Проверь себя

1. Сфера, изготовленная из пластика с показателем преломления, равным 1,333, помещена в резервуар, заполненный водой. Можно ли визуально определить место положения сферы?

2. Чему равен угол преломления при нормальном падении луча света на границу раздела двух сред?

3. Могут ли заднее и переднее фокусные расстояния линзы быть разными?

4. Какая из точек (1,2,3 или 4), показанных на рисунке, является изображением точки S в собирающей линзе?

5. Какие значения может принимать абсолютный показатель преломления?

6. Может ли относительный показатель преломления быть меньше 1 и почему?

7. Может ли угол падения быть меньше угла преломления? Если «да», то при каких условиях?

8. Чему равен угол преломления при предельном угле падения?

9. Может ли наблюдаться полное внутреннее отражение, если луч переходит из среды с показателем преломления равным 1,333, в среду с показателем преломления равным 1,6?

11 Волновая и корпускулярная природа света

Законы геометрической оптики описывают поведение светового луча и не рассматривают его природу.

Волновые свойства света проявляются в таких оптических явлениях как интерференция, дифракция и поляризация, а такие физические явления как поглощение света веществом, дисперсия света могут быть объяснены как волновыми свойствами света, так и фотонной теорией света.

11.1 Волновая оптика. Диапазоны электромагнитных волн

Диапазон электромагнитных волн очень широк, нас будут интересовать только электромагнитные волны, частоты колебаний векторов напряженности электрического поля и магнитного поля в которых сравнимы с собственными частотами колебаний атомов и молекул, а длины волн сравнимы с молекулярными размерами и межмолекулярными расстояниями. Этот диапазон назвали оптическим. Выделим в нем следующие области:

1)ультрафиолетовая область, длины волн лежат в пределах от 5×10^-8 до 4×10^-7м

2) видимая область, длины волн лежат в пределах (4-7)×10^-7м

3) инфракрасная область, длины волн лежат в пределах от 7×10^-7м до 10м.

Шкала электромагнитных волн. Границы между различными диапазонами условны.

Таким образом, свет оптического диапазона является очень удобным инструментом исследования явлений, происходящих на межмолекулярном уровне. Применение оптических методов позволяет определять показатель преломления вещества с точностью до шестого знака после запятой (интерференционные микроскопы). Оптические методы исследования биологических жидкостей основываются на явлениях дифракции, поглощения света, дают возможность определять состав вещества, размеры различных частиц. Существенным достоинством этих методов является широкий диапазон регистрируемых размеров, отсутствие предварительной обработки изучаемой пробы.

Рассмотрим распространение световой волны в изотропном, однородном пространстве. Распространяясь от источника колебаний, волновой процесс охватывает все новые и новые части пространства. Геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t, называется фронтом волны. Фронт волны представляет собой ту поверхность, которая отделяет часть пространства, уже вовлеченную в волновой процесс, от части пространства, в которой колебания еще не возникли. Если источник возмущений мал (точечный источник) и скорость распространения волн во все стороны одинакова, то, очевидно, фронт волны должен иметь вид сферической поверхности, центр кривизны которой совпадает с местонахождением источника. В этом случае волна называется сферической. Если источник находится очень далеко от области наблюдения, то фронт волны представляется частью сферической поверхности очень большого радиуса. Если радиус кривизны поверхности стремиться к бесконечности, то такая поверхность представляет собой плоскость. Волна, фронт волны которой представляется плоскостью, называется плоской волной. Фронт волны всегда перемещается вдоль направления нормали к фронту. Направление, по которому распространяется волна, называется лучом, т.е. фронт волны и луч всегда взаимно перпендикулярны.

Рисунок 11.1

Распространение световой волны в пространстве можно объяснить с помощью принципа Гюйгенса, который устанавливает способ построения фронта волны в момент времени t+t по известному положению фронта волны в момент времени t. Согласно принципу Гюйгенса каждую точку на первичном волновом фронте следует рассматривать как источник вторичной сферической волны. Поэтому, изобразив ряд сферических волн, исходящих из первичного волнового фронта, а, затем, построив их огибающую, мы получим форму и положение всей волны в более поздний момент времени (см.рис.11.1). По сути своей, Гюйгенс, рассматривая распространение волны в пространстве, действие первичного источника заменил совокупностью вторичных источников.