- •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.
Полное внутреннее отражение. Наблюдение проникновения света во вторую среду при полном внутреннем отражении. Световоды.
Годжаев гл.3 с.9-12(до второго абзаца) п2, с13-15 применения полного внутр отр. (до рефрактометров).
Полное внутреннее отражение.
В предыдущем параграфе мы получили закон преломления света, согласно которому отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно показателю преломления второй среды относительно первой. Из этого закона следует, что при прохождении световой волны из оптически менее плотной среды в более плотную преломленный луч приближается к нормали. И обратно, когда свет распространяется из оптически более плотной среды в менее плотную, преломленный луч удаляется
РИС(4.4) РИС(4.5)
от нормали. В этом случае угол преломления становится больше угла падения. С увеличением угла падения соответственно увеличивается и угол преломления. Так как в рассматриваемом случае угол преломления всегда больше угла падения, то очевидно, что при некотором строго определенном для
данных сред угле падения угол преломления станет равным 90°, т. е. преломленный луч будет скользить по поверхности раздела. Такое значение угла падения (рис. 3.6) называется предельным углом (фпред)- Если луч падает под углами, большими предельного, то преломленного луча не будет, т. е. произойдет полное внутреннее отражение света от границы раздела.
Значение предельного угла определяется из формулы (3.10) при подстановке в нее if = 90°, Тогда имеем
К аналогичному выводу можно прийти, исходя из соотношений интенсивностей. С этой целью исследуем поведение вектора электрической напряженности преломленной и отраженной волн.
Преломленную волну, распространяющуюся вдоль (рис. 3.7), можно описать уравнением
(4.21)
Этим же уравнением можно описывать некую волну, распространяющуюся вдоль оси х со скоростью
и амплитудой которая характеризует глубину проникновения падающей волны во вторую среду. Исходя из закона преломления, определим
(4.22)
Подставляя это выражение cosφ) в амплитудную часть уравнения (3.22), имеем
(4.23)
Выражение (3.24) позволяет нам прийти к выводу, что в формуле (3.23) знак плюс лишен физического смысла. Действительно, как видно из формулы (3.24), знак плюс соответствует бесконечному увеличению амплитуды во второй среде, что является абсурдом. Следовательно, для амплитуды соответствующей волны имеем
Что перед корнем (4.24)
При имеем и, следовательно, выражение под корнем в (3.25) является вещественной величиной. В этом случае наличие волны
(4.25)
во второй среде, амплитуда которой резко уменьшается по мере углубления, показывает, что при полном внутреннем отражении (при ) во второй среде присутствует электромагнитная волна.
Исследуя отраженные волны, докажем, что при весь поток падающей энергии возвращается в первую среду. Действительно, как следует из двух первых уравнений системы (3.14),
(4.26)
Учитывая (3.24) со знаком минус, а также закон преломления в (3.26), получим:
(4.27)
Где, Как следует из (3.27), при
(4.28)
Доказательство соотношения (3.28) может быть проведено читателем самостоятельно.
П роникновение электромагнитной энергии во вторую среду при полном внутреннем отражении. Уравнения (3.25) и (3.28) на первый взгляд
РИС(4.7)
РИС(4.6)
противоречат друг другу: во второй среде присутствует электромагнитная энергия, в то время как весь поток падающей энергии возвращается в первую среду. В действительности же в данном случае никакого парадокса не существует. Фактически при полном внутреннем отражении часть потока энергии, проникая во вторую среду на очень маленькую глубину (порядка длины волны, зависящей от угла падения и показателя преломления), возвращается в первую среду (рис. 3.8). Доказано *, что места входа и выхода потока энергии при этом явлении смещены друг относительно друга на расстояние порядка полудлины волны. Таким образом, при полном внутреннем отражении имеет место движение энергии вдоль границы раздела с выходом в первую среду.
Явление проникновения электромагнитной (световой) энергии во вторую, оптически менее плотную среду наблюдалось экспериментально. Схема одного из опытов дана на рис. 3.9. Две призмы полного внутреннего отражения
поставлены так, что между ними образуется зазор очень малой (порядка длины падающей волны) толщины. При большой толщине зазора приемник не регистрирует энергии. Однако если толщина зазора меньше глубины проникновения при полном внутреннем отражении, то проникающая энергия, пройдя через вторую призму, попадает в приемник. Меняя толщину зазора, можно варьировать количество прошедшей энергии. Толщина зазора выбирается в зависимости от длины падающей волны. Так, например, толщина зазора в УКВ-диапазоне в 105 раз больше, чем в оптическом диапазоне.