Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред.

, где скорость света в одной среде, скорость света в другой среде, относительный показатель преломления второй среды относительно первой (показывает во сколько раз скорость света в одной среде отличается от скорости света в другой среде), абсолютные показатели преломления (показывает во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в среде).

ПОЛНОЕ ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА – явление, состоящее в том, что на границе раздела двух прозрачных для света сред, световой луч не преломляется, а отражается.

Условия полного отражения света:

1) Свет переходит из оптически более плотной среды в менее плотную.

2) Угол падения больше предельного угла полного отражения

Предельный угол полного отражения – угол падения, соответствующий углу преломления 90^о.

 

ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКОНОВ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ

Глаз воспринимает точку там, где пересекаются световые лучи или их продолжения. Изображение называется действительным, если получается на пересечении световых лучей, изображение называется мнимым, если получается на пересечении продолжений световых лучей.

 

ПОСТРОЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ В ПЛОСКОМ ЗЕРКАЛЕ (применение закона отражения света).

 

Изображение предмета в плоском зеркале является мнимым, прямым, равным по размеру предмету, изображение находится на таком расстоянии за зеркалом, на каком предмет расположен перед зеркалом. Изображение предмета в зеркале симметрично относительно плоскости зеркала самому предмету.

ПОСТРОЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ЛИНЗАХ (применение преломления света).

Линза – прозрачное для света тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями.

Вид линз, условное обозначение

Собирающая (выпуклая; середина толще краев). (линза собирающая, если показатель преломления вещества линзы больше показателя преломления вещества окружающей среды, в противном случае линза будет рассеивающей).

Рассеивающая (вогнутая; середина тоньше краев). (линза рассеивающая, если показатель преломления вещества линзы больше показателя преломления вещества окружающей среды, в противном случае линза будет собирающей).

ОСНОВНЫЕ ТОЧКИ И ЛИНИИ ЛИНЗЫ

Определение	Изображение
Главная оптическая ось – прямая, проходящая через центры сферических поверхностей ().
Оптический центр линзы – точка пересечения тонкой линзы с главной оптической осью ().
Побочная оптическая ось – любая прямая, проходящая через оптический центр линзы ().
Главный фокус собирающей линзы – точка на главной оптической оси, в которой после преломления в линзе пересекаются лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси ().
Главный фокус рассеивающей линзы – точка на главной оптической оси, в которой после преломления в линзе пересекаются продолжения лучей, падающих на линзу параллельно главной оптической оси ().
Фокальная плоскость – плоскость, перпендикулярная главной оптической оси и проходящая через ее главный фокус.
Побочный фокус линзы – любая точка фокальной плоскости.

«УДОБНЫЕ» ЛУЧИ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ В ЛИНЗАХ

1) Луч, проходящий через оптический центр, не преломляется.

2) Луч, параллельный оптической оси, после преломления в линзе проходит через ее фокус.

3) Луч, проходящий через фокус, после преломления в линзе параллелен оптической оси.

 

ПРИМЕРЫ ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ЛИНЗАХ

ПОСТРОЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ В СОБИРАЮЩЕЙ ЛИНЗЕ

Расстояние от предмета до линзы .	Построение изображения	Характеристика изображения, где используется. Расстояние от линзы до изображения .
>		Изображение перевернутое, уменьшенное, действительное (фотоаппарат, глаз). < <
		Изображение перевернутое, действительное, равное по размерам предмету.
< < F		Изображение перевернутое, увеличенное, действительное (проекционный аппарат). >
		Изображение отсутствует.
<		Изображение прямое, увеличенное, мнимое (лупа). >

 

Построение изображения точки, находящейся на главной оптической оси собирающей линзы с помощью побочной оптической оси и фокальной плоскости:

ПРИМЕР ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ В РАССЕИВАЮЩЕЙ ЛИНЗЕ

Рассеивающая линза всегда дает прямое, уменьшенное, мнимое изображение. < .

ФОРМУЛА ТОНКОЙ ЛИНЗЫ

>0, если изображение действительное, <0, если изображение мнимое; >0, если действительная светящаяся точка, <0, если точка мнимая; >0, если линза собирающая, <0, если линза рассеивающая.

где оптическая сила линзы.

>0, если линза собирающая, <0,если линза рассеивающая.

Линейное увеличение линзы это отношение линейного размера изображения к линейному размеру предмета .

 

ХОД ЛУЧЕЙ В ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ПЛАСТИНЕ

 

 

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ПО ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКЕ

Объектив фотоаппарата имеет фокусное расстояние 50 . С какой выдержкой надо снять автомобиль, находящийся на расстоянии 2 от фотоаппарата и движущийся равномерно со скоростью 72 перпендикулярно оптической оси фотоаппарата, чтобы размытость изображения на снимке не превышала 0,005 ?

 

 

Ответ:

Содержание

 

 

ВОЛНОВАЯ ОПТИКА

 

С точки зрения волновой оптики свет – это электромагнитные волны, имеющие определенный диапазон частот.

ЯВЛЕНИЯ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ СВЕТ КАК ВОЛНУ.

