Полное внутреннее отражение.
Законы преломления света.
Законы преломления света - законы геометрической оптики, согласно которым: -1- падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости; -2- отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для заданной пары двух сред.
Полное внутреннее отражение
Полное внутреннее отражение, отражение оптического излучения (света) или электромагнитного излучения другого диапазона (например, радиоволн) при его падении на границу раздела двух прозрачных сред из среды с большимпреломления показателем (ПП). П. в. о. осуществляется, когда угол падения i превосходит некоторый предельный (называется также критическим) угол iпр. При i > inp преломление во вторую среду прекращается. Впервые П. в. о. описано И. Кеплером. После открытия Снелля закона преломления стало ясно, что в рамках геометрической оптики П. в. о. — прямое следствие этого закона: оно обусловлено тем, что угол преломления j не может превышать 90° (рис. 1). Величина iпр задаётся условием siniпр = 1/n, где n — относительный ПП 1-й и 2-й среды. Значения n и, следовательно, iпр несколько отличаются для разных длин волн (частот) излучения (дисперсия света). При П. в. о. электромагнитная энергия полностью (отсюда — "полное") возвращается в оптически более плотную (с большим ПП) среду. Значениеотражения коэффициента при П. в. о. превосходит его самые большие значения для зеркального отражения от полированных поверхностей и практически с высокой точностью равно 1. Кроме того, этот коэффициент при П. в. о., в отличие от зеркального отражения, не зависит от длины волны излучения (при условии, что для этой длины волны П. в. о. вообще имеет место) и даже при многократном П. в. о. спектральный состав ("цвет") сложного излучения не меняется. Поэтому П. в. о. широко используется во многих оптических приборах и экспериментах (см., например, Волоконная оптика, Отражательные призмы, Поляризационные призмы,Световод, см. рис. 2 и 3). Следует, однако, отметить, что энергия электромагнитных волн при П. в. о. частично проникает во 2-ю (с меньшим ПП) среду, но затем возвращается обратно. Глубина этого проникновения весьма невелика — порядка длины волны отражаемого света. См. также Отражение света, Преломление света, Френеля формулы.
БИЛЕТ№ 53.
Линзы. Формула линзы. Оптическая сила линзы. Построение изображения в тонких линзах.
Линзы.
Линза (нем. Linse, от лат. lens — чечевица) — деталь из оптически (и не только, линзы также применяются в СВЧ технике, и там обычно состоят из непрозрачных диэлектриков или набора металлических пластин) прозрачного однородного материала, ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической. В настоящее время всё чаще применяются и «асферические линзы», форма поверхности которых отличается от сферы. В качестве материала линз обычно используются оптические материалы, такие как стекло, оптическое стекло, оптически прозрачные пластмассы и другие материалы
Виды линз: Собирающие: 1 — двояковыпуклая 2 — плоско-выпуклая 3 — вогнуто-выпуклая (положительный(выпуклый) мениск) Рассеивающие: 4 — двояковогнутая 5 — плоско-вогнутая 6 — выпукло-вогнутая (отрицательный(вогнутый) мениск)
Формула линзы.
ФОРМУЛА ЛИНЗЫ - условное название формулы, связывающей между собой расстояние a предмета от линзы и расстояние b изображения от линзы с главным фокусным расстоянием f:
Формула позволяет по двум данным определить третье; например: если дано главное фокусное расстояние объектива f = 13,5 см и расстояние от предмета до объектива а=40 см, то расстояние от объектива до изображения будет:
Расстояния а и b отсчитываются соответственно от передней и задней главных плоскостей объектива или линзы.
Оптическая сила линзы.
ОПТИЧЕСКАЯ СИЛА ЛИНЗЫ - величина, характеризующая степень отклонения линзой проходящих через нее лучей. Чем сильнее отклоняются лучи от первоначального направления, тем большей считается оптическая сила. Оптическая сила собирательной линзы считается положительной, рассеивающей - отрицательной.
