1 КУРС (Лекции по оптике и электричеству и магнетизму) / Lektsia_9_pdf-77762392

Крахалев М.Н.

Рекомендуемая литература:

1.Савельев И.В. Курс общей физики в 3-х томах. Т. III.

Оптика, атомная физика, физика атомного ядра и

элементарных частиц.

2.Ландсберг Г.С. Оптика.

3.Бондарев Б.В., Калашников Н.П., Спирин Г.Г. Курс

общей физики. В 3-х кн. Кн. 2. Электромагнетизм.

Оптика. Квантовая физика.

4.Сивухин Д.В. Общий курс физики в 5-и томах. Т. IV.

Оптика.

Крахалев М.Н.

План лекции №9

TВведение.

TСвет как волна. Шкала электромагнитных волн.

TСветовые явления. Измерение света.

TОсновные законы геометрической оптики. Световой луч.

TОптическое изображение. Плоское зеркало, тонкая линза.

TОптические приборы: лупа, микроскоп, телескоп.

TРаспространение света в неоднородных средах.

Введение.

Крахалев М.Н.

Оптика (физическая оптика) – раздел физики, изучающий свойства и физическую природу света, его распространение в различных средах и взаимодействие с веществом, а так же способы генерации и регистрации света.

Современная оптика подразделяется на:

Геометрическая оптика – не рассматривая вопроса о природе света, исходит из эмпирических законов его распространения и использует представление о распространяющихся независимо друг от друга световых лучах, преломляющихся и отражающихся на границе сред с разными оптическими свойствами и прямолинейных в оптически однородных средах. Наиболее важное значение геометрическая оптика имеет для расчета и конструирования оптических приборов.

Волновая оптика – раздел физической оптики, изучающий явления, в которых проявляется волновая природа света. В рамках волновой оптики объясняются такие явления как интерференция, дифракция, поляризация света, распространение света в анизотропных средах и т.п. Ее основанием служат уравнения Максвелла.

Введение.

Крахалев М.Н.

Фотометрия – раздел физической оптики, в котором рассматриваются энергетические характеристики светового излучения в процессах его испускания, распространения и взаимодействия с веществом. Ряд задач фотометрии решается с учетом особенностей и закономерностей восприятия света человеческим глазом (физиологическая оптика).

Кристалло- и металлооптика – раздел физической оптики, изучающий связь диэлектрической и магнитной проницаемостей с молекулярной и кристаллической структурой вещества. Здесь находят объяснение оптические явления в рассеивающих и анизотропных средах, вблизи границы разделов сред с различными оптическими свойствами, зависимость оптических свойств среды от длинны волны света (дисперсия), влияния на них давления, температуры, электрических и магнитных полей и пр.

Нелинейная оптика – раздел физической оптики, изучающий зависимость оптических явлений от интенсивности световых потоков.

Квантовая оптика – раздел физической оптики, изучающий явления, в которых при взаимодействии света и вещества проявляются квантовые свойства атомов и молекул, а так же квантовая природа света (испускание и поглощение света, фотоэлектрические эффекты).

Введение.

Крахалев М.Н.

Основные законы оптики:

Сдавних времен известны четыре основных закона оптических явлений:

1.Закон прямолинейного распространения света: в однородной среде свет распространяется прямолинейно. Это вытекает из того, что непрозрачные предметы при освещении их источниками малых размеров дают тени с резко очерченными границами.

2.Закон независимости световых лучей: при пересечении световых лучей они не возмущают друг друга. Пересечения лучей не мешают каждому из них распространятся независимо друг от друга.

3.Закон отражения: отраженный луч лежит в

одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке падения. Угол отражения равен углу падения.

4. Закон преломления: преломленный луч лежит в плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке падения. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных веществ:

Величина n12 называется относительным показателем преломления второго вещества по отношению к первому.

Введение.

Крахалев М.Н.

Природа света.

Корпускулярная теория света: свет состоит из мельчайших частиц, или корпускул, испускаемых светящимися телами (Пифагор, Ньютон, и др.).

С этой точки зрения прямолинейное распространение света сводится к закону инерции.

Для истолкования закона независимости световых пучков предполагалось, что средние расстояния между корпускулами в световых пучках настолько велики, что корпускулы практически не взаимодействуют между собой; случаи сближения, в которых проявляется такое взаимодействие, крайне редки и при существующей точности эксперимента ускользают от наблюдения.

Отражение и преломление света корпускулярная теория объясняла силами притяжения и отталкивания, действующими на световые корпускулы в очень тонком приграничном слое вблизи границы раздела сред, на которую падает свет. Внутри приграничного слоя путь световой корпускулы искривляется, по выходе из него корпускула движется снова прямолинейно и равномерно, но уже в другом направлении. Если корпускула отражается, то она возвращается в первую среду с прежним значением скорости. Если же корпускула проходит во вторую среду, то величина ее скорости изменяется. Ввиду тонкости приграничного слоя явление воспринимается так, как если бы на границе сред происходил резкий излом траектории корпускулы.

Введение.

Крахалев М.Н.

Природа света (продолжение):

Волновая теория света: свет представляет собой волны, распространяющиеся в гипотетической всепроникающей среде (мировом или световом эфире), заполняющей все мировое пространство и промежутки между мельчайшими частицами тел (Декарт, Гук, Гюйгенс, и др.).

Если колебания частиц эфира малы, то уравнения, описывающие распространение волн, будут линейны и однородны. В этом случае справедлив принцип суперпозиции волн, являющийся в волновой теории математическим выражением закона независимости световых пучков.

Для объяснения прямолинейного распространения света Гюйгенс применил принцип, названный позднее его именем. Принцип Гюйгенса: каждая точка волнового возмущения является источником сферических волн, распространяющихся от нее во все стороны. (вторичные или элементарные волны Гюйгенса). Результирующее волновое возмущение можно рассматривать как наложение вторичных волн. Далее Гюйгенс предположил, что отдельные вторичные волны слишком слабы и заметное световое действие они производят только на их огибающей.

Используя принцип Гюйгенса можно легко объяснить явления отражения и преломления света.

Волновой фронт – поверхность, до которой дошло световое возмущение. Точечный источник S,

расположенный перед непрозрачным экраном с отверстием AB излучает сферическую волну. Огибающая всех вторичных волн, испускаемых участком ACB, оборвется на краях сферического участка A1B1, за пределы которого проникнут только отдельные вторичные волны, действие которых пренебрежимо мало, поэтому волновой фронт возмущения ограничится только сферическим участком A1B1.