Преломление света. Законы преломления света. Показатель преломления вещества. Полное отражение.
Преломление света- явление, при котором луч света, переходя из одной среды в другую, изменяет направление на границе этих сред.
Падающий
и преломленный лучи и перпендикуляр,
проведенный к границе раздела двух сред
в точке падения луча, лежат в одной
плоскости. Отношение синуса угла падения
к синусу угла преломления есть величина
постоянная для двух сред:
,
где α — угол
падения,
β — угол
преломления,
n — постоянная
величина, не зависящая от угла падения.
При изменении угла падения изменяется и угол преломления. Чем больше угол падения, тем больше угол преломления. Если свет идет из среды оптически менее плотной в более плотную среду, то угол преломления всегда меньше угла падения: β < α. Луч света, направленный перпендикулярно к границе раздела двух сред, проходит из одной среды в другую без преломления.
Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред:
|
Показатель
преломления вещества
-величина, равная отношению фазовых
скоростей света (электромагнитных
волн)
в вакууме и
в данной среде 
.
Первый закон преломления- Луч, падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения луча, лежит в одной плоскости.
Второй закон преломления- Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления- величина постоянная для двух сред.
,где
относительный
показатель преломления.(показатель
преломления второй среды относительно
первой).
Третий закон преломления-Лучи обратимы. При переходе из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, угол преломления больше угла падения.
Абсолютный показатель преломления- постоянная величина, равная отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй.
n=V1/V2
Полное Отражение
Рассмотрим прохождение света из среды оптически более плотной в среду менее плотную (рис. 85). При этом может наблюдаться явление, при котором луч, падающий на границу раздела двух сред, полностью отражается, не проникая во вторую среду. Это явление называется полным отражением.
Угол падения, при котором преломленный луч идет по границе раздела двух сред (угол преломления равен 90 °), называется предельным углом полного отражения:
Рефракто́метр — прибор, измеряющий показатель преломления света в среде.
В офтальмологии определяют преломляющую силу глаза человека, что используется врачами для диагностики таких заболеваний, как близорукость, дальнозоркость и астигматизм.
Очень распространено использование этих приборов в медицине, с их помощью в лабораториях определяют процент белка, содержащийся в сыворотке крови, плотность мочи, а также делают специальный анализ на выявление субретинальной жидкости глаза. В научной медицине, граничащей с фармакологией, при помощи рефрактометров производят выявление процента концентрации лекарственных средств.
Линзы. Формула тонкой линзы. Оптическая силы линзы и единица её измерения. Аберрации одиночных линз и способы их устранения.
Линза- прозрачное для света тело, ограниченное выпуклыми и вогнутыми поверхностями.
Оптическая сила линзы- величина,, обратная фокусному расстоянию линзы.
Фокусное расстояние линзы- расстояние от линзы до точки фокуса.
Оптическая сила линзы D=1/F
Единица измерения- 1 Дптр (диоптрия). 1 Дптр=1/м.
формулой тонкой линзы(открытой Исааком Барроу):
Формула тонкой линзы связывает между собой 3 величины:
Р
асстояние
от предмета до линзы.d
Расстояние от линзы до изображения f
Фокусное расстояние линзы F
Линзы- собирающие и рассеивающие.
Собирающие (положительные)-оптическая сила больше нуля. Фокус -действительный. Лучи света после прохождения такой линзы собираются в одной точке.
Рассеивающие Линзы- (отрицательная)-опт. Сила меньше нуля. Фокус – мнимый. В одной точке (фокусе) сходятся продолжения лучей. Рассеивающая линза при любых расстояниях от предмета до изображения даёт уменьшенное, мнимое. прямое изображение.
Искажение изображения, вызванное недостатками оптической системы, называется аберрацией. Аберрации оптических систем бывают физические и геометрические. Физическая аберрация – хроматическая. Геометрические аберрации – сферическая, кома, астигматизм, кривизна поля и дисторсия.
|
Рисунок 2.2.3.1. Хроматическая аберрация создает радужный ореол вокруг звезды |
Хроматическая аберрация полностью отсутствует в зеркальных системах.
Сферическая аберрация возникает из-за того, что лучи света, параллельные главной оптической оси объектива, падая на сферическую поверхность линзы или зеркала, после преломления или отражения пересекаются не в одной точке. Края объектива строят изображение ближе к объективу, а центральная часть – дальше. В результате изображение имеет в фокальной плоскости нерезкий вид.
В рефракторах сферическая аберрация совместно с хроматической аберрацией устраняется подбором линз. В рефлекторах зеркалу придают не сферическую, а параболическую форму. Система, в которой сферическая аберрация исправлена, называется стигматичной.
Астигматизм заключается в растягивании точечного изображения в черточку. Лучи света от объекта, идущие в разных плоскостях, не могут сфокусироваться на одной плоскости изображения. Размер астигматического изображения растет пропорционально квадрату углового расстояния звезды от центра оптической системы. Оптические системы, в которых исправлен астигматизм, называются анастигматическими.
Наконец, дисторсия связана с искажением масштабов изображения. Изображение звезды собирается в одну точку, но эта точка не совпадает с изображением звезды в идеальном телескопе. Из-за этого изображение квадрата будет иметь вид либо подушки, либо бочки. Оптические системы, свободные от дисторсии, называются ортоскопическими