1. Свет – сложный электромагнитный процесс, обладающий как волновыми, так и корпускулярными свойствами.

В конце 18-го века сформировались 2 принципиально различные теории о свете:

1) корпускулярная теория Ньютона.

2) волновая теория Гюйгенса и Гука.

Корпускулярная теория света: Свет – это поток материальных частиц (корпускул) летящие с большой скоростью от источника.

При помощи корпускулярной теории объясняются законы взаимодействия света и вещества. Наблюдается дуализм волновых и корпускулярных свойств.

Волновая теория света: Свет – представляет собой волну, исходящую от источника света и распространяющейся с большой скоростью в так называемом мировом эфире, т.е. неподвижной упругой среде заполняющая всю вселенную.

При помощи волновой теории объясняются законы отражения, преломления, интерференция, поляризация, дифракция, дисперсия.

Распространение света в среде:

2. Основные законы геометрической оптики:

а. Закон прямолинейного распространения света: свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно.

б. Закон независимых световых пучков: эффект производится отдельным пучком не зависит от того действует ли одновременно остальные пучки или они устранены, т.е. лучи при пересечении не действуют друг на друга.

в. Закон отражения и преломления: при падении луча света на границу раздела двух сред обычно происходит и преломление и отражение этого луча, тогда можно утверждать:

– Луч падающий, луч отраженный и нормаль в точке падения лежат в одной плоскости;

– Угол падения равен углу отражения;

– Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления постоянна для двух данных сред

г. Полное внутреннее отражение света: если свет распространяется из оптически более плотной среды в оптически менее плотную n₁<n₂, то отношение , т.е. угол преломления больше угла падения.

3. Тонкие линзы. Линза называется тонкой, если её толщина пренебрежимо мала по сравнению с кривизной её поверхности.

Изображение предметов с помощью линз

Если на собирающую линзу направить пучок параллельных лучей, наклонных по отношению к главной оптической оси, то после преломления линзой лучи пересекаются в некоторой точке задней фокальной плоскости. Это точка, где заднюю фокальную плоскость пересекает центровой луч, идущий вдоль исходного пучка.

Если на рассеивающую линзу направить пучок параллельных лучей параллельно главной оси, то за линзой получится расходящийся пучок, причем продолжения преломленных лучей пересекаются в некоторой точке, называемой передним фокусом рассеивающей линзы.

Формула тонкой линзы:

.

а – расстояние от линзы до предмета. F – фокусное расстояние.

4. Интерференция света. Необходимым условием интерференцией волн является их когерентность. Когерентными называются волны, которые:

– Имеют одинаковую частоту (длинны волны);

– Разность фаз, которые не меняются с течением времени;

– Колебание волн должно проходить в одной плоскости.

Интерференция волн – это наложение двух когерентных световых волн происходит пространственное перераспределение светового потока, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других минимумы интенсивности.

Оптическая разность хода:

Δ=S₁n₁-S₂n₂

Δ=L₁-L₂

Произведение длины пути световой волны в данной среде на показатель преломления в данной среде называется оптической длиной пути, а разность оптических длин называется оптической разностью хода.

Δ=m, m=0,1,2,3,… , =2πm - условие интерференционного максимума

Δ=(2m+1) , =(2m+1)π - условие интерференционного минимума

Метод Юнга

Свет от ярко освещенной щели S падает на две щели S1 и S2 играющие роль когерентных источников. Интерференционная картина BC наблюдается на экране Э.

5. Интерференция на тонких пленках.

Под тонкой пленкой будем понимать такой прозрачный слой, толщина которого сравнима с длинной волны. В природе часто наблюдается радужное отражение пленок (масленая пленка на воде, мыльные пузыри). Она возникает в результате интерференции света отраженной двумя поверхностями пленки (верхней и нижней).

Пусть на плоскую параллельную пластинку с показателем преломления n и толщиной d под углом α падает плоская монохромная волна.

Линия AD перпендикулярна направлению пучка является фронтом волны до плоскости AD. Оба луча имеют одинаковую разность фаз. От этой плоскости лучи дальше проходят различные пути, и происходит сложение лучей.

Кольца Ньютона:

Наблюдаются при отражении света от воздушного зазора образованного плоско параллельной пластинкой и соприкасавшейся с ней плоско-выпуклой линзой, с большим радиусом кривизны.

Параллельный пучок света падает на плоскую поверхность линзы и частично отражается от верхней и нижней поверхностей воздушного зазора. При наложении отраженных лучей образуются полосы равной толщины.

6. Дифракция света. Дифракция – является огибание волной препятствий встречающейся на её пути или более в широком смысле любое отклонение света от прямолинейного распространения в однородной среде, когда свет, огибая препятствия, заходит в область геометрической тени.

Принцип Гюйгенса-Френеля:

а. каждая точка до которой доходит волна служит центром вторичных волн, а огибание этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени;

б. все эти вторичные источники волн когерентны и поэтому свет от них приходя в данную точку интерферирует.

Дифракция Френеля на круглом отверстии:

А_м= - амплитуда результирующих колебаний в точке М.

«-» - четные М, «+» - нечетные М.

Дифракция на диске:

А_м= в точке М всегда наблюдаются максимумы.

Дифракционная решетка представляет собой систему параллельных щелей равной ширины расположенных на равных расстояниях друг от друга.

d=a+b – период решетки

asin=m, где m=1,2,3,… -условие главного минимума

dsin=(2m+1) , m=0,1,2,… - условие дополнительного минимума

dsin=2m =m , m=0,1,2,… - условие главного максимума

7. Естественный и поляризованный свет. Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора Е (и, следовательно, Н) (где Е – вектор напряженности электрического поля; Н – магнитного поля) называется естественным. Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным.

Закон Малюса:

где I и I₀ – интенсивность света.