55. Абсолютные показатели преломления и их связь с относительным показателем. Полное внутреннее отражение.
Постоянную величину n называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления. Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления: n = n2/n1 Абсолютный показатель преломления равен отношению скорости света c в вакууме к скорости света υ в среде: n = c/v 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 (см. рис. 3.1.2). Для угла падения α = αпр sin β = 1; значение sin αпр = n2 / n1 < 1. Если второй средой является воздух (n2 ≈ 1), то формулу удобно переписать в виде sin αпр = 1 / n где n = n1 > 1 – абсолютный показатель преломления первой среды.
56. Линзы. Классификация линз, параметры, оптическая сила. Линза (нем. Linse, от лат. lens — чечевица) — деталь из оптически прозрачного однородного материала, ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической. В настоящее время всё чаще применяются и «асферические линзы», форма поверхности которых отличается от сферы. В качестве материала линз обычно используются оптические материалы, такие как стекло, оптическое стекло, оптически прозрачные пластмассы и другие материалы. Виды линз: Собирающие: 1 — двояковыпуклая 2 — плоско-выпуклая 3 — вогнуто-выпуклая (положительный(выпуклый) мениск) Рассеивающие: 4 — двояковогнутая 5 — плоско-вогнутая 6 — выпукло-вогнутая (отрицательный(вогнутый) мениск) Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если толщина самой линзы мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют тонкой. Линзы входят в состав практически всех оптических приборов. Линзы бывают собирающими и рассеивающими. Собирающая линза в середине толще, чем у краев, рассеивающая линза, наоборот, в средней части тоньше.
57.
Построение изображения в линзах (все
случаи).
Для
построения изображения в линзе достаточно
найти точку пересечения каких-либо двух
лучей, исходящих из этой точки. Наиболее
простое построение выполняется при
помощи лучей, указанных на рис. 1.11.
Луч 1 идет
вдоль побочной оптической оси без
изменения направления. Луч 2падает
на линзу параллельно главной оптической
оси; преломляясь, этот луч проходит
через фокус F'.
Луч 3 проходит
через фокус F;
преломляясь, этот луч идет параллельно
главной оптической оси.
Рассмотрим
рассеивающую линзу. Построение изображения
показано на рис. 1.14. Изображение в
рассеивающей линзе всегда мнимое и
прямое. И так как 
,
то изображение всегда уменьшенное.
Чтобы
построить изображение какой-либо
точки А в
линзе, достаточно найти ход любых двух
лучей, исходящих из этой точки и падающих
на линзу. Очевидно, что точка пересечения
этих лучей или их продолжений будет
являться искомым изображением точки А.
В качестве лучей, ход которых легче
всего построить, используют следующие
три луча, которые иногда называют удобными
58. Вывод формулы линзы. Изображения можно также рассчитать с помощью формулы тонкой линзы. Если расстояние от предмета до линзы обозначить через d, а расстояние от линзы до изображения через f, то формулу тонкой линзы можно записать в виде: D = 1/F = 1/d + 1/f В зависимости от положения предмета по отношению к линзе изменяются линейные размеры изображения. Линейным увеличением линзы Γ называют отношение линейных размеров изображения h' и предмета h. Величине h' удобно приписывать знаки плюс или минус в зависимости от того, является изображение прямым или перевернутым. Величина h всегда считается положительной. Поэтому для прямых изображений Γ > 0, для перевернутых Γ < 0. Из подобия треугольников на рис. 6.3.3 и 6.3.4 легко получить формулу для линейного увеличения тонкой линзы: Г = h'/h = f/d
59. Интерференция волн. Интерференция волн –это явление наложения когерентных волн - свойственно волнам любой природы (механическим, электромагнитным и т.д. Когерентные волны - это волны, испускаемые источниками, имеющими одинаковую частоту и постоянную разность фаз. В результате наложения когерентных волн (интерференции волн) образуется интерференционная картина.
