Лекция 9 Геометрическая оптика Свет Показатель преломления Законы

Лекция 9 Геометрическая оптика. Свет. Показатель преломления. Законы геометрической оптики. 1. Оптика. Разделы оптики. 2. Свет. Шкала электромагнитных волн. Показатель преломления. 3. Законы геометрической оптики. 3. 1. Закон прямолинейного распространения света. 3. 2. Закон независимости световых пучков. 3. 3. Закон отражения. 3. 4. Закон преломления. 4. Полное внутренне отражение. 5. Дисперсия света. 6. Формула тонкой линзы. Принципы построения изображений при прохождении света через линзу.

Геометрическая оптика Оптика - раздел физики, в котором изучаются закономерности световых (оптических) явлений, природа света и его взаимодействие с веществом. Основные разделы Оптики: 1) Геометрическая оптика; 2) Волновая оптика; 3)Квантовая оптика.

Геометрическая оптика – раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его волновых свойств. Свет — электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии веществом, воспринимаемое человеческим глазом.

Видимый свет — электромагнитное излучение с длинами волн ≈ 380— 760 нм (от фиолетового до красного). Видимый свет — часть всего света

Поперечность электромагнитных волн (ЭМВ) электромагнитная волна является волной поперечной.

Закон прямолинейного распространения света В вакууме и однородной среде свет распространяется прямолинейно Закон независимого распространения лучей Лучи при пересечении не возмущают друга этот закон справедлив при не слишком больших интенсивностях света.

Закон отражения света 1) падающий луч, луч отраженный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; 2) угол отражения α равен углу падения β.

Закон преломления света При прохождении света из среды 1 в среду 2: 1) падающий луч, отраженный луч и преломленный луч лежат в одной плоскости; 2) угол падения и угол преломления связаны соотношением: где n 1 и n 2 – показатели преломления первой и второй сред, соответственно.

Солнечное затмение – природное явление, которое происходит, когда Луна попадает между наблюдателем и Солнцем, загораживая (затмевая) его. Полное солнечное затмение не может продолжаться более 8 минут.

Солнце и Луна единственные небесные тела на земном небосводе, которые имеют видимые невооруженным глазом размеры.

Природа солнечного затмения Земля движется вокруг Солнца в одной плоскости, а Луна вокруг Земли - в другой, плоскости эти не совпадают. Плоскость лунной орбиты наклонена к плоскости эклиптики на 5, 2°, а диаметры солнечного и лунного дисков близки к 0, 5°. Поэтому часто во время новолуний Луна проходит либо выше Солнца, либо ниже.

Лунное затмение

Лу нное затме ние — затмение, которое наступает, когда Луна входит в конус тени, отбрасываемой Землёй. Вид Луны при лунном затмении

Лунное затмение может наблюдаться на половине территории Земли (там, где на момент затмения Луна находится над горизонтом). Вид затенённой Луны с любой точки наблюдения одинаков. Максимальная теоретически возможная продолжительность полной фазы лунного затмения составляет 108 минут.

Наблюдатель, находящийся на Луне, в момент полного (или частного, если он находится на затемнённой части Луны) лунного затмения видит полное солнечное затмение (затмение Солнца Землёй).

4. Полное внутреннее отражение – отражение света, падающего из оптически более плотной среды на границу с оптически менее плотной средой под углом падения, большим некоторого критического значения.

Преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления i 2 больше, чем угол падения i 1 (рис. а). С увеличением угла падения увеличивается угол преломления (рис. б и в), до тех пор пока при некотором угле падения (i 1 = iпр) угол преломления не окажется равным π/2. Угол iпр называется предельным углом. При углах падения i > inp весь падающий свет полностью отражается (рис. г). Это явление называется полным внутренним отражением Предельный угол inp определяется из условия i 2 = π /2. Тогда

1. 2. 5. Полное отражение света По мере приближения угла падения к предельному интенсивность преломленного луча уменьшается, а отраженного — растет (рис. 1. 16, а — в). Если i 1 = iпр, то интенсивность преломленного луча обращается в нуль, а интенсивность отраженного равна интенсивности падающего (рис. 1. 16, г). Таким образом, при углах падения в пределах от iпр до π/2 луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду, причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы. Это явление называется полным отражением. Предельный угол inp определим из формулы (1. 1. 3) при подстановке в нее i 2 = π /2. Тогда

n 1 sin iпред = n 2 sin π/2 = n 2. Откуда получаем (n 1 > n 2 ) iпред = arcsin (n 2 /n 1). Уравнения (1. 1. 4) удовлетворяет значениям угла inp при п 2 < п 1 Следовательно, явление полного отражения имеет место только при падении света из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную. При переходе из оптически более плотной среды 1 в оптически менее плотную 2 свет может полностью отразиться от границы раздела и не попасть в среду 2 – явление полного внутреннего отражения

Полное отражение Угол полного отражения

5. Дисперсия света Опыт Ньютона. Открытие дисперсии света Дисперсия света была экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее. Дисперсия света (разложение света) — это явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества от длины волны (или частоты) света

цветов, каких до того никто даже не подозревал» (слова из надписи на надгробном памятнике Ньютону). Занимаясь усовершенствованием телескопов, Ньютон обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено. Он заинтересовался этим и первый «исследовал разнообразие световых лучей и проистекающие отсюда особенности

Падая на стеклянную призму, он преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов. Основной опыт Ньютона был гениально прост. Ньютон направил на призму световой пучок малого поперечного сечения. Пучок солнечного света проходил в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне.

Если внимательно присмотреться к прохождению света через треугольную призму, то можно увидеть, что разложение белого света начинается сразу же, как только свет переходит из воздуха в стекло.

Следуя многовековой традиции, согласно которой радуга считалась состоящей из семи основных цветов, Hьютон тоже выделил семь цветов: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный.

Саму радужную полоску Ньютон назвал спектром.

Результаты опыта свидетельствуют о том, что: белый свет - сложный, он состоит из лучей разного цвета. Цвет определяется частотой волны; показатель преломления вещества призмы n зависит от цвета лучей; (nф > nкр); кр скорость света зависит от цвета лучей; (vф < vкр). кр

6. Формула тонкой линзы. Принципы построения изображений при прохождении света через линзу.

Линзы • Собирающие линзы (а, б) • Рассеивающие линзы (в, г)

Ход лучей в тонкой линзе • Собирающей линзе (а) • Рассеивающей линзе (б)

Построение изображений

Величины • Оптическая сила линзы • Линейное увеличение линзы • D=1/F • Г = f / d • 1 дптр = 1/м

Использовать при решении задач Если изображение: -мнимое f < 0 -действительное f > 0 Если линза : -собирающая F > 0 -рассеивающая F < 0 • F - фокусное расстояние линзы • f - расстояние от линзы до изображения • d - расстояние от предмета до линзы

Формула тонкой линзы F - фокусное расстояние линзы f - расстояние от линзы до изображения d - расстояние от предмета до линзы