Астахов Физика. Конспект лекций и задач для 8 класса 2011

в) область, ограниченная этими прямыми и зеркалом, является областью, в которой можно видеть изображение точечного источника света (область CABD).

Преломление света

Преломление света — изменение направления распространения света при его прохождении через поверхность раздела двух оптически разнородных сред.

Угол преломления — угол между преломленным лучом и перпендикуляром, восстановленным к поверхности раздела двух сред в точке падения луча.

Абсолютный показатель преломления

где скорость света в вакууме (газовой среде, давление которой значительно меньше атмосферного) с = 3 108 м/с, vср — скорость света в веществе.

Относительный показатель преломления второй среды относительно первой

где n1 — абсолютный показатель преломления 1-й среды, n2 — абсолютный показатель преломления 2-й среды.

первая (n2 > n1), то угол преломления луча будет меньше угла паде52

ния (α2 < α1, см. рис.11.5), если менее плотной, то угол преломления луча будет больше угла падения (α2 > α1).

Закон преломления

Лучи падающий, преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча к поверхности раздела двух сред, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения луча в 1-й среде к синусу угла преломления во 2-й среде равно относительному показателю преломления 2-й среды относительно 1-й среды:

где ni — абсолютный показатель преломления i-й среды, αi — угол между лучом света в i-й среде и перпендикуляром, восстановленным к границе раздела двух сред в точке преломления луча.

Линзы — прозрачные тела, ограниченные двумя сферическими поверхностями или сферической и плоской поверхностями.

Собирающая линза — линза, после прохождения которой параллельный пучок лучей становится собирающимся гомоцентрическим пучком.

Рассеивающая линза — линза, после прохождения которой параллельный пучок лучей становится расходящимся гомоцентрическим пучком.

Тонкая линза — линза, наибольшая толщина которой много меньше минимального радиуса сферической поверхности линзы.

Вершины сферических сегментов тонкой линзы расположены настолько близко друг к другу, что они принимаются за одну точ-

ку. Эта точка называется оптическим центром тонкой линзы.

При прохождении оптического центра линзы лучи света не преломляются.

Главная оптическая ось линзы — прямая, проходящая через центры сфер, ограничивающих линзу, и оптический центр линзы.

53

Фокус линзы — точка пересечения параллельного пучка лучей (или их продолжений) после преломления в линзе.

Главный фокус линзы F — фокус линзы, в котором пересекаются лучи, параллельные главной оптической оси линзы.

Фокусное расстояние линзы F — расстояние от оптического центра линзы до главного фокуса линзы.

Увеличение (поперечное) линзы Г — отношение попереч-

ных размеров изображения и предмета:

где d — расстояние от линзы до источника света (предмета); f — расстояние то линзы до изображения; F — фокусное расстояние линзы; если источник света, его изображение и фокус линзы (рассеивающей) мнимые, то d, f и F, соответственно, умножаются на минус единицу.

Оптическая сила линзы D — величина, обратная фокусному расстоянию линзы:

Единица оптической силы — диоптрия: [D] = дптр = м−1. Оптическая сила собирающей линзы положительна (D > 0),

рассеивающей линзы — отрицательна (D < 0).

Для построения изображения точечного источника света в линзе необходимо использовать не менее двух лучей (изображаемых на чертеже отрезками прямых). Первый луч (рис. 11.6,а) проводится от точечного источника света (S1) через центр линзы (он проходит линзу без преломления), второй луч проводится от точечного источника света до линзы параллельно главной оптической оси, после собирающей линзы — через главный фокус F (лучи, па-

54

раллельные главной оптической оси можно считать лучами от бесконечно удаленного источника света). Точка пересечения этих двух лучей дает действительное изображение (S2) точечного источника света. Если линза рассеивающая (рис. 11.6,б), то второй луч после линзы проводится так, чтобы его продолжение (противоположно ходу луча) проходило через передний главный фокус F (называемый в этом случае мнимым). Точка пересечения первого луча и продолжение второго дает мнимое изображение ( S′2 ) точечного

источника света.

