Основы геометрической и волновой оптики

Скачать презентацию Основы геометрической и волновой оптики Скачать презентацию Основы геометрической и волновой оптики

ОПТИКА 1.ppt

  • Количество слайдов: 25

> Основы геометрической и волновой оптики Основы геометрической и волновой оптики

>    ОПТИКА - раздел физики, в котором изучается оптическое излучение (свет), ОПТИКА - раздел физики, в котором изучается оптическое излучение (свет), его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества. Геометрическая оптика (не рассматривает вопрос о физической природе света), использует представление о световых лучах. Луч – направление, вдоль которого распространяется энергия световой волны. 1 закон - В оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. 2 закон – Независимое распространение лучей в среде 3 и 4 законы – Законы отражения и преломления света на границе двух сред

>Волновая оптика рассматривает свет, как электромагнитную волну; в волной оптике изучаются явления, в которых Волновая оптика рассматривает свет, как электромагнитную волну; в волной оптике изучаются явления, в которых проявляются волновые свойства света (дифракция, интерференция, поляризация). Квантовая оптика рассматривает свет как кванты энергии. Связана с волновой оптикой, но учитывает, что свет излучается не непрерывно, а порциями – квантами.

>ЗАКОНЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ На границе двух сред часть лучей светового пучка отражается, часть – ЗАКОНЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ На границе двух сред часть лучей светового пучка отражается, часть – проходит в другую среду, преломляясь. r отражённый луч Закон отражения света: луч падающий, луч отражённый и нормаль, восстановленная в точку падения луча на границе двух сред лежат в одной плоскости; угол отражения равен углу падения.

>Закон преломления света: отношение синуса угла падения i к синусу угла преломления r есть Закон преломления света: отношение синуса угла падения i к синусу угла преломления r есть величина, постоянная для двух данных сред: n 2 -1 - относительный показатель преломления второй среды относительно первой: n 2 -1 = n 2/n 1 , n 2 - абсолютные показатели преломления (характеризуют оптическую плотность среды и показывают во сколько раз скорость света в вакууме превышает скорость света в данной среде).

>  ПОЛНОЕ ВНУТРЕННЕЕ ОТРАЖЕНИЕ  2 УСЛОВИЯ: 1. переход света из оптически более ПОЛНОЕ ВНУТРЕННЕЕ ОТРАЖЕНИЕ 2 УСЛОВИЯ: 1. переход света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную (например, из воды или стекла в воздух или вакуум). 2. угол падения превышает некоторый критический угол, который называется предельным углом полного внутреннего отражения. Предельный угол – угол падения луча, при котором угол преломления равен 900.

>  ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА Явление полного внутреннего отражения используется в волоконных световодах, которые представляют ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА Явление полного внутреннего отражения используется в волоконных световодах, которые представляют собой тонкие произвольно изогнутые нити из оптически прозрачного материала (стекло, кварц). В световоде сердцевина имеет больший показатель преломления, чем оболочка. Свет, попадающий на торец световода, может распространяться по нему на большие расстояния за счет полного внутреннего отражения от боковых поверхностей.

>В медицине световоды применяют в эндоскопической технике – устройствах- фиброскопах, предназначенных для неинвазивного исследования В медицине световоды применяют в эндоскопической технике – устройствах- фиброскопах, предназначенных для неинвазивного исследования различных внутренних органов, а также проведения эндоскопических операций. Важное свойство световода – проводить свет на большие расстояния без потери его интенсивности, которая могла бы наблюдаться, если свет поглощался оболочкой световода.

>     ЛИНЗЫ Линза - прозрачное тело (стекло, пластмасса), ограниченное двумя ЛИНЗЫ Линза - прозрачное тело (стекло, пластмасса), ограниченное двумя сферическими поверхностями, показатель преломления собирающие линзы которого отличается от показателя преломления среды, в котором расположена линза. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНЗЫ Главная оптическая ось рассеивающие линзы - прямая, проходящая через центры кривизны сферических поверхностей, ограничивающих линзу. Фокус линзы – точка на главной оптической оси, в которую лучи собираются после преломления в линзе. Фокусное расстояние – расстояние между оптическим центром линзы и её фокусом. Оптическая сила линзы – величина обратная фокусному расстоянию, показывает насколько сильно линза преломляет свет.

