Скачать презентацию Оптика — раздел физики изучающий процессы излучения света Скачать презентацию Оптика — раздел физики изучающий процессы излучения света

Геометрическая оптика.ppt

  • Количество слайдов: 34

Оптика - раздел физики, изучающий процессы излучения света, его распространения и взаимодействия с веществом. Оптика - раздел физики, изучающий процессы излучения света, его распространения и взаимодействия с веществом.

Основные разделы оптики ь Геометрическая оптика ь Волновая оптика ь Квантовая оптика Основные разделы оптики ь Геометрическая оптика ь Волновая оптика ь Квантовая оптика

Геометрическая оптика • Геометрическая оптика описывает распространение света термином луч. • Световой луч в Геометрическая оптика • Геометрическая оптика описывает распространение света термином луч. • Световой луч в геометрической оптике — линия, вдоль которой переносится световая энергия.

Волновая оптика • Свет — электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии Волновая оптика • Свет — электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или находящимся в возбуждённом состоянии веществом, воспринимаемое человеческим глазом.

Квантовая оптика • Свет – поток частиц (фотонов). • Фотон (от др. -греч. φωτоς, Квантовая оптика • Свет – поток частиц (фотонов). • Фотон (от др. -греч. φωτоς, «свет» ) — элементарная частица, квант света. Это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света. Заряд фотона также равен нулю. Фотоны обозначаются буквой γ, поэтому их часто называют гаммаквантами (особенно фотоны высоких энергий).

Корпускулярно-волновой дуализм • Корпускулярно-волновой дуализм света означает, что свет одновременно обладает свойствами непрерывных электромагнитных Корпускулярно-волновой дуализм • Корпускулярно-волновой дуализм света означает, что свет одновременно обладает свойствами непрерывных электромагнитных волн и свойствами дискретных фотонов. Этот фундаментальный вывод был сделан физиками в XX века и вытекал из предшествующих представлений о свете.

• Ньютон считал, что свет - поток корпускул, т. е. поток прямолинейно летящих • Ньютон считал, что свет - поток корпускул, т. е. поток прямолинейно летящих частиц вещества. Такая теория хорошо объясняла прямолинейное распространение света. Но возникали затруднения при объяснении законов отражения и преломления, а явления дифракции и интерференции совершенно не могли быть объяснены корпускулярной теорией. Поэтому возникла волновая теория света. Эта теория объясняла дифракцию и интерференцию, но возникали трудности с объяснением прямолинейного света.

• Только в XIX веке Ж. Френель, используя открытия других физиков, сумел объединить • Только в XIX веке Ж. Френель, используя открытия других физиков, сумел объединить уже выведенные принципы в одну теорию, согласно которой свет - поперечная механическая волна. В дальнейшем Максвелл открыл, что свет - один из видов электромагнитного излучения. Но в начале XX века, благодаря открытиям Эйнштейна представления о свете опять изменились. Свет стал пониматься как поток фотонов. Но определенные свойства света прекрасно объяснялись и волновой теорией.

• Свет обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами. При этом существуют следующие • Свет обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами. При этом существуют следующие закономерности: чем короче длина волны, тем ярче проявляются корпускулярные свойства, чем больше длина волны, тем ярче проявляются волновые свойства. Позднее французский физик Л. де Бройль высказал идею, что корпускулярно-волновой дуализм имеет универсальную природу, т. е. присущ всем частицам вещества. Позже эта гипотеза подтвердилась экспериментально. λ – длина волны де Бройля h – постоянная Планка (6, 63 10– 34 Дж с) m – масса частицы – скорость частицы

В одних явлениях свет обнаруживает свойства волн, а в других - свойства частиц. Волновые В одних явлениях свет обнаруживает свойства волн, а в других - свойства частиц. Волновые и квантовые свойства дополняют друга. волновые явления интерференция дифракция поляризация дисперсия квантовые явления фотоэффект давление света линейчатость спектров испускания и поглощения

Геометрическая оптика – раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах и принципы 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.

Законы геометрической оптики 1. Закон прямолинейного распространения света. 2. Закон независимого распространения лучей. 3. Законы геометрической оптики 1. Закон прямолинейного распространения света. 2. Закон независимого распространения лучей. 3. Закон обратимости светового луча. 4. Закон отражения света. 5. Закон преломления света.

Закон прямолинейного распространения света. • Свет в однородной прозрачной среде распространяется прямолинейно. • Принцип Закон прямолинейного распространения света. • Свет в однородной прозрачной среде распространяется прямолинейно. • Принцип Ферма (принцип наименьшего времени Ферма) в геометрической оптике — постулат, предписывающий лучу света двигаться из начальной точки в конечную точку по пути, минимизирующему время движения.

Закон независимого распространения лучей • световые лучи распространяются независимо друг от друга. • То Закон независимого распространения лучей • световые лучи распространяются независимо друг от друга. • То есть предполагается, что лучи не влияют друг на друга, и распространяются так, как будто других лучей, кроме рассматриваемого, не существует.

Закон обратимости светового луча • луч света, распространившийся по определённой траектории в одном направлении, Закон обратимости светового луча • луч света, распространившийся по определённой траектории в одном направлении, повторит свой ход в точности при распространении и в обратном направлении

Закон отражения света • падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с нормалью Закон отражения света • падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с нормалью к отражающей поверхности в точке падения, и эта нормаль делит угол между лучами на две равные части.