На рис. 11.6 показан предмет S1C1, его изображения — действительное S2С2 в собирающей линзе АВ (рис. 11.6,а) и мнимое S′2C′2 в рассеивающей линзе АВ (рис. 11.6,б); прямые О1О2 — глав-

ные оптические оси линз.

Изображения точечных источников света, расположенных на главных оптических осях можно построить с использованием побочных оптических осей.

Побочная оптическая ось линзы — прямая, проходящая через оптический центр линзы под некоторым углом (не равном нулю) к главной оптической оси.

Побочный фокус линзы — фокус линзы, в котором пересекаются лучи, параллельные побочной оптической оси линзы.

Фокальная плоскость — плоскость, в которой находятся побочные фокусы.

Фокальная плоскость перпендикулярна главной оптической оси линзы.

55

На рис. 11.7 показаны, построенные с использованием побочных оптических осей, точечный источник света S1, его изображения — действительное S2 в собирающей линзе АВ (рис. 11.7,а) и мнимое S′2 в рассеивающей линзе CD (рис. 11.7,б); прямые О1О2 —

главные оптические оси линз, прямые О1пО2п — побочные оптические оси, Fп — побочные фокусы.

Фотоаппарат — оптический прибор, предназначенный для получения изображения (уменьшенного действительного) различных объектов на светочувствительных пластинках или пленках.

рых образуется изображение предмета А1В1, размещена у задней стенки камеры вблизи фокальной плоскости объектива.

56

Приложение 2

Единицы физических величин

Международная система единиц имеет сокращенное название

SI (от начальных букв Systeme International d′Units) или в рус-

ской транскрипции СИ.

57

Она построена (1960 1983 г.) на семи основных и двух дополнительных единицах. Часть основных и дополнительных единиц приведены в табл. П2.1

Метр равен длине пути, проходимого светом в вакууме за промежуток времени 1/299 792 458 с (1983 г).

При таком определении метра скорость света в вакууме равна точно 299 792 458 м/с.

Первоначально (1791 г.) метр определялся как одна десятимиллионная часть четверти земного меридиана, после измерения которого был изготовлен прототип метра.

Килограмм равен массе международного прототипа килограмма, который хранится в Международной палате мер и весов в г. Севре, Франция.

Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133, не возмущенного внешними полями.

Первоначально (1791 г.) секунда определялась как 1/86400 часть средних солнечных суток.

Радиан равен углу между двумя радиусами окружности, длина дуги между которыми равна радиусу.

Производные единицы

Производная единица образуется согласно уравнению, связы-

58

вающему данную физическую величину с другими физическими величинами, единицы которых известны.

Таким образом, производная единица физической величины представляет собой произведение основных и дополнительных единиц, возведенных в некоторые (соответствующие определяющему уравнению) целочисленные степени, которые могут быть положительными, отрицательными или равными нулю.

Например, единица скорости согласно уравнению (1.11) — метр в секунду (м/с).

Применяются также внесистемные единицы, часть из которых приведены в табл. П2.1.

59

Приложение 3

Система координат

Прямолинейная координатная ось Ox (Oy,Oz) — прямая линия с выбранными положительным направлением (отмечается стрелкой), началом отсчета и единичным отрезком (масштабом).

Начало отсчёта — любая точка (обозначается буквой О), принадлежащая оси. Точка О делит ось на положительную (вдоль

рис. П3.1а);

б) длине L отрезка между началом отсчета и данной точкой,

рис. П3.1б).

Прямоугольная (декартова) система координат на плоскости

— система, состоящая из двух взаимно перпендикулярных прямолинейных координатных осей. Точка пересечения осей называется началом координат и обозначается буквой О.

На рис. П3.2 представлена система прямоугольных координат xOy. Ось Ox называется также осью абсцисс, ось Oy — осью орди-

нат.

Проекция точки на ось — точка пересечения перпендикуляра,

60