зеркале |
| Преломление | Свет может изменить направление | Переход между средами, в которых свет распространяется с разной скоростью | Монета под водой кажется выше |
| Дисперсия | Белый свет разделяется на цвета | Разные составляющие преломляются неодинаково | Спектр после призмы |
Сначала определите, с каким свойством связан наблюдаемый эффект, затем найдите в таблице его причину. Обратите внимание: при отражении свет возвращается в прежнюю среду, а при преломлении проходит в другую. Для дисперсии решающим является различие в отклонении цветных составляющих.
Задача 1. Свет от маленького источника падает на непрозрачный предмет и экран. Почему за предметом возникает тень? Удобно представить свет несколькими лучами, выходящими из источника. Предмет не пропускает лучи, идущие к части экрана.
Ответ: тень появляется потому, что непрозрачный предмет перекрывает прямолинейно распространяющийся свет.
Задача 2. Луч падает на плоское зеркало под углом 30° к перпендикуляру к поверхности. Найдём угол отражения и направление отражённого луча. В условии угол уже отсчитан правильно — от перпендикуляра, поэтому его можно сразу использовать в законе отражения.
Ответ: угол отражения равен 30°, а луч отходит от зеркала с другой стороны перпендикуляра.
Задача 3. На дне прозрачного сосуда лежит монета. Почему после наполнения сосуда водой она кажется расположенной выше? Проследим, как свет от монеты попадает в глаз. На границе воды и воздуха направление лучей меняется, и именно это меняет видимое положение предмета.
Ответ: монета кажется выше из-за преломления лучей на границе воды и воздуха.
Ошибка: считать световой луч тонкой светящейся нитью. Так думают, потому что лучи часто изображают линиями, но линия на схеме — условное обозначение направления света. Проверьте себя: луч помогает построить ход света, однако его нельзя поймать как отдельный материальный предмет.
Ошибка: отсчитывать углы падения и отражения от поверхности зеркала. Это происходит из-за привычки смотреть на наклон самой поверхности, но в законе углы задаются относительно перпендикуляра к ней. Проверьте схему: сначала проведите перпендикуляр в точке падения, а уже от него измеряйте углы.
Ошибка: полагать, что при преломлении направление меняется всегда. Часто луч действительно поворачивает, поэтому легко забыть про особый случай падения по перпендикуляру. Проверьте направление луча относительно границы: если он идёт по перпендикуляру, то продолжает двигаться прямо, хотя его скорость в новой среде меняется.
Ошибка: считать, что призма окрашивает белый свет. Цветной спектр после призмы может создать такое впечатление, но цвета уже содержатся в белом свете. Проверьте это, вспомнив причину разделения: разные составляющие преломляются неодинаково и выходят в разных направлениях.
Для изучения свойств света нужно знать, что источники испускают свет, а прозрачные тела его пропускают. Эти сведения помогают определить, какие предметы могут быть освещены и где можно проследить путь лучей.
Прямолинейное распространение объясняет появление теней и затмений. Отражение и преломление пригодятся при изучении зеркал, линз и оптических приборов: с их помощью можно проследить, как прибор меняет направление лучей и формирует изображение.
Разложение белого света связано с наблюдением радуги и дальнейшим изучением спектров. Спектр показывает, что свет может состоять из составляющих, различающихся цветом и по-разному взаимодействующих с веществом.
Почему за непрозрачным предметом образуется тень?
В однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно. Непрозрачный предмет закрывает часть лучей, поэтому за ним остаётся область, куда свет от источника не попадает.
От чего отсчитывают угол падения света?
Угол падения отсчитывают от перпендикуляра к поверхности в точке, где луч падает на неё. Этот перпендикуляр называют нормалью.
Всегда ли луч меняет направление при переходе из одной среды в другую?
Нет. Если луч падает на границу по перпендикуляру, его направление не меняется, хотя скорость света в новой среде становится другой.
Почему предмет под водой кажется расположенным не там, где он находится?
На границе воды и воздуха лучи от предмета преломляются. Глаз продолжает их мысленно по прямой, поэтому видит мнимое изображение ближе к поверхности, чем сам предмет.
Призма создаёт цвета или разделяет белый свет на уже имеющиеся составляющие?
Призма не создаёт цвета, а разделяет составляющие, уже присутствующие в белом свете. Разные цвета преломляются в призме неодинаково, поэтому выходят из неё в разных направлениях.
§ 30. Свойства света