В отличие от фокусного расстояния, определяющего в основном масштаб изображения, оптическая сила определяет сходимость пучка, т. е. величину, обратную фокусному расстоянию. Оптическая сила измеряется в диоптриях. Если фокусное расстояние дано в сантиметрах, оптическая сила в диоптриях получается делением числа 100 на фокусное расстояние, и точно так же по данной оптической силе можно найти фокусное расстояние, разделив 100 на оптическую силу, выраженную в диоптриях:
причем положительному фокусному расстоянию соответствует положительная оптическая сила, отрицательному - отрицательная. Например:
Диоптрийное исчисление принято главным образом в очковой оптике, но им пользуются и в фотографической оптике, например в диоптриях маркируется большинство насадочных линз.
Для пересчета оптической силы в фокусное расстояние и на оборот может служить следующая таблица:
Построение изображения в тонких линзах.
Линзы управляют световыми лучами и изображением, собирая, рассеивая и преобразуя их. Поместив источник света в фокус собирающей линзы, мы преобразуем расходящиеся от него лучи в параллельные, хорошо освещающие удаленные предметы. Кроме собирания и рассеивания света, важно получение различных изображений предметов. В фотокамере линза дает уменьшенное изображение фотографируемого, в кино-/диа-проекторе – увеличенное во много раз. Как они получаются?Можно проделать опыт, перемещая свечу от линзы на расстояние до фокуса, – увидим свечу увеличенной, за фокусом – изображение пропадет и появится по другую сторону, далеко от линзы, увеличенное и перевернутое, за двойным фокусным расстоянием – уменьшенным и близким, около фокуса линзы.Линза создает изображения, как и зеркало, свет от точки собирается в точку независимо от пути прохождения. Если выходящие лучи сходятся, то образуют действительное изображение, если расходятся, то мнимое (пересекаются их продолжения). Его можно наблюдать глазом. Зная расстояние от источника до линзы и фокусное расстояние ее, можно найти место изображения.Для построения точки достаточно двух лучей, можно взять известные нам – через центр и параллельный оси. Первый не меняет направления, второй после линзы пройдет через фокус.Построение хода лучей показывает (рис.11.19):1. Предмет между линзой и фокусом дает увеличенное, прямое и мнимое изображение - дальше предмета. Это используется в лупе (11.21), “увеличительном стекле” – для рассматривания мелких предметов, текста, сборки часов.2. Предмет между фокусом и двойным фокусом (Ф<d<2Ф) дает увеличенное, перевернутое, действительное изображение по другую сторону от линзы, за двойным фокусным расстоянием. Такое используется в проекционном аппарате и кино (11.25). Для нормального вида, прямого изображения кадры нужно ставить в перевернутом виде.3. Предмет за двойным фокусным расстоянием (2Ф) дает уменьшенное, перевернутое, действительное изображение по другую сторону от линзы, между ее фокусом и двойным фокусом. Это используется в фотокамере (11.26).Помещая предмет в разные места, т.о. можно видеть его с любым увеличением или уменьшением.Рассеивающая же линза при все положениях дает уменьшенное, прямое и мнимое изображение по ту же сторону, что и предмет.При мнимом фокусе фокусное расстояние и оптическую силы (Д=1/Ф) считают отрицательными.Что означает зрение или очки (оптическая сила линз, в диоптриях) –2.5 ? – Это означает рассеивающую линзу с фокусным расстоянием Ф=1/Д=1/-2.5=–0.4 м.
БИЛЕТ №54. Глаз и оптические приборы: лупа, микроскоп, телескоп-рефрактор.
Оптические приборы.
Лупа.
Лу́па — оптическая система, состоящая из линзы или нескольких линз, предназначенная для увеличения и наблюдения мелких предметов, расположенных на конечном расстоянии. Используется во многих областях человеческой деятельности, в том числе в биологии, медицине, археологии, банковском и ювелирном деле, криминалистике, при ремонте часов и радиоэлектронной техники, а также в филателии, нумизматике ибонистике.