- •2. . Центрированные оптич. Системы.
- •3. Фотометрические величины и единицы. Источники Ламберта.
- •13. Интерференция света при отражении на тонких пластинах
- •14Локолизация полос интерференции.Полосы равного наклона и равной толщины.
- •16.Дифракция Фринеляот кругового отверстия,от кругового диска.
- •23.Тепловое излучение и его характеристики.
- •Закон Кирхгофа для равновесного излучения.
- •Абсолютно черное тело. Закон Стефана-Больцмана.
- •26. Фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта. Формула Эйнштейна.
- •28. Закономерности линейчатых спектров.
- •29. Опыт Резерфорда по рассеиванию альфа-частиц. Ядерная модель атома. Ф-ла Резерфорда.
- •30. Постулаты Бора. Существование дискретных уровней. Элементарная теория водор. Атома.
- •31. Волновые свойства частиц. Гипотеза де-Бройля.
1.Оптика – раздел физики, который изучает природу света, световые явления и взаимодействие света с веществом.
Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны, и поэтому оптика является частью общего учения об электромагнитном поле.
В зависимости от круга рассматриваемых явлений оптику делят на геометричекую (лучевую), волновую (физическую), квантовую (корпускулярную)
К оптическому диапазону спектра относятся: инфракрасный ( v = 300 ГГц — 429 ТГц λ = 1 мм — 780 нм), видимый (v = 429 ТГц — 750 ТГц λ = 780—380 нм) ультрафиолетовый (v = 7,5×1014 Гц — 3×1016 Гц λ = 380 — 10 нм). Источником оптического излучения является излучение атомов и молекул при электрическом и тепловом воздействии, а также при их транспортировке.
Основные законы оптики: 1) Свет в изотропной среде распостраняется одинаково;
2) Световые лучи малой интенсивности не возмущают друг-друга;
3) Закон отражения света: Луч падающий и луч отраженный вместе с перпендикуляром, проведенным на точку падения лежат в одной плоскости. Угол падения равен углу отражения;
4) Закон приломления света: Луч падающий и луч приломленный вместе с перпендикуляром, проведенным на точку падения лежат в одной плоскости.
sin i1/sin i2 = n12 = n2/n1
n12 – относительный показатель приломления
n2,n1 - абсолютный показатель приломления показывает во сколько скорость света в вакууме больше чем в данном пространстве.
5) Закон обратимости световых лучей: Если на встречу лучу притерпивающему ряд отражений и приломлений пустить другой луч, то он пройдет тот же путь;
6) Закон полного внутреннего отражения:
sin iпр. = n2/n1
Принцип Гюйгенса.
Каждая точка среды, до которой доходит волновое возмущение сама становится источником вторичных волн, огибающие этих вторичных волн является волновым фронтом в следующий момент времени. Интенсивность волны в любой точке пространства определяется интерференцией вторичных волн.
принцип Гюйгенса позволяет предсказать явление дифракции света, а также также то, что маленькие отверстия на пути света становятся источниками вторичных волн.
Теория Ньютона развитая ранее была ошибочной.
Недостатки принципа.
Он не позволяет определить интенсивность света в том или ином месте пространства.
Так по принципу Гюйгенса волна может идти в обратном направлении, хотя интенсивность света в этом направлении равна 0.
Основная допущенная ошибка это то, что он считал свет - потоком частиц, которые распостраняются с разной скоростью в разных средах и приписывал свету все свойства именно потока частиц
Принцип Фирма
Свет всегда распостраняяется по такому пути, на прохождение которого затрачивается минимум времени и оптическая длина которого минимальна.
dt = dS/V = 1/c * n *dS
t =
- оптическая длина пути дя неоднородной среды
В однородной среде формула будет принемать такой вид:
2. . Центрированные оптич. Системы.
Оптич. сис. наз. центрированной, если центры всех ее эл-ов лежат на одной прямой, к-ая наз. глав. оптич осью. Для того, чтобы построить изображение в центри-ой оптич. сис., необязательно послед-но строить ход лучей для каждого эл-та оптич. сис-ы. У оптич. сис. имеются 3 особые точки и 3 осбые пл-ти, задание к-ых полностью определит св-во сис-мы и позволит строить эти точки и пл-ти наз. 1)фокальные точки и и фокальные пл-ти и
2)глав. точки и глав. пл-ти и , и ;
3)узловые точки и пл-ти и , и
Главные точки глав. пл-ти имеют такую особенность, что если предмет расположить в перед. глав. пл-ти, то его изображение получится на зад. глав. пл-ти по вел-не равной самому предмету ( увеличь V=1)
Узловые точки и пл-ти обладают такой особенностью, что сопряженные лучи, падающие на сис-му из узловой точки и выходящие из узловой точки,
м/у собой ║-ны.
Если показатели
прелом-ия сред.
по обе стороны оптич. сис. одинаковы, то узловые и главные пл-ти совпадают. Если перед. и заднии фокусы лежат на ∞, то оптич. сис-а наз. афокальной или телескопичной.
Сферич. и плоские зеркала. Формула сферич. зеркала.
