- •Проверка законов освещённости, фотометрирование источников света.
- •Энергетические величины: мощность излучения, интенсивность излучения, энергетическая освещенность, энергетическая светимость, энергетическая яркость.
- •Фотометрические величины: световой поток, сила света, освещенность, светимость, яркость.
- •Законы освещенности. Закон Ламберта.
- •3. Соотношения между энергетическими и фотометрическими величинами. Кривая видности.
- •Методы измерения световых величин. Объективные и субъективные фотометры.
- •3. Связь фокусного расстояния с показателем преломления стекла и радиусами кривизны линзы. Оптическая сила линзы.
- •4. Поперечное увеличение линзы
- •6. Аберрации линз.
- •Лабораторная работа №3
- •Изучение микроскопа.
- •Определение показателя преломления стекла при помощи микроскопа
- •Вопросы для теоретической подготовки:
- •1. Глаз. Угол зрения.
- •2. Лупа. Ход лучей в лупе. Вывести формулу увеличения лупы.
- •3. Микроскоп. Ход лучей в микроскопе. Вывести формулу увеличения микроскопа
- •Числовая апертура объектива и разрешающая способность микроскопа
- •Показатель преломления. Его физический смысл.
- •Почему, камень лежащий на дне водоема камень, кажется ближе?
- •Основные законы геометрической оптики.
- •Измерение показателя преломления жидкостей рефрактометром Аббе и определение показателя преломления твердых тел.
- •Абсолютный и относительный показатели преломления вещества, их физический смысл.
- •Граничные условия для векторов электрического и магнитного полей волны. Вывод законов преломления и отражения света.
- •Отражение и преломление света на границе двух однородных прозрачных диэлектриков
- •Вывод формул Френеля для отраженного и преломленного света. Угол Брюстера.
- •Полное внутреннее отражение. Наблюдение проникновения света во вторую среду при полном внутреннем отражении. Световоды.
- •Полное внутреннее отражение.
- •Применения явления полного внутреннего отражения.
- •Рефракторетр Аббе, устройство и его работа. Призма Амичи.
- •Принцип работы рефрактометра
- •Призма прямого зрения - призма Амичи.
- •Оптическая схема рефрактометра.
- •Методика работы с рефрактометром ирф-23.
- •Фазовая и групповая скорость волны, формула Рэлея.
- •Распространение электромагнитной волны. Фазовая и групповая скорости Фазовая скорость.
- •Групповая скорость.
- •Лабораторная работа № 5 Определение дисперсии стеклянных призм с помощью гониометра Вопросы для теоретической подготовки:
- •1. Вывести соотношение для угла наименьшего отклонения луча в призме.
- •2. Устройство гониометра и принципы измерения преломляющих углов и углов наименьшего отклонения стеклянных призм.
- •3. В чем состоит явление дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсия. Электронная теория дисперсии (с выводом).
- •4. Разрешающая сила призмы.
Лабораторная Работа № 1
Проверка законов освещённости, фотометрирование источников света.
В опросы для теоретической подготовки:
Энергетические величины: мощность излучения, интенсивность излучения, энергетическая освещенность, энергетическая светимость, энергетическая яркость.
Энергетические величины |
Фотометрические или световые величины |
Мощность излучения или лучистый поток (Вт) |
Световой поток (лм) |
Интенсивность излучения или лучистость (Вт/ср) |
Сила света (кд) |
Энергетическая освещенность или облученность (Вт/м2) |
Освещенность (лк) |
Энергетическая светимость или излучательность (Вт/м2) |
Светимость (лм/м2) |
Энергетическая яркость (Вт/м2.ср) |
Яркость (кд/м2) |
Фотометрические величины: световой поток, сила света, освещенность, светимость, яркость.
С ветовой поток. Понятие светового потока вводится аналогично потоку энергии. Под потоком энергии через некоторую поверхность понимается количество энергии, прошедшей через данную поверхность в единицу времени. В случае света вместо понятия потока энергии вводится аналогичное понятие - световой поток. Таким образом, под световым потоком понимается количество световой энергии, прошедшей через данную поверхность в единицу времени. Как и поток энергии, световой поток можно измерять в ваттах. Однако, как увидим позднее в этой же главе, световой поток принято измерять в специальных единицах, называемых люменами.