Зеркальное и диффузное отражение Зеркальное и диффузное отражение

Закон преломления света (Закон Снелла) • Падающий и преломленные лучи лежат в одной плоскости Закон преломления света (Закон Снелла) • Падающий и преломленные лучи лежат в одной плоскости с нормалью к границе раздела сред, в точке падения, причем преломленный луч связан с падающим отношением: n 1 sin 1= n 2 sin 2

n 1 sin 1= n 2 sin 2 n 1 - показатель преломления среды, n 1 sin 1= n 2 sin 2 n 1 - показатель преломления среды, из которой свет падает на границу раздела; 1 - угол падения света - угол между падающим на поверхность лучом и нормалью к поверхности; n 2 - показатель преломления среды, в которую свет попадает, пройдя границу раздела; 2 - угол преломления света - угол между прошедшим через поверхность лучом и нормалью к поверхности.

Полное внутреннее отражение n 1 sin 1= n 2 sin 2 n 1 sin Полное внутреннее отражение n 1 sin 1= n 2 sin 2 n 1 sin 1= n 2 sin 900 sin 1(кр)= n 2 /n 1

Рефрактометрия • (от лат. refractus- преломленный и греч. metreo- измеряю), метод исследования веществ, основанный Рефрактометрия • (от лат. refractus- преломленный и греч. metreo- измеряю), метод исследования веществ, основанный на определении показателя преломления. Применяется для идентификации хим. соединений, количеств. и структурного анализа, определения физ. -хим. параметров веществ.

Зависимость показателя преломления водных растворов некоторых веществ от концентрации: Зависимость показателя преломления водных растворов некоторых веществ от концентрации:

n. C – показатель преломления раствора n 0 – показатель преломления растворителя F – n. C – показатель преломления раствора n 0 – показатель преломления растворителя F – фактор вещества C – концентрация вещества

Оптические системы – совокупность оптических элементов (преломляющих, отражающих, дифракционных и т. п. ), созданная Оптические системы – совокупность оптических элементов (преломляющих, отражающих, дифракционных и т. п. ), созданная для определённого формирования пучков световых лучей.

Линза – (от лат. lens - чечевица) - обычно диск из прозрачного однородного материала, Линза – (от лат. lens - чечевица) - обычно диск из прозрачного однородного материала, ограниченный двумя полированными поверхностями сферическими или плоской и сферической.

Характеристики простых линз • В зависимости от форм различают собирательные (положительные) и рассеивающие (отрицательные) Характеристики простых линз • В зависимости от форм различают собирательные (положительные) и рассеивающие (отрицательные) линзы. К группе собирательных линз обычно относят линзы, у которых середина толще их краёв, а к группе рассеивающих - линзы, края которых толще середины. Следует отметить, что это верно только если показатель преломления у материала линзы больше, чем у окружающей среды. Если показатель преломления линзы меньше, ситуация будет обратной. Например пузырёк воздуха в воде - двояковыпуклая рассеивающая линза.

Виды линз: Собирающие: 1 — двояковыпуклая 2 — плоско-выпуклая 3 — вогнуто-выпуклая (положительный мениск) Виды линз: Собирающие: 1 — двояковыпуклая 2 — плоско-выпуклая 3 — вогнуто-выпуклая (положительный мениск) Рассеивающие: 4 — двояковогнутая 5 — плоско-вогнутая 6 — выпукло-вогнутая (отрицательный мениск)

Основные элементы линзы: NN — оптическая ось — прямая линия, проходящая через центры сферических Основные элементы линзы: NN — оптическая ось — прямая линия, проходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу; O — оптический центр. Лучи, идущие параллельно главной оптической оси, отклоняются за собирающей линзой так, что собираются в точке, называемой фокусом. Расстояние от центра линзы до фокуса называется фокусным расстоянием.

Лучи, падающие на рассеивающую линзу, по выходе из неё будут преломляться в сторону краёв Лучи, падающие на рассеивающую линзу, по выходе из неё будут преломляться в сторону краёв линзы, то есть рассеиваться. Если эти лучи продолжить в обратном направлении так, как показано на рисунке пунктирной линией, то они сойдутся в одной точке F, которая и будет фокусом этой линзы. Этот фокус будет мнимым.

Ход лучей в тонкой линзе Линза, для которой толщина принята равной нулю в оптике Ход лучей в тонкой линзе Линза, для которой толщина принята равной нулю в оптике называется «тонкой» . Свойства тонкой линзы: 1. Луч, прошедший через оптический центр линзы, не меняет своего направления; 2. Параллельные лучи, проходящие через линзу, сходятся в фокальной плоскости.

Формула тонкой линзы Следует отметить, что знаки величин u, , f выбираются исходя из Формула тонкой линзы Следует отметить, что знаки величин u, , f выбираются исходя из следующих соображений - для действительного изображения от действительного предмета в собирающей линзе - все эти величины положительны. Если изображение мнимое - расстояние до него принимается отрицательным, если предмет мнимый - расстояние до него отрицательно, если линза рассеивающая - фокусное расстояние отрицательно.