60. Интерференция света. Интерференция света в тонких плёнках, в клине. Интерференция света Интерференция – одно из ярких проявлений волновой природы света. Это интересное и красивое явление наблюдается при наложении двух или нескольких световых пучков. Интенсивность света в области перекрывания пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра. С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света. Повседневный опыт учит, что интерференцию света в действительности наблюдать не просто. Если в комнате горят две одинаковые лампочки, то в любой точке складываются интенсивности света и никакой интерференции не наблюдается. Причина состоит в том, что световые волны, излучаемые различными источниками, не согласованы друг с другом. Для получения же устойчивой интерференционной картины нужны согласованные волны. Они должны иметь одинаковые длины волн и постоянную разность фаз в любой точке пространства. Напомним, что такие согласованные волны с одинаковыми длинами волн и постоянной разностью фаз называются когерентными.
61. Дифракция волн и света. Дифракция - это явление, присущее волновым процессам для любого рода волн. - наблюдение дифракции волн на водной поверхности при прохождении волн через узкую щель (с краю видны закругления плоских волн). Дифракция света – это отклонение световых лучей от прямолинейного распространения при прохождении сквозь узкие щели, малые отверстия или при огибании малых препятствий. Явление дифракции света доказывает, что свет обладает волновыми свойствами. Для наблюдения дифракции можно: - пропустить свет от источника через очень малое отверстие или расположить экран на большом расстоянии от отверстия. Тогда на экране наблюдается сложная картина из светлых и темных концентрических колец. - или направить свет на тонкую проволоку, тогда на экране будут наблюдаться светлые и темные полосы, а в случае белого света – радужная полоса.
62. Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки. Собираем установку, составляем таблицу №1. Делаем измерения и заносим их в таблицу №1. d решетки = 0,01. d = 400 мм (расстояние от щели до решетки). Рассчитываем длину волны для каждого из 10 случаев по формуле: где k – порядок спектра. Считаем погрешность Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками. Если на решетку падает монохроматическая волна . то щели (вторичные источники) создают когерентные волны. За решеткой ставится собирающая линза, далее – экран. В результате интерференции света от различных щелей решетки на экране наблюдается система максимумов и минимумов. Разность хода между волнами от краев соседних щелей равна длине отрезка АС. Если на этом отрезке укладыается целое число длин волн, то волны от всех щелей будут усиливать друг друга. При использовании белого света все максимумы (кроме центрального) имеют радужную окраску.
63. Дисперсия света. Разложение белого света призмой. Показатель преломления не зависит от угла падения светового пучка, но он зависит от его цвета. Это было открыто Ньютоном. Дисперсией называется зависимость показателя преломления света от частоты колебаний (или длины волны). Основной опыт Ньютона был гениально прост. Ньютон догадался направить на призму световой пучок малого поперечного сечения. Пучок солнечного света проходил в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне. Падая на стеклянную призму, он преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов. Стилизованное изображение опыта Ньютона показано на рисунке 16. Следуя многовековой традиции, согласно которой радуга считалась состоящей из семи основных цветов, Ньютон тоже выделил семь цветов: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный. Саму радужную полоску Ньютон назвал спектром. Закрыв отверстие красным стеклом. Ньютон наблюдал на стене только красное пятно, закрыв синим стеклом, наблюдал синее пятно и т. д. Отсюда следовало, что не призма окрашивает белый свет, как предполагалось раньше. Призма не изменяет свет, а лишь разлагает его на составные части (см. рис. I). Белый свет имеет сложную структуру. Из него можно выделить пучки различных цветов, и лишь совместное их действие вызывает у нас впечатление белого цвета. В самом деле, если с помощью второй призмы, повернутой на 1800 относительно первой, собрать все пучки спектра, то опять получится белый свет (см. рис. II). Выделив же какую-либо часть спектра, например зеленую, и заставив свет пройти еще через одну призму, мы уже не получим дальнейшего изменения окраски.
