Основные законы геометрической оптики.

При падении света на границу раздела двух сред часть света отражается в первую среду, а часть проходит во вторую среду, если она прозрачна, изме­няя при этом направление своего распространения, т. е. преломляется.

Закон прямолинейного распространения света: в однородной среде свет распространяется прямолинейно, световой луч представляет собой прямую линию; однако при малых отверстиях наблюдаются отклонения от этого закона вследствие явления дифракции.

Закон отражения. Угол падения равен углу отражения ( =  ). Падающий луч AO, отраженный луч OB и перпендикуляр OC, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости (рис. 1); однако от разных поверхностей свет отражается по-разному. Существуют следующие виды отражения: зеркальное и диффузное.

Законы преломления. Луч падающий AO и преломленный OB лежат в одной плоскости с пер­пендикуляром CD, проведенным в точке падения лу­ча к плоскости раздела двух сред (рис. 2). Отноше­ние синусов угла падения  и угла преломления  постоянно для данных двух сред и называется пока­зателем преломления второй среды по отношению к первой: n = sin() / sin(). При переходе световой волны из оптически более плотной в оптически менее плотную среду угол падения не может превышать предельного значения _пр , т.к. синус угла >= 1, иначе при  > _пр световой луч будет полностью отражаться. Явление, при котором световое излучение полностью отражается от поверхности раздела двух сред, называется полным внутренним отражением.

Законы отражения света учитываются при построении изоб­ра­же­ния предмета в зеркалах (плоском, вогнутом и выпуклом) и проявляются в зер­кальном отражении в перископах, в прожекторах, автомобильных фарах и во многих других технических устройствах. Законы преломления света учитываются при построении изображения во всевозможных линзах, призмах и их совокупности (микроскоп, телескоп), а также в оптических приборах (бинокли, спектральные аппараты, фотоаппараты и проекционные аппараты).

Рис.1

Рис.2

Вывод формулы тонкой линзы.

Прозрачные тела, ограниченные двумя сфери­ческими поверхностями, называются линзами. Выпуклые линзы, у которых середина толще, чем края, являются собирающими (рис. 1а), а вогнутые линзы, у которых середина тоньше, чем края, являются рассеивающими (рис. 1б). Прямая, проходящая через центры C₁ и C₂ сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называется главной оптической осью линзы (рис. 3). Если направить на линзу пучок лучей, параллельных оптической оси, то после двойного преломления они собираются в одной точке, называемой фокусом линзы F (рис. 4а). OF - фокусное расстояние линзы. Фокус рассеи­вающей линзы мнимый (рис. 4б). Линзы, толщина которых пренебрежимо мала по сравнению с радиусами кривизны поверхностей, называют тонкими.

Рис.4а

Рис.4б

Рис.3

От положения предмета по отношению к линзе зависит его изображение. Если предмет находится на расстоянии F<d <2F, то изображение действительное, увеличенное, обратное; если 2F<d, то изобра­жение действительное, уменьшенное, обратное; d<F, то изображение мнимое, прямое, увеличенное, где d - расстояние от предмета до линзы. Например, для фотоаппарата d>2F. Линзы являются главными частями оптиче­ских приборов, глаза, лупы, фотоаппарата, микро­скопа и т. д

d - расстояние между предметом и линзой

F – главное фокусное расстояние

f – расстояние от центра линзы до изображения

h – размер предмета

H – размер изображения

BAO ~ B`A`O => => H = .

COF ~ B`A`F => => .

Отсюда - линейное увеличение.

=> => ; - при d > F.

Аналогично выводится при d < F: .

Оптика. Учение о свете.

Свет - электромагнитное излучение, обладающее волновыми и квантовыми свойствами.

Квант – частица (корпускула).

Волновые свойства.

Свет - поперечная электромагнитная волна ( ).

, E₀,H₀ - амплитудные значения, - круговая циклическая частота, - частота.

Рис.1.

V - скорость распространения волны в данной среде. V=C/n, где C- скорость света (в вакууме C=3*10⁸ м/с), n- показатель преломления среды (зависит от свойств среды).

, - диэлектрическая проницаемость, - магнитная проницаемость.

- фаза волны.

Ощущению свет обязаны электромагнитной составляющей волны ( ).

Рис.2.

- длина волны, равна пути, пройденному волной за период ( ; ).

Диапазон видимой части света: =0,4 0,75 мкм.

;

4000 - короткий (фиолетовый); 7500 – длинный (красный).

Три явления:

1. Интерференция.

2. Дифракция.

3. Поляризация.

Квантовые свойства света.

С точки зрения квантовой теории свет испускается, распространяется и поглощается отдельными порциями – квантами.

1905г. Эйнштейн назвал световой квант фотоном.

Характеристики фотона.

1. Масса.

; m₀- масса покоя.

Если m₀ 0 (фотона) , то т.к. V=C, m= – чушь, следовательно m₀=0 – движущийся фотон. Следовательно, свет остановить нельзя.

Поэтому масса фотона должна рассчитываться из релятивистской формулы для энергии. E=mC², m=E/C².

2. Энергия фотона. E=mC².

В 1900 Макс Планк – немецкий физик выводит для энергии фотона следующую формулу: .

h=6,62*10^-34 Дж*с - постоянная Планка.