Список литературы Основная

1. Грабовский Р.И. Курс физики. –СПб.; Издательство «Лань», 2002.-608с

2. Пронин В.П. – краткий курс физики. Саратов. СГАУ. 2007 г., 200с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: «Высшая школа». 2003г

Дополнительная

1.Рогачев Н.М. Курс физики. Учебное пособие// С.-Петербург: Издательство «Лань», 2010г.- 448с. 1000 экз.

2.Трофимова Т.И.Физика в таблицах.. М.: «Высшая школа». 2008г

Лекция 8

8.Оптика.

8.1 Элементы геометрической оптики

В соответствии с современными представлениями свет – сложный электромагнитный процесс, обладающий как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Некоторые являения – интерференция, дифракция, поляризация хорошо объясняются на основе волновых представлений, а другие (фотоэффект, люминесценция, давление света, тепловое излучение и поглощение) – на основе квантовых.

Световые волны, электромагнитное излучение. Они имеют частоту (4-7,5)10¹⁴Гц..

Гц. НЧ Радио УВЧ ИК Свет УФ Рентген  - излучение

3104 310¹⁰ 310¹² 410¹⁴ – 7,510¹⁴ 310¹⁶ 310¹⁹ 

Волновой процесс – распространение колебаний в пространстве (рис.61)

Электромагнитные волны поперечные. В общем случае уравнение волны имеет вид

х_с = А sin (t-), (131)

где  - время распространения колебаний от 0 до точки С ( = х/с, =сТ = с/v,  = 2v = 2/Т, с =/Т).

Рис.61

Для компонентов электрического и магнитного поля можно записать

Е = Е_м Sin (t - 2x /);

Н = Н_мSin (t - 2x /). (132)

Фронтом волны называется поверхность, до которой одновременно доходят волны от источника.

В основе волновых явлений оптики лежит принцип Гюйгенса-Френенля: каждая точка фронта волны является источником вторичных когерентных волн.

Когерентными называются волны одинаковой длины, имеющие постоянную во времени разность фаз.

Скорость распространения света в любой среде меньше скорости света в вакууме.

Среда называется оптически однородной, если в ней скорость распространения света и более плотной, если скорость меньше, чем в другой среде – менее плотной.

Оптику условно можно разделить на три части – геометрическую, волновую и квантовую.

8.2 Отражение и преломление света

На границу раздела двух оптически однородных сред, скорости света в которых с₁ и с₂ <с₀ падает плоская волна под углом  к перпендикуляру, восстановленному из точки падения луча (рис.62). В точку В свет приходит

Рис.62

позднее, чем в точку О на время t= АВ/с₁. За это время из точки О распространяется сферическая волна r₁ =c₁t = АВ. Во второй среде с₂ с₁, поэтому и r₂ r₁. r₂ = с₂t =Аbc₂/c₁.

Из  ОВD =  АОВ имеем =.

Таким образом – падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным из точки падения.

Угол падения равен углу отражения (закон отражения)

Далее r₁ /r₂ = c₁/c₂ = АВ/ОЕ. АВ = ОВSin , OE = ОВSin

,

где  - угол преломления.

Падающий и преломленный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным к границе раздела в точку падения. Отношение синуса угла падения к синуса угла преломления равно отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде – закон преломления).

Если  = 0, то и  = 0, но c₁/c₂  0.

Обозначим c/c₁ = n₁ и c/c₂ = n₂ – показатели преломления соответственно первой и второй сред. Так как с₁ = c₁/n₁ и с₂ = c/n₂, то c₁/c₂= n₁/n₂ = n_2,1 и закон преломления запишется

, (133)

n_2,1 - относительный показатель преломления второй среды по сравнению с первой.

Если n₂  n₁ , то вторая среда называется оптически более плотной, чем первая.

При переходе света из оптически более плотной среды в менее плотную (рис.63), например из стекла в воду, согласно формуле (3)  и при некотором значении =А=90⁰. То есть преломленный луч скользит вдоль границы раздела сред. <=<А – предельный угол падения. При <<А свет полностью отражается в первую среду. Это явление называется полным внутренним отражением света

Рис.63

, . (134)

Пользуясь этими соотношениями можно определить относительный показатель преломления двух сред, измеряя предельный угол падения. Явление полного внутреннего отражения используется в рефрактометрах – приборах для измерения относительного показателя преломления жидкостей и волоконной оптике, и часто наблюдается в природе.