2022-2023 навчальний рік
І семестр
26.09.2022
Уроки 1, 2
Тема Геометрична оптика як граничний випадок хвильової. Закони геометричної оптики: відбивання та заломлення світла.
Завдання:
- Опрацювати теоретичний матеріал, нище за посиланням
- Записати конспект в зошит
- Намалювати всі малюнки в зошит
- Переглянути відеоуроки, нище за посиланням
- Відповісти на запитання в зошиті
https://www.youtube.com/watch?v=0ZC2VglEBLY
https://www.youtube.com/watch?v=jx1A58xbnis&t=5s
https://www.youtube.com/watch?v=ga4fuVcoqPg&t=32s
https://www.youtube.com/watch?v=kzOeSH9Xxw8
Геометрична оптика як граничний випадок хвильової. Закони геометричної оптики
Розділ оптики, у якому закони поширення світла розглядаються на основі уявлень про світлові промені, називають геометричною оптикою. Під світловими променями розуміють перпендикулярні до хвильових поверхонь лінії, вздовж яких поширюється потік світлової енергії. Світловий промінь — це абстрактне математичне поняття, а не фізичний образ. Геометрична оптика є лише граничним випадком хвильової оптики.
Учення про явища поширення, відбивання та заломлення світла (геометрична оптика) — феноменологічна, тобто описова, наука. Геометрична оптика не вивчає природу явищ, а описує закони поширення світла, на основі узагальнених емпіричних даних. Це вчення зародилося у глибоку давнину. Вважається, що закони прямолінійного поширення світла в однорідному прозорому середовищі та дзеркального відбивання сформулював ще Евклід (365-270 рр. до н. е.).
Французький математик та філософ Рене Декарт (1596-1650) і голландський математик Вілеброрд Снель (Снеліус) (1580-1626) експериментально і теоретично вивчили закони поведінки світлових променів на межі поділу двох середовищ. У 1660 р. французький математик П’єр Ферма (1601-1665) сформулював принцип, з якого і випливали всі закони геометричної оптики.
Основу геометричної оптики складають такі закони:
1. Закон прямолінійного поширення світла: світло в оптично однорідному середовищі поширюється прямолінійно.
2. Закон незалежності світлових пучків: світлові пучки від різних джерел при накладанні діють незалежно один від одного і не впливають один на одного.
3. Закон відбивання світла: падаючий на межу поділу двох оптично неоднорідних середовищ промінь 1, відбитий промінь 2 і перпендикуляр, проведений до межі поділу в точці падіння, лежать в одній площині. Кут відбивання променя від межі поділу двох середовищ дорівнює куту i1 падіння променя (мал 2.70).
Мал. 2.70
4. Закон заломлення світла: падаючий на межу поділу двох оптично неоднорідних середовищ промінь 1, заломлений в друге середовище промінь 3 і перпендикуляр, проведений до межі поділу в точці падіння, лежать в одній площині (мал. 2.70). Відношення синуса кута i1 падіння до синуса кута і2 заломлення променя є величиною сталою для двох даних середовищ, визначається відношенням швидкості v1 поширення світла в першому середовищі до швидкості v2 поширення світла в другому середовищі називають відносним показником заломлення n21 другого середовища відносно першого:
Показник заломлення n даного середовища відносно вакууму називають абсолютним показником заломлення середовища, який визначається відношенням швидкості c (∼ 300 000 км/с) поширення світла у вакуумі до швидкості v поширення світла в середовищі:
5. Повне відбивання світла. Коли світло поширюється з оптично більш густого середовища в менш густе (n2 > n1), то, якщо збільшується кут падіння, збільшується й кут заломлення. Коли кут падіння досягає значення π/2, такий заломлений промінь поширюється вздовж межі двох середовищ. При подальшому збільшенні кута падіння промінь у друге (тобто менш густе) середовище не переходить і повністю відбивається в перше середовище. Це явище називають повним відбиванням. Кут падіння αгр, при якому все світло почне повністю відбиватися в перше середовище, називають граничним кутом повного відбивання.
Застосувавши закони заломлення, розглянемо проходження світла з речовини з показником заломлення n1 в повітря (n2 = 1) (мал. 2.71).
Застосувавши закони заломлення, розглянемо проходження світла з речовини з показником заломлення n1 в повітря (n2 = 1) (мал. 2.71).
Мал. 2.71
Граничний кут повного внутрішнього відбивання можна визначити, якщо відомі показники заломлення двох середовищ. Явище повного внутрішнього відбивання можна спостерігати в природі: яскравий блиск крапель роси, сніжинок, бурульок. Це явище використовують в оборотних і поворотних призмах. На принципі повного відбивання світла функціонують волокнисті світловоди (мал. 2.72) — пристрої, що використовуються у волоконній оптиці.
Мал. 2.72
Зображення предмета в лінзі є сукупністю зображень окремих його точок. Тому для побудови зображення предмета досить знайти зображення його крайніх точок.
Типові випадки побудови зображень A1B1 предмета АВ у збиральній лінзі наведено на малюнку 2.73.
ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО
- 1. Сформулюйте закони геометричної оптики.
- 2. Що таке повне внутрішнє відбивання?
- 3. Де використовуються світловоди?
- 4. Назвіть хід основних променів, які використовуються для побудови зображень за допомогою лінз і дзеркал.
Немає коментарів:
Дописати коментар