Здесь показаны различия между двумя версиями данной страницы.
Предыдущая версия справа и слева Предыдущая версия Следующая версия | Предыдущая версия | ||
subjects:physics:оптика [2016/12/05 22:47] ¶ |
subjects:physics:оптика [2022/03/12 17:40] (текущий) ¶ Разделил на геометрическую и волновую |
||
---|---|---|---|
Строка 9: | Строка 9: | ||
* [[Электричество в опытах]] | * [[Электричество в опытах]] | ||
* **Оптика** | * **Оптика** | ||
- | * [[Оптика в опытах]] | + | * [[Оптика геометрическая]] |
+ | * [[Оптика волновая]] | ||
+ | * [[Оптика в опытах]] | ||
* [[Квантовая физика и элементы СТО]] | * [[Квантовая физика и элементы СТО]] | ||
</box> | </box> | ||
====== Оптика ====== | ====== Оптика ====== | ||
- | **Световой луч** – линия, вдоль которой распространяется свет. | + | Большинство оптических явлений можно объяснить с помощью классической электродинамики. Однако полное электромагнитное описание света часто затруднительно применять на практике. |
- | **Волновой фронт** — геометрическое место точек в пространстве, до которых дошло волновое возмущение в данный момент времени. | + | * [[Оптика геометрическая|Геометрическая оптика]], рассматривает свет как набор лучей, которые движутся по прямым линиям и изгибаются, когда проходят сквозь поверхности или отражаются от них. |
+ | * [[Оптика волновая|Волновая оптика]] — более полная модель света, которая включает волновые эффекты, такие как дифракция и интерференция, которые не учитываются в геометрической оптике. | ||
- | **Луч** – линия,перпендикулярная волновому фронту. | + | Исторически первой была разработана лучевая, а затем волновая модель света. |
- | + | ||
- | Закон прямолинейного распространения света: | + | |
- | + | ||
- | Свет в прозрачной однородной среде распространяется прямолинейно. | + | |
- | + | ||
- | Законы отражен света: | + | |
- | - угол падения α равен углу отражения β (β = α); | + | |
- | - луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. | + | |
- | + | ||
- | Существуют два вида отражения: | + | |
- | * зеркальное и рассеянное. | + | |
- | + | ||
- | Изображение предмета в плоском зеркале является мнимым, прямым, по | + | |
- | размерам равным предмету и находится на таком же расстоянии за зеркалом, | + | |
- | на котором расположен предмет перед зеркалом. | + | |
- | + | ||
- | **Преломление света** – изменение направления распространения луча света | + | |
- | при прохождении через границ раздела двух сред. | + | |
- | + | ||
- | **Закон преломления световых лучей:** | + | |
- | - отношение синуса угла падения $ \alpha $ к синусу угла преломления $ \gamma $ есть величина постоянная для данных двух сред: $$ n= \frac{sin\alpha }{sin\gamma }=\frac{n_{2}}{n_{1}} $$ \\ , где п1 и п2 – абсолютные показатели преломления первой и второй сред соответственно,табличные величины. | + | |
- | - падающий и преломленные лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным в точке падения луча к плоскости границы раздела двух сред. \\ Показатель преломления среды равен: \\ $$ n=\frac{C}{V} $$ \\ , где V – скорость света в данной среде (м/с); C – скорость света в вакууме. | + | |
