Основные экспериментальные законы геометрической оптики. Принцип Гюйгенса и объяснение законов отражения и преломления света.
Основные
законы геометрической оптики были
известны задолго до установления
физической природы света. Закон
прямолинейного распространения света:
в оптически однородной среде свет
распространяется прямолинейно. Опытным
доказательством этого закона могут
служить резкие тени, отбрасываемые
непрозрачными телами при освещении
светом источника достаточно малых
размеров. Закон
отражения света: падающий
и отраженный лучи, а также перпендикуляр
к границе раздела двух сред, восстановленный
в точке падения луча, лежат в одной
плоскости (плоскость
падения).
Угол отражения γ равен углу падения
α. Закон
преломления света: падающий
и преломленный лучи, а также перпендикуляр
к границе раздела двух сред, восстановленный
в точке падения луча, лежат в одной
плоскости. Отношение синуса угла падения
α к синусу угла преломления β есть
величина, постоянная для двух данных
сред:
.
Среду с меньшим абсолютным показателем
преломления называют оптически менее
плотной. При переходе света из оптически
более плотной среды в оптически менее
плотную n2 < n1 (например, из стекла
в воздух) можно наблюдать явление полного
отражения,
то есть исчезновение преломленного
луча. Это явление наблюдается при углах
падения, превышающих некоторый критический
угол αпр, который называется предельным
углом полного внутреннего отражения
Принцип Гюйгенса — Френеля — основной постулат волновой теории, описывающий и объясняющий механизм распространения волн, в частности, световых.
Принцип Гюйгенса — Френеля формулируется следующим образом: Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать, как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн.
Принцип Ферма и объяснение законов отражения и преломления света. Прохождение света через плоскопараллельную пластинку и призму.
При́нцип Ферма́ (принцип наименьшего времени Ферма) в геометрической оптике — постулат, предписывающий лучу света двигаться из начальной точки в конечную точку по пути, минимизирующему (реже — максимизирующему) время движения. В более точной формулировке: свет выбирает один путь из множества близлежащих, требующих почти одинакового времени для прохождения; другими словами, любое малое изменение этого пути не приводит в первом порядке к изменению времени прохождения.
Прохождение света через плоскопараллельную пластинку. При прохождении света сквозь плоскопараллельную пластинку луч дважды пересекает границу двух оптических сред воздух - стекло и стекло - воздух (рис. 5, б). Пройдя первую границу, луч отклонится вниз, а при выходе из стекла в воздух вновь отклонится вверх. Так как стекло однородно и обе его поверхности параллельны, углы отклонения равны по величине и противоположны по направлению. Нетрудно убедиться, что вышедший из стекла луч сохраняет прежнее направление и лишь смещается на некоторую величину. Величина смещения зависит от коэффициента преломления стекла, его толщины и угла падения луча. Прохождение света через призму. Луч света S, падающий на грань призмы трехгранного сечения ABC (рис. 6), на границе воздух-стекло преломляется и отклоняется от прежнего направления к основанию призмы AC. Пройдя толщу стекла призмы, луч снова встречает на своем пути границу сред стекло - воздух и отклоняется в сторону основания призмы. Таким образом, дважды отклонившись, луч изменит свое первоначальное направление на угол, равный удвоенной разности угла падения и угла преломления.
|
|
|
Рис. 5. Преломление луча: а - на границе воздух-стекло; б - в плоскопараллельной пластинке |
Рис. 6. Ход луча в призме |
|
