Лекция 8 Оптика

1.1. Природа света.

Так как свет обладает и свойствами волны и свойствами частицы, поэтому принято считать, что свет является одновременно и распространением электромагнитных волн и потоком частиц. Таким образом природа света является двойственной.

Свет это сложный электромагнитный процесс, обладающий как свойствами волны так и свойствами частиц.

Кроме того, в теории света существуют упрощенные представления о прямолинейном распространении света.

С точки зрения волновой теории, свет – это две поперечные волны, распространяющие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (одна обусловлена – колебаниями вектора напряженности электрического поля, а вторая – магнитного поля).

С точки зрения корпускулярной теории, свет представляет собой поток квантов.

В этой связи оптика делится на три подраздела:

Геометрическая – основана на упрощённых представлениях о прямолинейности распространения света;

Волновая - рассматривает свет как волновой процесс.

Квантовая – рассматривает свет как поток частиц.

Фронтом волны называется поверхность, до которой одновременно доходят волны от источника.

В основе волновых явлений оптики лежит принцип Гюйгенса-Френенля: каждая точка фронта волны является источником вторичных когерентных волн.

Когерентными называются волны одинаковой длины, имеющие постоянную во времени разность фаз.

Скорость распространения света в любой среде меньше скорости света в вакууме.

1.2.Геометрическая оптика.

Свет в различных средах распространяется с различными скоростями. Среда, в каждой точке которой свет распространяется с одинаковой скоростью, называется однородной. Среды характеризуются скоростью распространения электромагнитных волн и показателем преломления.

Абсолютный показатель преломления среды

показывает во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в данной среде.

Относительный показатель преломления

показывает во сколько раз скорость света в одной среде больше, чем в другой.

Среда, у которой абсолютный показатель преломления больше называется оптически более плотной средой.

Рассмотрим случай, когда луч падает из оптически менее плотной среды в оптически более плотную. При таких условиях угол падения больше угла преломления (рис.69).

α β

граница воздух

раздела сред вода

ɣ

Рисунок 69.

α-угол падения

β-угол отражения

ɣ-угол преломления

Е сли < , то угол α > угла ɣ

Рассмотрим основные законы геометрической оптики.

Закон отражения.

Луч падающий и отраженный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным к границе раздела двух сред в точке падения луча. Причем угол падения равен углу отражения.

Закон преломления.

Луч падающий и преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром к границе раздела двух сред, восстановленным в точке падения луча.

Причем,

Подставим в закон преломления выражение для угла преломления:

Рассмотрим случай, когда свет падает из оптически более плотной среды в оптически менее плотную среду. В этом случае угол преломления будет больше угла падения.

Рисунок 70.

При определенном угле падения, называемом предельным углом падения преломленный луч распространяется вдоль границе раздела двух средних.

Если падающий луч распространяется под углом падения больше, чем предельный, то преломленный луч не будет выходить за границу раздела двух средних, а будет так же отражаться и распространяться все в той же среде (рис.70). Это явление называется рефракцией или полным внутренним отражением.