- | - Словосочетание «абсолютный показатель преломления среды» часто заменяют «показатель преломления среды» \\ Относительный показатель преломления первой среды относительно второй \\ $$ n_{1/2}=\frac{n_{1}}{n_{2}}=\frac{V_{2}}{V_{1}} $$ \\ , п1 и п2 – абсолютные показатели преломления первой и второй сред соответственно, табличные величины; υ1 и υ2 – скорости света в первой и второй средах соответственно (м/с). | + | |
- | - Если в задаче упоминает только одна среда, то другой, по умолчанию, является воздух. | + | |
- | - Показатель преломления воздуха, если нет специальных оговорок, можно принять равным 1,0. | + | |
- | - Если луч переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную, то он приближается к перпендикуляру. Если наоборот - из оптически более плотной среды - в менее плотную. то он удаляется от перпендикуляра. | + | |
- | + | ||
- | **Призма.** | + | |
- | + | ||
- | Ход лучей в призме. | + | |
- | + | ||
- | Если призма изготовлен из материала с оптической плотностью больше, чем окружающая среда, то такая призма преломляет лучи к основанию призмы и наоборот. | + | |
- | + | ||
- | Грани, через которые проходит луч, называются преломляющими гранями; их ребро – преломляющим ребром, а угол θ между ними – преломляющим углом призмы. Угол φ между направлениями входящего и выходящего лучей | + | |
- | называется углом отклонения: φ = i1+i2 – θ | + | |
- | + | ||
- | При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее | + | |
- | плотную среду можно наблюдать полное отражение, т.е. свет не будет попадать во вторую среду. | + | |
- | + | ||
- | Угол, при котором начинается полное отражение, называется предельным углом полного отражения. | + | |
- | + | ||
- | Полное отражение происходит при падении луча из оптически более плотной среды под углом, большим определенного угла полного отражения, определяемого условием: | + | |
- | $$ sin\alpha _{n p}=\frac{1}{n} \left ( n> 1 \right ) $$ | + | |
- | + | ||
- | **Тонкая линза.** | + | |
- | + | ||
- | Изображением точечного источника наз. точка, в которой пересекаются лучи от этого источника после прохождения оптической системы. | + | |
- | + | ||
- | Выпуклые линзы наз. собирающими, а вогнутые - рассеивающими. | + | |
- | + | ||
- | Для построения изображения в случае собирающей линзы используют свойства световых лучей: | + | |
- | - Луч, проходящий через центр линзы, не испытывает отклонения. | + | |
- | - Луч, параллельный главной оптической оси , проходит через главный фокус , расположенный за линзой на главной оптической оси. | + | |
- | + | ||
- | **Формула линзы:** | + | |
- | $$ \frac{1}{F}=\frac{1}{d}+\frac{1}{f} $$ | + | |
- | F -фокусное расстояние , d -расстояние до предмета, f - расстояние до изображения. | + | |
- | Линза собирающая:$$ F> 0, d> 0, f> 0 $$; | + | |
- | Линза рассеивающая:$$ F< 0, d> 0, f< 0 $$. | + | |
- | + | ||
- | Оптическая сила линзы: | + | |
- | $$ D=\frac{1}{F} $$ | + | |
- | Увеличение линзы: | + | |
- | $$ Г=\frac{f}{d} $$ | + | |
- | + | ||
- | Величина, обратная фокусному расстоянию, т. е. оптическая сила линзы, выражается через показатель переломления вещества линзы n | + | |
- | и радиусы кривизны ее поверхностей $ R_{1} $ и $ R_{2} $ следующим образом: | + | |
- | $$ \frac{1}{F}=\left ( n-1 \right )\left ( \frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}} \right ) $$ | + | |
- | + | ||
- | + | ||
- | **Свойство обратимости :** | + | |
- | + | ||