Ход лучей в сферич. зеркалах:
,
sinα ~ tgα, , , , α ~ 0, γ ~ 0, β ~ 0 , , , , ;
- ф-ла сферич. зеркала.Из этой ф-лы легко получить ф-лу плоского зеркала
ф-ла плоского зеркала -
3. Фотометрические величины и единицы. Источники Ламберта.
Фотометрией называется раздел оптики, занимающийся измерением световых потоков и величин, связанных с такими потоками.
Сила света. Источник света, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием .от места наблюдения до источника, называется точечным. В однородной и изотропной среде волна, излучаемая точечным источником, будет сферической. Для характеристики точечных источников света применяется сила света /, которая определяется как поток излучения источника, приходящийся на единицу телесного угла:
(114.1)
(dФ — световой поток, излучаемый источником в пределах телесного угла dQ). Для изотропного источника
(114.2)
где Ф — полный световой поток, излучаемый источником по всем направлениям.
В случае протяженного источника можно говорить о силе света элемента его поверхности . Тогда под в формуле (114.1) следует понимать световой поток, излучаемый элементом поверхности dS в пределах телесного угла
Единица силы света — кандела (кд) является одной из основных единиц Международной системы (СИ). Ее значение принимается таким, чтобы яркость (см. ниже) полноголизлучателя при температуре затвердевания платины была равна 60 кд на 1 см2. Под полным излучателем понимается устройство, обладающее свойствами абсолютно черного тела (см. т. 3).
Световой поток. Единицей светового потока является люмен (лм). Он равен световому потоку, излучаемому изотропным источником с силой света в 1 кд в пределах телесного угла в один стерадиан:
(114.3)
Опытным путем установлено, что световому потоку в 1 лм, образованному излучением с длиной волны А, = 0,555 мкм, соответствует поток энергии в 0,0016 Вт. Световому потоку в 1 лм,-образованному излучением с другой Я, соответствует поток энергии
(114.4)
Освещенность. Степень освещенности некоторой поверхности падающим на нее светом характеризуется величиной
(114.5)
называемой освещенностью ( — световой поток, падающий на элемент поверхности ).
Единицей освещенности является люкс (лк), равный освещенности, создаваемой потоком в 1 лм, равномерно распределенным по поверхности площади в 1 м2:
(114.6)
Освещенность Е, создаваемую точечным источником, можно выразить через силу света /, расстояние г от поверхности до источника и угол а между нормалью к поверхности п и направлением на источник. На площадку dS (gnc. 114.1) падает поток =
— , заключенный в пределах телесного угла , опирающегося на Угол равен Следовательно, Разделив этот поток на dS, получим
(114.7)
Светимость. Протяженный источник света можно охарактеризовать светимостью М различных его участков, под которой понимается световой поток, испускаемый единицей площади наружу по всем направлениям (в пределах значений О от 0 до л/2; Ф — угол, образуемый данным направлением с внешней нормалью к поверхности):
(114.8)
( — поток, испускаемый наружу по всем направлениям элементом поверхности ис точника).
Светимость может возникнуть за счет отражения поверхностью падающего на нее света. Тогда под в формуле (114.8) следует
понимать поток, отраженный элементом поверхности по всем направлениям.
Единицей светимости является люмен на квадратный метр (лм/м2).
Яркость. Светимость характеризует излучение (или отражение) света данным местом поверхности по всем направлениям. Для характеристики излучения (отражения) света в заданном направлении служит яркость L. Направление можно задать полярным углом О (отсчитываемым от внешней нормали п к излучающей площадке , ) и азимутальным углом ф. Яркость определяется как отношение силы света элементарной поверхности в данном направлении к проекции площадки на плоскость, перпендикулярную к взятому направлению.
Рассмотрим элементарный телесный угол , опирающийся на светящуюся площадку и ориентированный в направлении
(*, ф) (рис. 114.2). Сила света площадки в данном направлении согласно определению (114.1) равна — световой поток, распространяющийся в пределах угла Проекцией AS на плоскость, перпендикулярную к направлению ( ) (на рис. 114.2 след этой плоскости изображен пунктиром), будет Следовательно, яркость равна
(114.9)
В о0щем случае яркость различна для разных направлений: . Как и светимость, яркость может быть использована
для характеристики поверхности, отражающей падающий на нг< свет.
Согласно формуле (114.9) поток, излучаемый площадкой и пределах телесного угла по направлению, определяемому о и ф, равен (114.10)
Источники, яркость которых одинакова по всем направлениям (L = const), называются ламбертовскими (подчиняющимися закону Ламберта) или косинусны м и (поток, посылаемый элементом поверхности такого источника, пропорционален соз Ф). Строго следует закону Ламберта только абсолютно черное тело!
С ветимость М и яркость L ламбертовско го источника связаны простым соотношением. Чтобы найти его, подставим в (114.10) и проинтегрируем полученное выражение по ср в пределах от 0 до 2я и по ft от 0 до я/2, учтя, что.В результате мы найдем полный световой поток, испускаемый элементом поверхности ламбертовского источника наружу по всем направлениям:
Разделив этот поток на AS, получим светимость. Таким образом, для ламбертовского источника
(114.11)
Единицей яркости служит кандела на квадратный метр (кд/м2). Яркостью в 1 кд/м2 обладает равномерно светящаяся плоская поверхность в направлении нормали к ней, если в этом направлении сила света одного квадратного метра поверхности равна одной канделе.