- •Проверка законов освещённости, фотометрирование источников света.
- •Энергетические величины: мощность излучения, интенсивность излучения, энергетическая освещенность, энергетическая светимость, энергетическая яркость.
- •Фотометрические величины: световой поток, сила света, освещенность, светимость, яркость.
- •Законы освещенности. Закон Ламберта.
- •3. Соотношения между энергетическими и фотометрическими величинами. Кривая видности.
- •Методы измерения световых величин. Объективные и субъективные фотометры.
- •3. Связь фокусного расстояния с показателем преломления стекла и радиусами кривизны линзы. Оптическая сила линзы.
- •4. Поперечное увеличение линзы
- •6. Аберрации линз.
- •Лабораторная работа №3
- •Изучение микроскопа.
- •Определение показателя преломления стекла при помощи микроскопа
- •Вопросы для теоретической подготовки:
- •1. Глаз. Угол зрения.
- •2. Лупа. Ход лучей в лупе. Вывести формулу увеличения лупы.
- •3. Микроскоп. Ход лучей в микроскопе. Вывести формулу увеличения микроскопа
- •Числовая апертура объектива и разрешающая способность микроскопа
- •Показатель преломления. Его физический смысл.
- •Почему, камень лежащий на дне водоема камень, кажется ближе?
- •Основные законы геометрической оптики.
- •Измерение показателя преломления жидкостей рефрактометром Аббе и определение показателя преломления твердых тел.
- •Абсолютный и относительный показатели преломления вещества, их физический смысл.
- •Граничные условия для векторов электрического и магнитного полей волны. Вывод законов преломления и отражения света.
- •Отражение и преломление света на границе двух однородных прозрачных диэлектриков
- •Вывод формул Френеля для отраженного и преломленного света. Угол Брюстера.
- •Полное внутреннее отражение. Наблюдение проникновения света во вторую среду при полном внутреннем отражении. Световоды.
- •Полное внутреннее отражение.
- •Применения явления полного внутреннего отражения.
- •Рефракторетр Аббе, устройство и его работа. Призма Амичи.
- •Принцип работы рефрактометра
- •Призма прямого зрения - призма Амичи.
- •Оптическая схема рефрактометра.
- •Методика работы с рефрактометром ирф-23.
- •Фазовая и групповая скорость волны, формула Рэлея.
- •Распространение электромагнитной волны. Фазовая и групповая скорости Фазовая скорость.
- •Групповая скорость.
- •Лабораторная работа № 5 Определение дисперсии стеклянных призм с помощью гониометра Вопросы для теоретической подготовки:
- •1. Вывести соотношение для угла наименьшего отклонения луча в призме.
- •2. Устройство гониометра и принципы измерения преломляющих углов и углов наименьшего отклонения стеклянных призм.
- •3. В чем состоит явление дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсия. Электронная теория дисперсии (с выводом).
- •4. Разрешающая сила призмы.
Основные законы геометрической оптики.
Формулировка принципа. Ферма предположил, что распространение света из одной точки в другую происходит по такому пути, прохождение которого требует меньше времени, чем любые другие пути между теми же точками. В этом заключается существо принципа Ферма, называемого также принципом наименьшего времени.
Согласно принципу наименьшего времени Ферма, вариация интеграла, которым определяется время распространения света, должна обращаться в нуль
(3.16)
Это и есть математическое выражение принципа Ферма.
Выражение (3.16) в действительности является более общим, чем принцип Ферма, сформулированный в своем первоначальном виде. Дело в том, что условие 8t = 0 не является условием только минимума; это есть условие экстремума — минимума, максимума или стационарности. Следовательно, свет при распространении между двумя точками может «выбирать» не только путь, требующий минимального времени прохождения, но также путь, требующий максимального времени, либо пути, требующие одинакового времени. Все эти три случая станут более ясными на следующих конкретных примерах.
Закон прямолинейного распространения света в однородной среде как следствие принципа Ферма. Ввиду того что минимальное расстояние между двумя точками есть прямая линия, соединяющая эти точки, прямолинейное распространение света в однородной среде является прямым следствием принципа Ферма.
Вывод закона отражения. Из точки А направим луч света на зеркальную поверхность (рис. 3.12). Отраженный от зеркала луч достигает точки В, Исходя из принципа Ферма, определим путь, требующий минимального времени распространения из точки А в точку В. Опустим нормали из точек А и В к зеркальной поверхности. Введем обозначения: А1О = х, А1В1 = а = const, АА1 = h1, ВВ1 = h2. Время, требуемое для распространения света из точки А в точку В с условием отражения от зеркальной поверхности, равно
(3.17)
г де υ — скорость распространения света. Как видим, время распространения света зависит от положения точки О, т. е. от переменной х. Тогда согласно принципу Ферма имеем
(3.18)
Отсюда sin i + sin i1 = 0 и i = - i1 , Знак минус показывает, что углы iи i1 расположены по разным сторонам нормали к поверхности.
Следовательно, как вытекает из принципа Ферма, минимальным является путь, при котором имеет место известный нам закон отражения.
Вывод закона преломления. Пусть имеем две граничащие прозрачные среды с показателями преломления п1 и п2 (рис. 3.13). Луч, вышедший из точки А первой среды, после преломления на границе раздела будет следовать по некоторой прямой OS. Докажем, исходя из принципа Ферма, что луч света из точки А в точку В распространится в соответствии с законом преломления sini/sinr=n2/n1
Как и в предыдущем случае, обозначим: А1О = х, А1В1 = а = const, АА1 = h1, ВВ1 = h2. Тогда время, требуемое для распространения света из точки А в точку В, равно
(3.19)
где υ1 и υ 2 — скорости распространения света соответственно в первой и во второй средах. Время распространения света зависит от положения точки 0, Согласно принципу Ферма, луч света из всевозможных путей (АОВ, АО1В, АО2В и т. д.) «выберет» тот, который требует минимального времени распространения, т.е. будет реальным тот путь, для которого имеет место dt = 0. Следовательно,
(3.20)
Отсюда
(3.21)
Поскольку любой путь от точки А до точки В, лежащий вне плоскости, проведенной через точки А и В нормально к границе раздела *, проходится светом за большее время, чем путь АОВ, лежащий в плоскости падения, то из принципа Ферма следует: путь, требующий минимального времени, лежит в плоскости падения, т. е. падающий и преломленные лучи лежат на одной плоскости — плоскости падения. Аналогичное положение имеет место и при отражении света от границы раздела двух сред.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4