Свет распространяется прямолинейно только в прозрачной оптически однородной среде. При переходе из одной однородной среды в другую (например из воздуха в воду) свет на границе раздела изменяет направление распространения.

Изменение направления распространения света на границе раздела двух сред при переходе из первой среды (I) во вторую (II), называется преломлением света.

Углом падения называется угол между падающим лучом и перпендикуляром (альфа), углом преломления называется угол между преломлённым лучом и перпендикуляром (гамма).

Закон преломления света состоит из двух пунктов

1. Падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр в точку падения лежат в одной плоскости.

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред и называется относительным показателем преломления, где V₁ - скорость распространения падающего луча (в I среде),V₂ - скорость распространения преломлённого луча (во II среде). Данную формулу можно записать в развёрнутом виде.

Например, на рисунке изображены примеры преломления светового луча на границах 1) воздуха и воды, 2) воздуха и стекла, 3)воды и стекла:

Из сравнения чертежей следует, что пара сред «воздух-стекло» преломляет свет сильнее, чем пара сред «воздух-вода, а при переходе из воздуха в стекло свет преломляется сильнее, чем при переходе из воды в стекло. То есть, пары сред, прозрачные для оптических излучений, обладают различной преломляющей способностью, характеризующейся относительным показателем преломления. Он вычисляется по формуле:

- эта величина называется относительным показателем преломления, так как рассматривает изменение направления распространения светового луча во второй среде по сравнению с первой.

Если в качестве первой среды выбран воздух (вакуум), то получаются значения:

- эта величина называется абсолютным показателем преломления первой среды, так как рассматривает изменение направления распространения светового луча в этой среде по сравнению с воздухом (вакуумом).

- эта величина называется абсолютным показателем преломления второй среды, так как рассматривает изменение направления распространения светового луча во второй среде по сравнению с воздухои (вакуумом).

Чем меньше скорость света в среде, тем более оптически плотной её считают. Среду с большим абсолютным показателем преломления называют оптически более плотной. Приведём некоторые табличные значения абсолютных показателей преломления разных сред при температуре 20⁰С для жёлтого света. При другой температуре или другом цвете света показатели будут иными. При качественном рассмотрении таблицы отметим: чем больше показатель преломления отличается от единицы, тем на больше угол, на который отклоняется луч от первоначального, переходя из вакуума в среду. Поскольку показатель преломления воздуха почти не отличается от единицы, влияние воздуха на распространение света практически незаметно.

Если свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную (например, из воздуха в воду или стекло), то угол падения (альфа) больше угла преломления (гамма).

Наоборот, если свет переходит из оптически более плотной среды, например из воды или из стекла, в оптически менее плотную среду, например в воздух, то угол падения (альфа) меньше угла преломления (гамма).

Когда световой луч переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, может наступить явление полного отражения - это явление, при котором луч не выйдет из среды, из которой он падает на границу раздела:

Угол падения (альфа), при котором угол преломления (гамма) будет равен 90⁰ , называется предельным углом полного отражения и обозначается.

Предельный угол полного отражения можно вычислить из формулы закона преломления, приняв : (смотри рисунок в середине, при предельном угле 49⁰ , луч не выйдет из воды в воздух. Такое явление можно наблюдать возле водоёмов в вечернее время суток при закате солнца, вода "становиться" непрозрачной, так как свет, попав в воду и отразившись от дна, не может выйти из воды, и наш глаз ничего не видит.

Явление полного отражения можно наблюдать ещё на одном примере. Если налить в стакан воду и поднять её выше уровня глаз, то поверхность воды при рассмотрении её снизу кажется посеребрённой вследствие полного отражения света.

Если мы попытаемся из под воды взглянуть на то, что находится в воздухе, то при определённом значении угла, под которым мы смотрим, можно увидеть отражённое от воды дно.

Проделаем небольшой опыт. В стакане с водой карандаш в пробирке становится невидимым из-за того, что свет претерпевает полное внутреннее отражение.

Вернуться к конспектам урока