- | луч,противоположно лучу, выходящему из оптической системы, пройдет в нее в обратном направлении точно по тому же пути. по которому прошел ее в прямом направлении первый луч. | + | |
- | + | ||
- | Побочной оптической осью наз. любая отличная от главной оптической оси прямая, походящая через оптический центр линзы. | + | |
- | + | ||
- | Лучи, параллельные побочной оптической оси, проходят через точку пересечения побочной оптической оси с фокальной плоскостью ( которая проходит через главный фокус перпендикулярно главной оптической оси). | + | |
- | + | ||
- | ===== Задачи и опыты ===== | + | |
- | ==== Задачи ==== | + | |
- | ++++Оптика. Задача 1| | + | |
- | Из стекла с показателем преломления n=1,5 изготовлена плоско - выпуклая линза с радиусом кривизны поверхности $ R_{1}=25см.$ Определить оптическую силу линзы. | + | |
- | + | ||
- | **Решение** | + | |
- | Оптическая сила линзы определюется по формуле: | + | |
- | $$ D=\left ( n-1 \right )\left ( \frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}} \right ) $$ | + | |
- | В нашем случае радиус кривизны одной поверхности (плоской) равен бесконечности, т. е. $ \frac{1}{R_{2}}=0 $, а | + | |
- | $$ D=\frac{n-1}{R_{1}} $$ | + | |
- | $$ D=\frac{1.5-1}{0.25}=2 м^{-1} $$ | + | |
- | **Ответ** | + | |
- | Оптическая сила линзы равна 2 диоптриям. | + | |
- | ++++ | + | |
- | ++++Оптика. Задача 2| | + | |
- | **Задача 2** | + | |
- | + | ||
- | Собирающая линца, оптическая сила которой в воздухе D=8 диоптрий, в некоторой жидкости действует как рассеивающая линза с фокусным расстоянием | + | |
- | с фокусным расстоянием $ F_{1}=1 м $ Показатель преломления стекла линзы n= 1.5 Определить показатель преломления жидкости. | + | |
- | + | ||
- | **Решение** | + | |
- | + | ||
- | Оптическая сила линзы в жидкости определяется по формуле | + | |
- | $$ D_{1}=\frac{1}{-F_{1}}=\left ( \frac{n}{n_{1}} -1\right )\cdot \left ( \frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}} \right ) $$ | + | |
- | а в воздухе по формуле | + | |
- | $$ D=\left ( n -1\right )\cdot \left ( \frac{1}{R_{1}}+\frac{1}{R_{2}} \right ) $$ | + | |
- | Разделив почленно первое равенство на второе,получим | + | |
- | + | ||
- | $$ n_{1}= \frac{F_{1}Dn}{F_{1}D-n+1} $$ | + | |
- | + | ||
- | n=1.6 | + | |
- | + | ||
- | **Ответ** | + | |
- | + | ||
- | Показатель преломления жидкости равен 1,6. | + | |
- | ++++ | + | |
- | ++++Оптика. Задача 3|<box 570px> | + | |
- | {{ :subjects:physics:var_01-a17_zadacha_i_reshenie_.png?direct&550 |Оптика. Задача 3}} | + | |
- | </box|Оптика. Задача 3>++++ | + | |
- | ++++Оптика. Задача 4|<box 570px> | + | |
- | {{ :subjects:physics:var_02-a17_zadacha_i_reshenie_.png?direct&550 |Оптика. Задача 4}} | + | |
- | </box|Оптика. Задача 4>++++ | + | |
- | ++++Оптика. Задача 5|<box 570px> | + | |
- | {{ :subjects:physics:var_04-a17_zadacha_i_reshenie_.png?direct&550 |}} | + | |
- | </box|Оптика. Задача 5>++++ | + | |
- | ++++Оптика. Задача 6|<box 570px> | + | |
- | {{ :subjects:physics:var_2_ch1_zadacha_12_reshenie_.png?direct&550 |}} | + | |
- | </box|Оптика. Задача 6>++++ | + | |
- | + | ||
- | ==== Опыты ==== | + | |
- | === Модель волн. Скорость света === | + | |
- | ++++Измерение скорости света|{{youtube>qsLqQC52NTY?4}}++++ | + | |
- | ++++Механические модели волн. 1.|{{youtube>YJrtkpR1s24?4}}++++ | + | |
- | ++++Механические модели волн. 2.|{{youtube>uKI69DR0HZI?4}}++++ | + | |