Рассмотрим идеализированный случай – излучение точечного источника (конечное количество энергии излучается с конечного элемента поверхности протяжённого источника в конечный телесный угол) в однородной изотропной среде. Точечным называется источник, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до точки наблюдения. Световая энергия в рассматриваемом случае будет распространяться по прямым линиям, исходящим из точеного источника: поверхность волны, распространяющейся от точечного источника в однородной изотропной среде, будет сферической.
Количество световой энергии, проходящей через некоторую поверхность площадью dσ за время t, обозначим через dW. Для экспериментального определения dW поверхность dσ можно сделать абсолютно чёрной и определить количество выделенной на этой поверхности теплоты. По определению, отношение dW / t даст поток световой энергии через поверхность dσ. Прошедшая через поверхность dσ энергия распространяется в пределах телесного угла dΩ, величина которого равна
(1.1)
где φ есть угол между осью конуса и внешней нормалью к поверхности dσ, r – расстояние точечного источника до поверхности dσ (рис. 1.1).
Зная поток световой энергии dΦ, распространяющийся в телесном угле dΩ, можно определить суммарный поток Φ, излучаемый данным точечным источником по всем направлениям:
(1.2)
где интегрирование производится по произвольной замкнутой поверхности, окружающей точечный источник.
В основе принципа действия многих приборов (глаз, фотоаппарат, фотоэлементы и т.д.) лежит регистрация светового потока.
Сила света. Часто возникает необходимость определить величину светового потока, излучаемого в единичный телесный угол. С этой целью для точечного источника вводится фотометрическое понятие силы света. Под силой света понимается величина светового потока, излучаемого точечным источником в единичном телесном угле. Если в телесном угле dΩ излучается световой поток dΦ, то сила света в данном направлении будет:
(1.3)
В общем случае сила света есть величина, зависящая от направления. Источники в этом случае называются анизотропными. В случае, если сила света не зависит от направления, источники называются изотропными. Очевидно, что для изотропных источников сила света определяется так:
(1.4)
Рассмотрим общий случай. Пусть сила света зависит от направления излучения. Будем пользоваться полярной системой координат. Точечный источник света расположим в начале координат. Направление будет характеризоваться широтой φ, которая изменяется от нуля до π, и долготой θ, которая изменяется от нуля до 2π. Тогда сила света определяется как I=I (θ, φ). Как следует из рис. 1.2 (на рисунке принят r = 1),
dΩ = sinφ dφ dθ . (1.5)
Так как
dΦ = I(θ, φ)dΩ , (1.6)
то
(1.7)
Зная зависимость силы света от направляющих углов θ и φ, можно вычислить Ф. В частности, если источник изотропный [I(θ, φ) = I = const], имеем
Ф = 4πI0. (1.8)
Оставляя постоянной мощность излучения, можно увеличить силу света в одном направлении. В качестве примера можно привести прожектор, где с помощью сферических зеркал из-за перераспределения светового потока резко увеличивается сила света в направлении вдоль оси прожектора и сводится к нулю ее величина в остальных направлениях.
Я ркость. Как отмечалось выше, излучение точечного источника в данном направлении характеризуется силой света. С целью аналогичной характеристики протяжённого источника
вводится понятие силы света характеризуется силой света единицы видимой поверхности — яркость.
Рассмотрим излучение некоторой поверхности площадью dσ. Выделим излучение этой поверхности в телесном угле dΩ (рис. 1.3). Угол между осью выделенного светового пучка и внешней нормалью к поверхности dσ обозначим через φ. Определим световой поток dΦ,излучаемый данной поверхностью dσ под телесным углом dΩ. Искомый световой поток будет пропорционален величине телесного угла, под которым излучается свет, и видимой площади светящейся поверхности (dσ ∙ cosφ), т.е.
d2Φ = BφdΩdσ∙cosφ, (1.9)
где Вφ — коэффициент пропорциональности, характеризующий светящуюся поверхность и зависящий от угла φ. Этот коэффициент называется яркостью поверхности в направлении φ и определяется согласно формуле (1.9):
(1.10)
Следовательно, яркость в данном направлении определяется величиной светового потока, излучаемого с единицы видимой в данном направлении поверхности в единицу телесного угла. Другими словами, она численно равна силе света в данном направлении, создаваемой единицей площади видимой поверхности источника. Под видимой площадью светящейся поверхности понимается проекция площади светящейся поверхности dσ в направлении, перпендикулярном оси пучка.