64. Сложение спектральных цветов. Цвета тел. Закрыв отверстие красным стеклом. Ньютон наблюдал на стене только красное пятно, закрыв синим стеклом, наблюдал синее пятно и т. д. Отсюда следовало, что не призма окрашивает белый свет, как предполагалось раньше. Призма не изменяет свет, а лишь разлагает его на составные части. Зная, что белый свет имеет сложную структуру, можно объяснить удивительное многообразие красок в природе. Если предмет, например лист бумаги, отражает все падающие на него лучи различных цветов, то он будет казаться белым. Покрывая бумагу слоем красной краски, мы не создаем при этом света нового цвета, но задерживаем на листе некоторую часть имеющегося. Отражаться теперь будут только красные лучи, остальные же поглотятся слоем краски. Трава и листья деревьев кажутся нам зелеными потому, что из всех падающих на них солнечных лучей они отражают лишь зеленые, поглощая остальные. Если посмотреть на траву через красное стекло, пропускающее лишь красные лучи, то она будет казаться почти черной. Зная, что белый свет имеет сложную структуру, можно объяснить удивительное многообразие красок в природе. Если предмет, например лист бумаги, отражает все падающие на него лучи различных цветов, то он будет казаться белым. Покрывая бумагу слоем красной краски, мы не создаем при этом света нового цвета, но задерживаем на листе некоторую часть имеющегося. Отражаться теперь будут только красные лучи, остальные же поглотятся слоем краски. Трава и листья деревьев кажутся нам зелеными потому, что из всех падающих на них солнечных лучей они отражают лишь зеленые, поглощая остальные. Если посмотреть на траву через красное стекло, пропускающее лишь красные лучи, то она будет казаться почти черной.
65. Инфракрасные, ультрафиолетовые лучи их свойства и применение. Инфракра́сное излуче́ние — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм). Оптические свойства веществ в инфракрасном излучении значительно отличаются от их свойств в видимом излучении. Например, слой воды в несколько сантиметров непрозрачен для инфракрасного излучения с λ = 1 мкм. Инфракрасное излучение составляет большую часть излучения ламп накаливания, газоразрядных ламп, около 50% излучения Солнца; инфракрасное излучение испускают некоторые лазеры. Для его регистрации пользуются тепловыми и фотоэлектрическими приемниками, а также специальными фотоматериалами. Электромагнитные волны с еще более высокими частотами могут излучаться молекулярными и атомными генераторами. Эти частоты соответствуют инфракрасному излучению. Электромагнитное излучение в диапазоне частот от 4,3 ·1014 до 7·1014 Гц лежит в области чувствительности человеческого глаза, это видимый свет. Электромагнитные волны с еще более высокими частотами невидимы человеческим глазом и называются ультрафиолетовым излучением. Диапазон ультрафиолетовых частот простирается вплоть до 5·1017 Гц. Начиная с этих частот и кончая частотами 1019 Гц лежит область рентгеновского излучения. Электромагнитное излучение с еще более высокими частотами называется гамма-излучением.
