22. Отражение и преломление света.

Т.к. в однородной среде свет распространяется прямолинейно, то при описании распространения света в такой среде будем пользоваться световыми лучами. Геометрическая оптика – часть оптики, которая с помощью световых лучей может описывать ход многих оптических явлений.

Прозрачная среда – среда, в которой световое излучение проходит в среде значительное расстояние, мало ослабляясь .

Непрозрачная среда – среда, которая сильно поглощает проникающий в неё свет.

Отражение и поглощение падающего излучения зависит от:

• рода вещества

• состояния поверхности

• угла падения лучей

Законы отражения света

С помощью опытов древнегреческого ученого Евклида были составлены законы отражения для светового излучения, которые были найдены еще в III в. до н.э.

Луч падения и луч отражения лежат в одной плоскости с перпендикуляром к отраженной поверхности, восстановленным в точке падения луча.

Угол отражения равен углу его падения:

i

Падающие и отражающиеся лучи обратимы, т.е. если падающий луч направлен по пути отраженного луча, то отраженный луч пойдет по пути падающего луча.

Зеркальное и диффузное отражение

• Диффузное отражение – отражение, при котором лучи до отражения идут параллельным пучком, а после отражения – в разных направлениях.

• Зеркальная поверхность – идеально гладкая, хорошо отражающая свет поверхность.

Плоское зеркало - плоская зеркальная поверхность

Зеркальное отражение (правильное) – отражение, при котором пучок параллельных лучей после отражения от плоского зеркала остаются параллельными , но изменяют направление своего распространения.

Когда световые лучи от сильного источника света после отражения от плоского зеркала попадают в глаз человека, то они ослепляют его.

22. Полное отражение света. Прохождение света сквозь плоскопараллельную пластину и призму.

Полное отражение света

Рассмотрим переход светового излучения из прозрачной оптической более плотной среды в оптическую менее плотную.

Полное отражение света – явление, при котором световое излучение полностью отражается от поверхности раздела прозрачной среды.

Предельный угол падения - угол падения лучей , при котором их угол преломления равен .

Применение:

Светопроводные волокна

Светопроводы используются для оптической связи. С помощью модуляции света, идущего по светопроводу, можно передавать по нему несравненно больший поток информации, чем по обычному высокочастотному кабелю.

Прохождение света сквозь плоскопараллельную пластину и призму

Примером такой пластины является стекло.

i

d

Пусть на пластину с показателем преломления n падает из воздуха пучок света под углом i.

На верхней грани пучок преломляется, идёт внутри пластины, вторично преломляется на нижней грани и идёт в воздухе.

1. - 2-ой закон преломления для верхней грани

2. – 2-ой закон преломления для нижней грани

Умножим равенство 1 на 2 равенство, учитывая что , получим:

Это значит, что лучи A параллельно

Таким образом, луч после прохождении через пластину с плоскими параллельными гранями смещается на расстоянии d, которое тем больше, чем толще пластина и чем больше n.

Преломляющие грани – две грани призмы, сквозь которые лучи входят в призму и выходят из неё.

Лучи разных цветов, проходят через призму, отклоняясь на разные углы.

22. Основные фотометрические величины. Законы освещённости.

Поток излучения – энергия, переносимая электромагнитными волнами через поверхность за единицу времени.

Точечный источник – такой источник электромагнитного излучения, расстояние которого до выделенной поверхности велико по сравнению с размером самого источника.

Телесный угол – часть пространства ограниченная конической поверхностью.

22. Интерференция света и дифракция света.

Дифракция – огибание волнами препятствий.

Дифракция света возможна от очень узких щелей, ширина которых соизмерима с длиной волны света. Дифракцию получают от дифракционной решётки – это большое число параллельных и близко расположенных узких щелей, которые пропускают свет.

А

В

С

– угол отклонения луча

d – период решётки (постоянная) – расстояние от начала 1 щели до начала следующей.

– формула дифракционной решётки, где r – порядок спектра

При малых (до )

Интерференция

S

Когерентные источники – источники, создающие колебания одной частоты, сдвиг фаз у которых в течение времени не изменяется.

Интерференция возможна источника когерентными лучами.

Интерференционная картина представляет собой чередование цветных и тёмных полос, также можно получить в очень тонких плёнках по толщине сравнимых с длиной волны света. (бензин, вода)

Разность хода лучей

Максимум усиления (скорость образования цветовой полосы) – когда в разности хода укладывается чётное число полуволн или целое число длин волн.

Максимум ослабления (черная полоса) – когда в разности хода лучей укладывается нечетное число полуволн.

22. Дисперсия света. Спектры. Спектральный анализ.

Дисперсия света - разложение белого цвета на цвета радуги

v = f(λ или v)

h = f(λ или v)

Дисперсия света - зависимость показателя преломления от длины или частоты

Цвет непрозрачного тела определяется смесью лучей тех цветов, которые оно отражает.

Если тело равномерно отражает все цвета радуги, то оно кажется белым.

Приборы для наблюдения спектров

Призматический спектроскоп: состоит из двух труб, одна направлена на источник, другая на наблюдателя.

Спектрограф – фотопластинка вставлена в трубу наблюдателя.

1. Спектры испускания – спектры от самосветящихся тел:

1. Сплошной спектр – полученный от светящихся твердых и жидких тел в результате их нагревания.

2. Линейчатый – спектр, полученный от светящихся газов или паров, состоит из узких цветовых линий, разделённых тёмными промежутками. Каждый химический элемент имеет свой линейчатый спектр.

3. Полосатый - спектр, полученный от светящихся молекул. Он представляет собой ряд световых полос разделённых тёмными промежутками.

2. Спектры поглощения – спектр, полученный в результате поглощения части падающих на вещество излучения, представляющее собой ряд тёмных узких полос на фоне сплошного спектра.

Всякое вещество поглощает только те лучи, которые само может испускать.

Спектральный анализ - метод определения химического состава вещества по его спектру излучения.

Качественный спектральный анализ – определяются элементы входящие в состав вещества.

Количественный – определяется %-ное содержание элементов входящих в состав вещества.

Применение

• Астрономия

• Металлургия

• Машиностроение

55. Невидимые лучи. Рентгеновское и инфракрасное излучение. Инфракрасное излучение – невидимое излучение, которое в спектре расположено за красными лучами λ (0,76 мкм… 1 мм). Они преломляются слабее красных и обладают ярко

выраженным тепловым действием.

Свойства:

• отражаются

• поглощаются

• не действуют на фотопластинку

• фокусируются

Применение

• техника

• прибор ночного видения

• военное дело

Ультрафиолет – невидимые лучи расположены за крайней фиолетовой областью спектра, они преломляются сильнее фиолетового, обладают ярко выраженным химическим действием. λ (0,4 мкм… 0,01 мкм)

Свойства:

• отражаются

• фокусируются

• вызывают свечение некоторого вещества

• обладают биологическим свойством

• поглощение стеклом, но не поглощается кварцем.

Применение

• медицина

• загар, витамин D

Рентгеновские лучи обнаружил немецкий физик Рентген в 1895 г., когда в стеклянной трубке были обнаружены катодные лучи.

Рентгеновское излучение – излучение, проникающее через стекло и другие тела.

Свойства:

• вызывает свечение многих веществ

• действует на фоточувствительный материал

• обладает высокой проникающей способностью

• не откланяются в электрических и магнитных полях

• дифракция λ (10 нм… 0,01 нм)

Применение:

• дефектоскопия – выявление внутренних дефектов изделия

• медицина (диагностика различных болезней)

• определение длины волны рентгеновского излучения, изучение строения кристалла.

• рентгеноструктурный анализ.