- | ++++Диаграмма направленности диполя|{{youtube>9om4OcWX_mU?4}}++++ | + | |
- | ++++Спектр модулированного колебания|{{youtube>0aB5Hnfxsc0?4}}++++ | + | |
- | ++++Принцип суперпозиции. Модель на осциллографе|{{youtube>xWPmKEgePrU?4}}++++ | + | |
- | ++++Частота сигнала и характерное время прибора|{{youtube>bbMcdlDaVv4?4}}++++ | + | |
- | ++++«Стоячая волна» на экране осциллографа|{{youtube>qxgngaCzD6g?4}}++++ | + | |
- | + | ||
- | === Поляризация волн === | + | |
- | ++++Поперечность волны|{{youtube>b8aGmez3qPQ?4}}++++ | + | |
- | ++++Установка для наблюдения трехсантиметровых волн|{{youtube>IuSbE4QmuUI?4}}++++ | + | |
- | ++++Поляризация трехсантиметровых волн|{{youtube>QphlW36wwPw?4}}++++ | + | |
- | ++++Поляризатор и анализатор для трехсантиметровой волны|{{youtube>o1YXyibmUpg?4}}++++ | + | |
- | ++++Поляризация естественного света при отражении от стекла|{{youtube>UdmgVCi9VPY?4}}++++ | + | |
- | ++++Угол Брюстера|{{youtube>WickU6F8GrA?4}}++++ | + | |
- | ++++Естественный видимый свет. Три поляризатора. Закон Малюса|{{youtube>xDIVlk7Jf3I?4}}++++ | + | |
- | ++++Поляризатор и анализатор для видимого света - 1|{{youtube>TXeG2Tz0hb4?4}}++++ | + | |
- | ++++Поляризатор и анализатор для видимого света - 2|{{youtube>wR-WPocc128?4}}++++ | + | |
- | ++++Поляризатор и анализатор для дециметровой волны|{{youtube>lBRcSWtwdmg?4}}++++ | + | |
- | + | ||
- | === Законы отражения и преломления === | + | |
- | ++++Трехсантиметровые волны: закон отражения (металл)|{{youtube>8-dX7iJEPIU?4}}++++ | + | |
- | ++++Полное внутреннее отражение|{{youtube>HN37Jz8DHYg?4}}++++ | + | |
- | ++++Искривление луча в неоднородной среде|{{youtube>WdYxHT7vEYI?4}}++++ | + | |
- | ++++Модель световода|{{youtube>GQrykfIs0eQ?4}}++++ | + | |
- | ++++Куб и призма на пути трехсантиметровой волны|{{youtube>rj2TYm_S630?4}}++++ | + | |
- | ++++Трехсантиметровые волны: закон отражения (диэлектрик)|{{youtube>-JdhiLKZeXs?4}}++++ | + | |
- | ++++Трехсантиметровые волны: интерференция при отражении (просветление)|{{youtube>pgSgxkAsc0Y?4}}++++ | + | |
- | ++++Трехсантиметровые волны: диэлектрическая линза|{{youtube>yRjOCOETIXQ?4}}++++ | + | |
- | ++++Трехсантиметровые волны: диэлектрическая призма|{{youtube>dBQTvLwiEq8?4}}++++ | + | |
- | ++++Решётка -- зеркало для трёхсантиметровых волн|{{youtube>S2MNOtK2Weg?4}}++++ | + | |
- | ++++Дециметровые волны: «хорошее» и «плохое» зеркала|{{youtube>IksoD3z_850?4}}++++ | + | |
- | + | ||
- | === Стоячие волны === | + | |
- | ++++Стоячие трехсантиметровые волны|{{youtube>hSxC170bF2E?4}}++++ | + | |
- | ++++Трехсантиметровые волны: стоячие волны в резонаторе|{{youtube>ckf_1JZKEqw?4}}++++ | + | |
- | ++++Дециметровая стоячая волна|{{youtube>=K2k0N9le0Jg?4}}++++ | + | |
- | ++++«Стоячая волна» на экране осциллографа|{{youtube>qxgngaCzD6g?4}}++++ | + | |
- | ++++Поперечные стоячие волны на линейке со свободным концом|{{youtube>BSkje44cPbQ?4}}++++ | + | |
- | ++++Поперечные стоячие волны на резиновом шнуре|{{youtube>MK1GljBxUz4?4}}++++ | + | |
- | ++++Поперечные стоячие волны на проводе с переменным током|{{youtube>awZOhF5traE?4}}++++ | + | |
- | ++++Настройщик фортепиано и другие|{{youtube>gQ5aWstG0LQ?4}}++++ | + | |
- | ++++Поющая Труба|{{youtube>NHceusIKN7I?4}}++++ | + | |
- | + | ||
- | === Интерференция волн === | + | |
