Геометрическая оптика Отражение и преломление света

Геометрическая оптика

Отражение и преломление света.

Сферическое зеркало. Чтобы удовлетворить приближению параксиальной оптики, нужно потребовать, чтобы сферическое зеркало было малой частью сферы. Другими словами, размер зеркала должен быть много меньше радиуса кривизны сферы. Сферическое зеркало отражает световые лучи аналогично оптической системе, состоящей из тонкой линзы и вплотную поставленного плоского зеркала. Вогнутое зеркало аналогично собирающей линзе, выпуклое — рассеивающей. Фокус расположен посередине между зеркалом и центром сферы.

Построение изображений в зеркалах.

Дисперсия. • • Разложение белого света при • прохождении его через призму (опыт Ньютона) Однако в некоторых веществах • (например в парах йода) наблюдается эффект аномальной дисперсии, при котором синие лучи преломляются меньше, чем красные, а другие лучи поглощаются веществом и от наблюдения ускользают. Диспе рсия све та (разложение света) — это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года. у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления, у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления. Однако в некоторых веществах (например в парах йода) наблюдается эффект аномальной дисперсии, при котором синие лучи преломляются меньше, чем красные, а другие лучи поглощаются веществом и от наблюдения ускользают.

• Полное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. Коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит от длины волны • В геометрической оптике явление объясняется в рамках закона Снелла. Учитывая, что угол преломления не может превышать 90°, получаем, что при угле падения, синус которого больше отношения меньшего коэффициента преломления к большему коэффициенту, электромагнитная волна должна полностью отражаться в первую среду.

Основная формула тонкой линзы имеет вид: где а и а' – расстояния от предмета до линзы и от линзы до изображения соответственно f' – фокусное расстояние линзы. Различные линзы отличаются одна от другой расположением центров образующих их сферических поверхностей, их радиусами и показателями преломления вещества, из которого сделаны линзы. На рис. 1. 8 представлены шесть основных типов линз.

Если параллельные лучи после преломления в линзе действительно пересекаются в некоторой точке, лежащей по другую сторону линзы, то линза называется собирающей или положительной. Если же параллельные лучи после преломления в линзе становятся расходящимися, то линза называется рассеивающей или отрицательной. Если изображение лежит справа от линзы, то оно образовано сходящимся пучком лучей (рис. 1. 9, а), т. е. лучей, которые действительно проходят через точку S'. Изображение в этом случае называется действительным. Оно может быть получено на экране, фотопленке, фотоматрице и т. д. Если изображение лежит слева от линзы, т. е. с той же стороны от нее, как и источник, то пучок лучей от источника, после преломления в линзе становится еще более расходящимся. В точке S' в этом случае пересекаются лишь воображаемые продолжения преломленных лучей (рис. 1. 9, б). Изображение в этом случае называется мнимым.

Изображения, получаемые с помощью линзы, могут быть как увеличенными, так и уменьшенными. Линейным увеличением линзы называется величина b: , где а и а' – расстояния от предмета до линзы и от линзы до изображения соответственно. Для построения изображения в линзе достаточно найти точку пересечения каких-либо двух лучей, исходящих из этой точки. Наиболее простое построение выполняется при помощи лучей, указанных на рис. 1. 11. Луч 1 идет вдоль побочной оптической оси без изменения направления. Луч 2 падает на линзу параллельно главной оптической оси; преломляясь, этот луч проходит через фокус F'. Луч 3 проходит через фокус F; преломляясь, этот луч идет параллельно главной оптической оси.

Предмет находится от линзы на расстоянии, большем чем двойное фокусное. Таково обычно положение предмета при фотографировании. Построение изображения дано на рис. 1. 12. Так как , то по формуле линзы (1. 12) , т. е. изображение лежит между задним фокусом и точкой, находящейся на двойном фокусном расстоянии от оптического центра линзы. Изображение –перевернутое и уменьшенное, так как из формулы (1. 13) .