IV. Оптика. Атомная и ядерная физика Основные законы и формулы. Геометрическая оптика

• Закон преломления света

,

где ε₁ — угол падения; — угол преломления; — отно­сительный показатель преломления второй среды относительно пер­вой; n₁ и n₂ — абсолютные показатели преломления соответственно первой и второй сред.

Нижние индексы в обозначениях уг­лов указывают, в какой среде (первой или второй) идет луч. Если луч перехо­дит из второй среды в первую, падая на поверхность раздела под углом ε₂=ε₂’, то по принципу обратимости све­товых лучей угол преломления ε₁’ будет равен углу ε₁ (рис.).

• Оптическая сила тонкой линзы

,

где f — фокусное расстояние линзы; n_Л — абсолютный показатель преломления вещества линзы; n_ср — абсолютный показатель пре­ломления окружающей среды (одинаковой с обеих сторон линзы).

В приведенной формуле радиусы выпуклых поверхностей (R₁ и R₂) берутся со знаком плюс, вогнутых — со знаком минус.

• Оптическая сила двух тонких сложенных вплотную линз

.

• Формула тонкой линзы

,

где a — расстояние от оптического центра линзы до предмета; b —расстояние от оптического центра линзы до изображения.

Если фокус мнимый (линза рассеивающая), то величина f отри­цательна.

Если изображение мнимое, то величина b отрицательна.

Интерференция света

• Скорость света в среде

,

где с — скорость света в вакууме; п — абсолютный показатель преломления среды.

• Оптическая длина пути световой волны

,

где l — геометрическая длина пути световой волны в среде с пока­зателем преломления п.

• Оптическая разность хода двух световых волн

.

• Оптическая разность хода световых волн, отраженных от верхней и нижней поверхностей тонкой плоскопараллельной пластинки или пленки, находящейся в воздухе (рис. а),

,

где d — толщина пластинки (пленки); ε₁ — угол падения.

Второе слагаемое в этих формулах учитывает изменение опти­ческой длины пути световой волны наλ/2 при отражении ее от сре­ды оптически более плотной.

В проходящем свете (рис. б) отражение световой волны происходит от среды оптически менее плотной и дополнительной разности хода световых лучей не возникает.

• Связь разности фаз Δφ колебаний с оптической разностью хо­да волн

.

• Условие максимумов интенсивности света при интерферен­ции

(k=0,l,2,3, …).

• Условие минимумов интенсивности света при интерферен­ции

.

• Радиусы светлых колец Ньютона в отраженном свете (или темных в проходящем)

.

где k — номер кольца (k = 1, 2, 3, …); R — радиус кривизны по­верхности линзы, соприкасающейся с плоскопараллельной стек­лянной пластинкой.

Радиусы темных колец в отраженном свете (или светлых в про­ходящем)

.

Дифракция света

• Радиус k-ой. зоны Френеля:

для сферической волны

,

где а — расстояние диафрагмы с круглым отверстием от точечного источника света; b — расстояние диафрагмы от экрана, на котором ведется наблюдение дифракционной картины; k — номер зоны Фре­неля; λ — длина волны;

для плоской волны

.

• Дифракция света на одной щели при нормальном падении лучей. Условие минимумов интенсивности света

, ,

где а — ширина щели; φ— угол дифракции; k — номер минимума; λ — длина волны.