Вопросы и задания для самоконтроля

1. Сформулируйте законы отражения и преломления.

2. Поясните физический смысл абсолютного показателя преломления.

3. Назовите условие, при котором наблюдается явление полного внутреннего отражения.

4. Где используется явление полного внутреннего отражения?

5. Что такое относительный показатель преломления?

6. Ознакомьтесь с материалом учебного пособия и ответьте на вопрос: что происходит с фазой световой волны при отражении от границы раздела двух сред в зависимости от соотношения их абсолютных показателей преломления?

литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 2001. Гл.8, § 44.

Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, 2000. Гл.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4.2

Сферическое зеркало

Ознакомьтесь с конспектом лекций и учебником. Запустите программу. Выберите «Оптика» и «Сферическое зеркало». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения. Необходимое запишите в свой конспект.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

• Знакомство со сферическими зеркалами, их основными характеристиками.

• Экспериментальная проверка формулы линейного увеличения.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ:

Сферическим зеркалом называют зеркально отражающую поверхность, имеющую форму сферического сегмента.. Его основные характеристики: главный фокус F, фокусное расстояние f, оптический центр О, главная оптическая ось, оптическая сила Ф.

Различают два типа сферических зеркал: вогнутые (рис.а) (отражающее покрытие нанесено на внутреннюю поверхность сферы) и выпуклые (рис.б) (отражающее покрытие нанесено на внешнюю поверхность сферы).

Фокусом F зеркала называется точка на оптической оси, через которую проходит после отражения от зеркала луч (или его продолжение), падавший на зеркало параллельно оптической оси.

Учитывая, что , получаем: (1).

Т.о., в сферическом зеркале имеет место сферическая аберрация: фокусное расстояние оказывается различным для лучей, находящихся на разных расстояниях от оптической оси.

Для параксиального пучка (h<<R) условие фокусировки выполняется и фокусное расстояние вогнутого зеркала: (2). (При h ≤ 0,1R выражение справедливо с точностью, не меньшей 0,5%.)

Оптическая сила зеркала — это величина, обратная фокусному расстоянию: (3).

У выпуклого зеркала фокус мнимый. Здесь для параксиального пучка формула (2) также справедлива. Фокусное расстояние выпуклого зеркала принято считать отрицательным числом, т.е. (4). Сам фокус также отрицателен.

Центр сферы, из которой вырезан сегмент, называется оптическим центром зеркала. Вершину сферического сегмента называют полюсом зеркала. Прямая, проходящая через оптический центр и полюс зеркала, называется главной оптической осью сферического зеркала.

Расстояние от фокуса до полюса зеркала называется фокусным расстоянием сферического зеркала.

У вогнутого сферического зеркала главный фокус действительный. Он расположен посередине между центром и полюсом зеркала. Главный фокус выпуклого зеркала является мнимым. Если пучок лучей, параллельных главной оптической оси, падает на выпуклое зеркало, то после отражения в фокусе пересекаются не сами лучи, а их продолжения.

Фокусным расстояниям сферических зеркал приписывается определенный знак: для вогнутого зеркала F>0, для выпуклого F<0. В обоих случаях фокусное расстояние сферического зеркала равно половине радиуса кривизны зеркала: F=R/2.

Сферические зеркала, как и линзы, способны давать изображения предметов. Изображения бывают прямые и перевернутые, действительные и мнимые.

Положение изображения можно определить с помощью геометрических построений. Для этого используют свойства лучей, проходящих через центр зеркала, или через его фокус, а также лучей, параллельных главной (или побочной) оптической оси.

Изображение можно также рассчитать по формуле, аналогичной формуле тонкой линзы:

1/d+1/f=1/F

Правило выбора знаков для расстояний d и f такое же, как и в случае тонкой линзы:

d>0 и f>0 - для действительных предметов и изображений;

d<0 и f<0 - для мнимых предметов и изображений.

Линейное увеличение сферического зеркала: Г=h₂/h₁=-f/d. Здесь h₁ и h₂ линейные размеры предмета и его изображения.

Знаки в этой формуле выбраны так, что для прямого изображения Г>0; для перевернутого Г<0.

МЕТОДИКА и ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Внимательно рассмотрите рисунок и зарисуйте необходимое в свой конспект лабораторной работы.

1. Проведите измерения, взяв значения величин из таблицы 1. D=2/R.

2. Измерения и вычисления запишите в таблицу 2.

Таблица 1 (не перерисовывать)
№ бригады	D, дптр	d,мм	D, дптр	d,мм	D, дптр	d,мм	D, дптр	d,мм
1,5	1	103	1	70	3	68	4	59	выгнутое
2,6	2	86	2	50	4	64	3	54
3,7	3	50	3	73	5	209	2	77
4,8	4	250	4	50	1	52	5	50
1,5	-3	90	-3	200	-5	55	-2	100	вогнутое
2,6	-4	250	-4	75	-1	170	-5	185
3,7	-2	200	-2	50	-4	150	-3	100
4,8	-1	55	-1	100	-3	50	-4	115

Таблица 2
Выгнутое (вогнутое) зеркало
№	D, дптр	d,мм	f,мм	ГТЕОР	ГЭКСП = -f/d
1
2
3
4

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА:

1. Вычислите величину линейного увеличения сферического зеркала Г = -f/d.

2. Сравните вычисленные значения с теоретическими.

3. Сделайте вывод.