>     Собирающая     линза (выпуклая)  Собирающая линза (выпуклая) собирает параллельный пучок света в точку. Имеет 2 действительных собирающая линза фокуса. Рассеивающая линза (вогнутая) рассеивает параллельный пучок света. Фокусы её - мнимые. рассеивающая линза

>   ФОРМУЛА ТОНКОЙ ЛИНЗЫ  абсолютный показатель преломления среды, в которой находится ФОРМУЛА ТОНКОЙ ЛИНЗЫ абсолютный показатель преломления среды, в которой находится лин абсолютный показатель преломления линзы, радиусы кривизны сферических поверхностей, ограничивающих лин Линзы используют для изменения направления световых лучей. Основное свойство линз – способность давать изображения предметов. Зависит от: Изображения бывают: 1. вида линзы -прямыми или перевернутыми, 2. Расстояния - действительными или мнимыми, от предмета - увеличенными или уменьшенными. до линзы

> ПОСТРОЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ЛИНЗАХ 1. Луч, параллельный главной оптической оси, после прохождения через ПОСТРОЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ЛИНЗАХ 1. Луч, параллельный главной оптической оси, после прохождения через линзу, проходит через её фокус. 2. Луч, проходящий через оптический центр линзы, не преломляется. Такое изображение даёт объектив микроскопа окуляр микроскопа

>   АБЕРРАЦИИ ЛИНЗ - погрешности изображений получаемых с помощью линзы 1. Сферическая. АБЕРРАЦИИ ЛИНЗ - погрешности изображений получаемых с помощью линзы 1. Сферическая. Края линзы преломляют свет сильнее, чем её центр. В результате лучи, проходящие через край фокусируются ближе, чем те, которые проходят ближе к центру. Результат: изображение точки – размытое пятно. Метод устранения – Падающий свет - компенсационный (подбор монохроматический системы линз).

>2. Хроматическая. Фокус красных лучей (самые длинноволновые) в составе сложного белого света лежит дальше, 2. Хроматическая. Фокус красных лучей (самые длинноволновые) в составе сложного белого света лежит дальше, чем фокус фиолетовых (самые коротковолновые). Результат – неокрашенный объект, который освещается, становится окрашенным. Метод устранения – 1. компенсационный, 2. изготовление линз из Падающий свет - специальных материалов – полихроматический апохроматов.

>   ОПТИЧЕСКИЙ МИКРОСКОП Микроскоп – центрированная оптическая система, которую применяют для формирования ОПТИЧЕСКИЙ МИКРОСКОП Микроскоп – центрированная оптическая система, которую применяют для формирования увеличенных изображений наблюдаемых микроскопических объектов. В составе микроскопа - две короткофокусные собирающие линзы – объектив и окуляр. Объектив дает действительное, перевёрнутое изображение объекта (он должен находиться немного дальше от линзы, чем её передний фокус ). Окуляр позволяет рассматривать изображение, сформированное объективом, по принципу лупы. То есть изображение объектива должно попасть передним фокусом окуляра. Окуляр даёт увеличенное, прямое, мнимое изображение.

>Разрешающая способность микроскопа – способность давать чёткое изображение рассматриваемого объекта.    Предел Разрешающая способность микроскопа – способность давать чёткое изображение рассматриваемого объекта. Предел разрешения – минимальное расстояние между двумя точками , которые видны отдельно в микроскоп. Чем меньше предел, тем больше разрешающая способность микроскопа. Ограничен волновыми свойствами света (дифракцией). длина волны света, освещающего объект, показатель преломления среды, в которой находит рассматриваемый объект, апертурный угол микроскопа ( уг о л между двумя крайними лучами, попадающими от данной точки объекта в объектив микроскопа).