- | ++++Интерференция двух волн. Бипризма Френеля - 1|{{youtube>1u6lo020NcQ?4}}++++ | + | |
- | ++++Интерференция двух волн. Бипризма Френеля - 2|{{youtube>-IHHFU7vXRo?4}}++++ | + | |
- | ++++Интерферометр Маха-Цандера: его устройство|{{youtube>YEf6suQgEfw?4}}++++ | + | |
- | ++++Интерферометр Маха-Цандера. Поворот стеклянной пластинки|{{youtube>HfkLWb5oIIw?4}}++++ | + | |
- | ++++Интерферометр Маха-Цандера. «Деформация» основания»|{{youtube>k8twP3lT8og?4}}++++ | + | |
- | + | ||
- | === Дифракция Френеля === | + | |
- | ++++Зоны Френеля для трехсантиметровой волны|{{youtube>MoUTQ0D9gDQ?4}}++++ | + | |
- | ++++Зонная пластинка для трехсантиметровых волн|{{youtube>uXRQJC3QOZc?4}}++++ | + | |
- | ++++Трёхсантиметровые волны: пятно Пуассона|{{youtube>pgZ25Et8jI8?4}}++++ | + | |
- | ++++Трёхсантиметровые волны: фазовая зонная пластинка|{{youtube>gAqBvCxp8y0?4}}++++ | + | |
- | ++++Круглое отверстие. Геометрическая оптика - дифракция Френеля|{{youtube>-pQo6Tc1naU?4}}++++ | + | |
- | ++++Круглое отверстие. Дифракция Френеля - дифракция Фраунгофера|{{youtube>fwQ5y8yNWTY?4}}++++ | + | |
- | ++++Сравнение картин дифракции: ирисовая диафрагма и круглое отверстие|{{youtube>N4Y0aNfEJoI?4}}++++ | + | |
- | ++++Пятно Пуассона|{{youtube>KkdZIsrgaXA?4}}++++ | + | |
- | ++++Дифракция Френеля на краю полуплоскости|{{youtube>0NWy4tsZ4is?4}}++++ | + | |
- | ++++Трехсантиметровые волны: дифракция Френеля на двух щелях|{{youtube>4ldhZfnVao0?4}}++++ | + | |
- | + | ||
- | === Дифракция Фрагнгофера === | + | |
- | ++++Дифракция Фраунгофера. Щель и полоска|{{youtube>dQLxsTxd3PE?4}}++++ | + | |
- | ++++Дифракция Фраунгофера. Две щели|{{youtube>pdXeWWc5Rzo?4}}++++ | + | |
- | ++++Дифракционные решетки с разными периодами|{{youtube>i1qR0B3uYzQ?4}}++++ | + | |
- | ++++Двумерные дифракционные решетки|{{youtube>u9Elv_7YaSI?4}}++++ | + | |
- | ++++Трёхсантиметровые волны и очень узкая щель|{{youtube>nG-QcMY9vb8?4}}++++ | + | |
- | ++++Модель спирали Корню|{{youtube>htmdnrANwHs?4}}++++ | + | |
- | + | ||
- | === Волны в анизотропных средах === | + | |
- | ++++Двойное лучепреломление (видимый свет)|{{youtube>xDqXUOKxNKg?4}}++++ | + | |
- | ++++Искусственная анизотропия -- эффект Keppa|{{youtube>NB-GLm4BOnA?4}}++++ | + | |
- | ++++Двойное лучепреломление (кристалл исландского шпата)|{{youtube>Ps0FcQY2y2k?4}}++++ | + | |
- | ++++Анизотропное вещество между поляризаторами: пластинки слюды|{{youtube>_I7iIkBxOkA?4}}++++ | + | |
- | ++++Анизотропное вещество между поляризаторами: полимерная пленка|{{youtube>U0nvGs8ADVM?4}}++++ | + | |
- | ++++Анизотропное вещество между поляризаторами: болванка CD-диска|{{youtube>X-7YVIL_h7U?4}}++++ | + | |
- | ++++Анизотропное вещество между поляризаторами: нагруженная «балка»|{{youtube>BviMluopE5I?4}}++++ | + | |
- | ++++Анизотропное вещество между поляризаторами: слюдяная бабочка|{{youtube>b5eLxszgBtM?4}}++++ | + | |
- | ++++Анизотропное вещество между поляризаторами: мятая целлофановая обёртка|{{youtube>fGRh4Wyw9ow?4}}++++ | + | |
===== Рекомендуем ===== | ===== Рекомендуем ===== | ||
Строка 234: | Строка 26: | ||
---- | ---- | ||
- | |[[Электричество в опытах|← ]][[Электричество в опытах]]^[[subjects:physics:]]|[[Оптика в опытах]][[Оптика в опытах| →]]| | + | |[[Электричество в опытах|← ]][[Электричество в опытах]]^[[subjects:physics:]]|[[Оптика геометрическая]][[Оптика геометрическая| →]]| |