66. Спектроскоп. Спектры излучения и поглощения. Спектральный анализ. Спектроскоп (от спектр и греч. skopeo — смотрю) — оптический прибор для визуального наблюдения спектра излучения. Используется для быстрого, качественногоспектральногоHYPERLINK "http://traditio-ru.org/wiki/%D0%A1%D0%BF%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%B0%D0%BD%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B7" анализа веществ в химии, металлургии (например, стилоскоп) и т. д. Спектр поглощения — зависимость показателя поглощения вещества от длины волны (или частоты, волнового числа, энергии кванта и т. п.) излучения. Он связан с энергетическими переходами в веществе. Для различных веществ спектры поглощения различны. Спектральный анализ – метод определения химического состава вещества по его спектру Спектры Излучения: Непрерывный (сплошной) спектрдают тела, находящиеся в твердом состоянии, а также сильно сжатые газы, нагретые до высокой температуры. Характер спектра объясняется сильным взаимодействием отдельных атомов и молекул. Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном (но не молекулярном) состоянии (свечение паров вещества в пламени или свечение газового разряда). В этом случае атомы практически не взаимодействуют друг с другом, а изолированные атомы излучают строго определенные длины волн, характерные для каждого химического элемента. При увеличении плотности атомарного газа отдельные спектральные линии расширяются, и при сильном сжатии газа, когда взаимодействие атомов становится существенным, эти линии перекрывают друг друга, образуя сплошной спектр. Полосатые спектры дают газы, молекулы которых слабо связаны друг с другом. При этом спектр состоит из отдельных полос, разделенных темными промежутками. Каждая полоса представляет собой совокупность большого числа очень тесно расположенных линий, обусловленных взаимодействием атомов в молекуле.
67. Рентгеновские лучи, их природа, свойства и применение. Рентгеновское излучение было открыто Вильгельмом Конрадом HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D1%91%D0%BD%D1%82%D0%B3%D0%B5%D0%BD,_%D0%92%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%B3%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BC_%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%80%D0%B0%D0%B4"Рёнтгеном. Он был первым, кто опубликовал статью о рентгеновских лучах, которые он назвал X-лучами . На некоторых языках (включая русский и немецкий) эти лучи были названы его именем, несмотря на его сильные возражения. Рентген занимался Х-лучами немногим более года (с 8 ноября 1895 года по март 1897 года) и опубликовал о них три статьи, в которых было исчерпывающее описание новых лучей. 8 ноября 1895 г. в Вюрцбурге Рентген наблюдал новое поразительное явление. Если разрядную трубку обернуть черным картоном и поместить возле нее бумажный экран, смоченный с одной стороны платино-синеродистым барием, то при каждом разряде трубки на экране наблюдается флуоресцирующее свечение независимо от того, какая сторона бумаги повернута к трубке - смоченная или сухая. Природа рентгеновских лучей Многие физики обращали внимание на то, что для объяснения отрицательных результатов попыток наблюдения обычных оптических явлений в опытах с рентгеновскими лучами совсем не обязательно лишать электромагнитное возмущение волнового характера, при котором оно сходно со световыми волнами. Достаточно положить длину волны рентгеновских лучей чрезвычайно малой, меньше расстояния между молекулами вещества, чтобы объяснить все особенности их поведения. Физики, придерживавшиеся этой точки зрения, естественно, пытались обнаружить не отражение, а дифракцию рентгеновских лучей на чрезвычайно тонких щелях, что диктовалось предполагаемой малостью длины волны рентгеновских лучей. Но искусственно сделанные щели, как бы тонки они ни были, оказывались слишком грубыми, да и ясно было, что едва ли можно найти механический способ нанесения штрихов, удаленных на расстояние порядка молекулярных размеров. Но вот молодому немецкому физику Максу Лауэ пришла в голову смелая идея. Была известна старая теория строения кристаллов, которая принимала, что кристаллы образуются совокупностью тесно примыкающих чрезвычайно малых частиц в форме параллелепипеда, расположенных на постоянных чрезвычайно малых расстояниях друг от друга во вполне регулярном каркасе.
68. Явление фотоэффекта. Законы фотоэффекта. Фотоэффект возникает при взаимодействии вещества с поглощаемым электромагнитным излучением. Различают внешний и внутренний фотоэффект. Внешним фотоэффектом называется явление вырывания электронов из вещества под действием падающего на него света. Внутренним фотоэффектом называется явление увеличения концентрации носителей заряда в веществе, а следовательно, и увеличения электропроводности вещества под действием света. Частным случаем внутреннего фотоэффекта является вентильный фотоэффект — явление возникновения под действием света электродвижущей силы в контакте двух различных полупроводников или полупроводника и металла.