>В соответствие с формулой предела разрешения его можно уменьшить (тем самым увеличить разрешающую способность В соответствие с формулой предела разрешения его можно уменьшить (тем самым увеличить разрешающую способность микроскопа) путём: 1. уменьшения длины волны (освещение объекта Различают: ультрафиолетовыми или рентгеновскими волнами, а также 1. Общее увеличение электронами ). микроскопа (увеличение объектива, 2. увеличения показателя умноженное на увеличение окуляра). преломления среды , в котором находится объект 2. Полезное (иммерсионная микроскопия. увеличение Объект находится в кедровом микроскопа масле). (увеличение, дающее наиболее чёткое изображение объекта)

>В основе устройства и принципа действия электронного микроскопа – гипотеза Де Бройля, согласно которой В основе устройства и принципа действия электронного микроскопа – гипотеза Де Бройля, согласно которой электрон при своём движении представляет собой одновременно частицу и волну. Длина волны электрона: Электронный микроскоп Для Видимый свет (фиолетовый) Разрешающая способность электронного микроскопа намного выше, чем светового!

> ВОЛНОВАЯ ОПТИКА 1. Дифракция – отклонение света от прямолинейного распространения при прохождении через ВОЛНОВАЯ ОПТИКА 1. Дифракция – отклонение света от прямолинейного распространения при прохождении через узкие щели и сгибание светом препятствий, сопоставимых с длиной волны. 2. Интерференция – наложение когерентных световых волн, при котором наблюдается устойчивая картина их усиления и ослабления. Когерентные волны имеют одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз.

>3. Поляризация – выделение из светового пучка таких волн у которых колебания вектора напряжённости 3. Поляризация – выделение из светового пучка таких волн у которых колебания вектора напряжённости электрического поля осуществляется преимущественно в одной плоскости. Явление доказывает поперечный вид световой волны. Естественный Поляризованный свет Методы получения: Естественный свет – это свет, который образованный волнами, у которых колебания векторов напряжённости электрического поля осуществляется во всех плоскостях, которые можно провести через источник света (их бесконечное число).

> Поляризованный свет получают путём пропускания естественного света через кристаллические вещества,  имеющие свойство: Поляризованный свет получают путём пропускания естественного света через кристаллические вещества, имеющие свойство: а). анизотропии (двойного лучепреломления. Например, кварц) б). дихроизма (способность кристалла поглощать свет во всех плоскостях, а пропускать – в одной. Например, турмалин). Конструктивно устройства, поляризующие свет (поляризаторы) выполняют в форме: 1. Призм (Николь) 2. 2. Поляроидов – тонких целлулоидных плёнок, на которых в определённом порядке нанесены

>В медицине поляризованный свет применяют для определения концентрации оптически активных веществ.  Оптически активные В медицине поляризованный свет применяют для определения концентрации оптически активных веществ. Оптически активные вещества – это соединения, способные вращать (поворачивать вправо или влево) плоскость поляризации света. Примеры – сахара, аминокислоты, никотин, многие лекарственные препараты и др. R Левовращающие и L-изомер D-изомер правовращающие изомеры называют энантиомерами. Свойство живых организмов Свойство веществ накапливать один вид проявлять оптическую изомеров (левовращающие активность называют аминокислоты и хиральностью молекул. правовращающие сахара) – хиральностью живого.

>В ходе синтеза вещества получают рацемическую смесь (рацемат), в которой левовращающие и правовращающие его В ходе синтеза вещества получают рацемическую смесь (рацемат), в которой левовращающие и правовращающие его изомеры представлены в равных концентрациях. Рацемат НЕ обладает оптической активностью. L- и D- изомеры лекарственных препаратов могут оказывать различное действие на организм (талидомид, инсулин, морфин, адреналин и др. ) 15% лекарств – очищенные энантиомеры 2001 г. – Нобелевская премия по химии за работу «Ассиметричный биохимический синтез и зеркальный катализ» .

>  СХЕМА ПОЛЯРИМЕТРА   Поляризатор    Анализатор Источник света СХЕМА ПОЛЯРИМЕТРА Поляризатор Анализатор Источник света окуляр Кювета с раствором Закон Био: угол поворота анализатора удельное вращение (табличная величина для раствора данного вещества единичной концентрации толщина слоя оптически активного вещества (кюветы) концентрация вещества Сахариметр – поляриметр для определения сахара в моче

>СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!