51. Основные понятия и законы геометрической оптики.
Геометрическая оптика основана на представлении о световых лучах.
Световой луч - линия, вдоль которой распространяется энергия светового излучения. Луч всегда перпендикулярен к волновой поверхности.
Оптические свойства вещества характеризуются величиной, называемой абсолютным показателем преломления n.
Абсолютный показатель преломления показывает во сколько раз скорость света в вакууме с больше скорости света в веществе v
n = c/v.
Относительный показатель преломления равен отношению абсолютных показателей преломления в двух средах:
n₂₁ = n₂/n₁; n₂₁ = v₁/v₂.
где v₁ и v₂ - скорость света в первой и во второй среде соответственно.
Основные законы геометрической оптики.
1. Закон прямолинейного распространения света и следствия из него:
- в однородной среде свет распространяется прямолинейно;
- световой луч представляет собой прямую линию;
- образование геометрической тени;
- при малых отверстиях наблюдаются отклонения от этого закона вследствие явления дифракции.
2. Закон отражения света:
- луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный к границе раздела двух сред в точке падения лежат в одной плоскости;
- угол падения a равен углу отражения a'
От разных поверхностей свет отражается по-разному. Существуют следующие виды отражения: зеркальное и диффузное.
3. Закон преломления света:
- луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный к границе раздела двух сред в точке падения лежат в одной плоскости.
- отношение синуса угла падения a к синусу угла преломления b является постоянной величиной, называемой относительным показателем преломления двух сред.
sin(a)/sin(b) = n₁;
n₁₂ = n₂/n₁.
52. Построение изображения в выпуклом зеркале. Формула сферического зеркала.
Формула сферического зеркала:
53. Построение изображения в вогнутом зеркале. Формула сферического зеркала.
Формула сферического зеркала:
54. Преломление света на границе раздела двух сред. Закон преломления Снеллиуса.
Преломление (рефракция) — изменение направления распространения волн электромагнитного излучения, возникающее на границе раздела двух прозрачных для этих волн сред или в толще среды с непрерывно изменяющимися свойст.
Преломление света на границе двух сред даёт зрительный эффект: пересекающие границу раздела прямые предметы в более плотной среде выглядят образующими больший угол с нормалью к границе раздела (то есть преломлёнными «вверх»); в то время как луч, входящий в более плотную среду, распространяется в ней под меньшим углом к нормали (то есть преломляется «вниз»). Этот же оптический эффект приводит к ошибкам в визуальном определении глубины водоёма, которая всегда кажется меньше, чем есть на самом деле.
Закон Снеллиуса - угол преломления луча при прохождении границы между двумя средами зависит от соотношения коэффициентов преломления этих сред. Важнейший пример такого преломления мы наблюдаем при попадании светового луча из воздуха в стекло и затем снова в воздух — а именно это происходит в любом оптическом приборе. Отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде называется коэффициентом преломления среды. Так, коэффициент преломления стекла равен примерно 1,5 (зависит от сорта стекла), то есть, свет в стекле замедляется примерно на треть по сравнению со скоростью его распространения в вакууме. У каждого прозрачного материала — собственный коэффициент преломления. Закон Снеллиуса устанавливает числовое соотношение между углами падения и преломления луча при переходе из одной среды в другую. Если θ₁ и θ₂ — углы, соответственно, падения и преломления относительно нормали при переходе луча из одной среды в другую, а n₁ и n₂ — коэффициенты преломления этих сред, то имеет место соотношение:
n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
Смысл этого закона в том, что если известны коэффициенты преломления света в двух граничащих средах и угол падения луча, можно рассчитать, насколько отклонится луч после пересечения границы между средами.