1) Дисперсия – зависимость показателя преломления вещества от частоты (длины волны) проходящего через него света Вследствие дисперсии немонохроматический свет при преломлении, интерференции и дифракции может быть разложен в спектр (на монохроматические составляющие).

Монохроматический свет – это световая волна определенной частоты (свет одного какого – либо цвета). Немонохроматический свет – сложный свет, состоящий из нескольких монохроматических составляющих.

)

> , > , < (для среды, в вакууме скорость света ).

< (). Частота колебаний световой волны не изменяется при переходе из одной среды в другую.

Цвета в природе нет, есть электромагнитные волны разной частоты, которые, воздействуя на сетчатку глаза, вызывают ощущение света. Лист бумаги человек воспринимает белым, т.к. он отражает все падающие на него волны видимой части спектра электромагнитных волн. Сажа черная, т.к. она поглощает все падающие на нее волны видимой части спектра. Лист растения зеленый, т.к. он отражает электромагнитную волну такой частоты, которая, попадая на сетчатку глаза, вызывает ощущение зеленого цвета, все остальные волны видимой части спектра лист поглощает.

2) Интерференция света наблюдается, например, в тонких пленках: мыльный пузырь, бензиновая пленка на воде, крылья насекомых и т. д. Два независимых источника света дают некогерентные волны, для получения когерентных световых волн используют либо лазер, либо делят световую волну, идущую от одного источника, на две части, имеющие разность хода. Так в тонких пленках интерференционную картину могут создавать волны, отраженные от внешней и внутренней поверхности пленки. При этом разность хода , где показатель преломления вещества пленки, толщина пленки. Покрывая объективы приборов пленками с показателем преломления меньшим, чем у вещества линзы и подбирая необходимую толщину пленки, добиваются просветления оптики, т.е. сводят к минимуму отраженную от пленки световую энергию.

Интерференционная картина для монохроматического света представляет собой чередование темных полос (колец) и полос (колец), освещенных данным монохроматическим светом.

Интерференционная картина для белого света представляет собой чередование радужных полос (колец).

 

ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ НА ИНТЕРФЕРЕНЦИЮ СВЕТА

Два когерентных источника и излучают монохроматический свет с длиной волны 600 Определить, на каком расстоянии от точки на экране будет первый максимум освещенности, если

Ответ:

4) Дифракцию света можно наблюдать, если препятствие, которое огибает световая волна, очень маленькое (сравнимое с длиной световой волны) или расстояние от препятствия до экрана в огромное число раз превышает размер самого препятствия. В этих случаях законы геометрической оптики не применимы, т. к. свет отклоняется от прямолинейного распространения. Дифракция всегда сопровождается интерференцией.

При дифракции на отверстии в центре экрана находится темное пятно, при дифракции на препятствии в центре экрана образуется светлое пятно.

ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА – совокупность большого числа параллельных прозрачных для света щелей ширины , разделенных непрозрачными промежутками ширины . Период (постоянная) решетки , где ширина некоторого участка решетки, число штрихов на этом участке. Если на дифракционную решетку падает нормально монохроматический свет, то вследствие дифракции световые волны отклоняются на разные углы .

Если эти волны с помощью линзы собрать на экране, то образуется интерференционная картина, в центре которой расположен центральный (нулевой) максимум, а по обе стороны от него образуются максимумы первого, второго и т. д. порядков.

Если на решетку падает белый свет, то центральный максимум представляет собой белую полоску, по обе стороны от которого наблюдаются цветные спектры разных порядков.

Максимумы образуются при условии . При решении задач для удобства для малых углов () можно заменить на .

Разложение света в спектр с помощью дифракционной решетки или призмы используется при проведении спектрального анализа. С помощью спектрального анализа определяют химический состав вещества (спектр у каждого химического вещества свой, не совпадающий со спектром ни одного другого химического элемента), температуру вещества, скорость движения тел.

 

Вид спектра	Какой вид имеет	Какие тела дают
Излучения	Сплошная разноцветная полоса; содержит все длины волн определенного диапазона.	Нагретые твердые и жидкие вещества.
Сплошной
Полосатый	Состоит из отдельных полос, содержащих большое число близко расположенных спектральных линий, разделенных темными промежутками.	Нагретые вещества в газообразном молекулярном состоянии.
Линейчатый	Состоит из отдельных светящихся линий, разделенных темными промежутками, т. е. содержит только определенные длины волн.	Нагретые вещества в газообразном атомарном состоянии.
Поглощения (может быть сплошной, полосатый, линейчатый).	В сплошном спектре содержатся темные линии (линии поглощения).Причем, атомы и молекулы данного вещества поглощают свет тех же длин волн, которые они сами способны излучать.	Образуется при прохождении излучения через прозрачное вещество.

 

5) Поляризация света возможна вследствие того, что свет является поперечной волной. Естественный свет представляет собой волну, в которой колебания вектора происходят в разных плоскостях, если колебания вектора происходят в одной определенной плоскости, то свет оказывается поляризованным. Поляризовать свет можно, например, с помощью кристалла турмалина, который вследствие своей анизотропии пропускает световые волны с колебаниями, лежащими в одной плоскости.

Содержание