Физика оптика краткая теория: Оптика - Физика - Теория, тесты, формулы и задачи - Центр социальной реабилитации инвалидов и детей-инвалидов Фрунзенского района Санкт-Петербурга

06.04.201906.06.2021

Физика оптика краткая теория: Оптика – Физика – Теория, тесты, формулы и задачи

Содержание

Оптика – Физика – Теория, тесты, формулы и задачи

Основные теоретические сведения

Световые волны

К оглавлению…

Свет – это электромагнитные волны, длины волн которых лежат для среднего глаза человека в пределах от 400 до 760 нм. В этих пределах свет называется видимым. Свет с наибольшей длиной волны кажется нам красным, а с наименьшей – фиолетовым. Запомнить чередование цветов спектра легко с помощью поговорки «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан». Первые буквы слов поговорки соответствуют первым буквам основных цветов спектра в порядке убывания длины волны (и соответственно возрастания частоты): «Красный – Оранжевый – Желтый – Зеленый – Голубой – Синий – Фиолетовый». Свет с большими, чем у красного, длинами волн, называется инфракрасным

. Его наш глаз не замечает, но наша кожа фиксирует такие волны в виде теплового излучения. Свет с меньшими, чем у фиолетового, длинами волн, называется ультрафиолетовым.

Электромагнитные волны (и, в частности, световые волны, или просто свет) – это распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны – векторы электрической напряженности и магнитной индукции перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Световые волны, как и любые другие электромагнитные волны, распространяются в веществе с конечной скоростью, которая может быть рассчитана по формуле:

где: ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε₀ и μ₀ – электрическая и магнитная постоянные: ε₀ = 8,85419·10^–12 Ф/м, μ

₀ = 1,25664·10^–6 Гн/м. Скорость света в вакууме (где ε = μ = 1) постоянна и равна с = 3∙10⁸ м/с, она также может быть вычислена по формуле:

Скорость света в вакууме является одной из фундаментальных физических постоянных. Если свет распространяется в какой-либо среде, то скорость его распространения также выражается следующим соотношением:

где: n – показатель преломления вещества – физическая величина, показывающая во сколько раз скорость света в среде меньше чем в вакууме. Показатель преломления, как видно из предыдущих формул, может быть рассчитан следующим образом:

Свет переносит энергию. При распространении световых волн возникает поток электромагнитной энергии.
Световые волны испускаются в виде отдельных квантов электромагнитного излучения (фотонов) атомами или молекулами.

Кроме света существуют и другие виды электромагнитных волн. Далее они перечислены по уменьшению длины волны (и соответственно, по возрастанию частоты):

Радиоволны;
Инфракрасное излучение;
Видимый свет;
Ультрафиолетовое излучение;
Рентгеновское излучение;
Гамма-излучение.

Интерференция

К оглавлению…

Интерференция – одно из ярких проявлений волновой природы света. Оно связано с перераспределением световой энергии в пространстве при наложении так называемых когерентных волн, то есть волн, имеющих одинаковые частоты и постоянную разность фаз. Интенсивность света в области перекрытия пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра.

Для расчета интерференции используется понятие

оптической длины пути. Пусть свет прошел расстояние L в среде с показанием преломления n. Тогда его оптическая длина пути рассчитывается по формуле:

Для интерференции необходимо наложение хотя бы двух лучей. Для них вычисляется оптическая разность хода (разность оптических длин) по следующей формуле:

Именно эта величина и определяет, что получится при интерференции: минимум или максимум. Запомните следующее: интерференционный максимум (светлая полоса) наблюдается в тех точках пространства, в которых выполняется следующее условие:

Разность фаз колебаний при этом составляет:

При m = 0 наблюдается максимум нулевого порядка, при m = ±1 максимум первого порядка и так далее. Интерференционный минимум (темная полоса) наблюдается при выполнении следующего условия:

Разность фаз колебаний при этом составляет:

При первом нечетном числе (единица) будет минимум первого порядка, при втором (тройка) минимум второго порядка и т.д. Минимума нулевого порядка не бывает.

Дифракция. Дифракционная решетка

К оглавлению…

Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий, размеры которых сопоставимы с длиной волны света (огибание светом препятствий). Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени (то есть быть там, где его быть не должно). Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.

Дифракционные решетки представляют собой периодические структуры, выгравированные специальной делительной машиной на поверхности стеклянной или металлической пластинки. У хороших решеток параллельные друг другу штрихи имеют длину порядка 10 см, а на каждый миллиметр приходится до 2000 штрихов. При этом общая длина решетки достигает 10–15 см. Изготовление таких решеток требует применения самых высоких технологий. На практике применяются также и более грубые решетки с 50–100 штрихами на миллиметр, нанесенными на поверхность прозрачной пленки.

При нормальном падении света на дифракционную решетку в некоторых направлениях (помимо того, в котором изначально падал свет) наблюдаются максимумы. Для того, чтобы наблюдался интерференционный максимум, должно выполняться следующее условие:

где: d – период (или постоянная) решетки (расстояние между соседними штрихами),

m – целое число, которое называется порядком дифракционного максимума. В тех точках экрана, для которых это условие выполнено, располагаются так называемые главные максимумы дифракционной картины.

Законы геометрической оптики

К оглавлению…

Геометрическая оптика – это раздел физики, в котором не учитываются волновые свойства света. Основные законы геометрической оптики были известны задолго до установления физической природы света.

Оптически однородная среда – это среда, во всем объеме которой показатель преломления остаётся неизменным.

Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Этот закон приводит к представлению о световом луче как о геометрической линии, вдоль которой распространяется свет. Следует отметить, что закон прямолинейного распространения света нарушается и понятие светового луча утрачивает смысл, если свет проходит через малые отверстия, размеры которых сравнимы с длиной волны (в этом случае наблюдается дифракция).

На границе раздела двух прозрачных сред свет может частично отразиться так, что часть световой энергии будет распространяться после отражения по новому направлению, а частично пройти через границу и распространяться во второй среде.

Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α. Заметьте, что все углы в оптике измеряются от перпендикуляра к границе раздела двух сред.

Закон преломления света (закон Снеллиуса): падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред, и определяется выражением:

Закон преломления был экспериментально установлен голландским ученым В.Снеллиусом в 1621 году. Постоянную величину n₂₁ называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.

Среду с большим значением абсолютного показателя называют оптически более плотной, а с меньшим – менее плотной. При переходе из менее плотной среды в более плотную луч «прижимается» к перпендикуляру, а при переходе из более плотной в менее плотную – «удаляется» от перпендикуляра. Единственный случай, когда луч не преломляется, это если угол падения равен 0 (то есть лучи перпендикулярны границе раздела сред).

При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную n₂ < n₁ (например, из стекла в воздух) можно наблюдать

явление полного внутреннего отражения, то есть исчезновение преломленного луча. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол α_пр, который называется предельным углом полного внутреннего отражения. Для угла падения α = α_пр, sinβ = 1, так как β = 90°, это значит, что преломленный луч идет вдоль самой границы раздела, при этом, согласно закону Снеллиуса, выполняется следующее условие:

Как только угол падения становиться больше предельного, то преломленный луч уже не просто идет вдоль границы, а он и вовсе не появляется, так как его синус теперь уж должен быть больше единицы, а такого не может быть.

Линзы

К оглавлению…

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если толщина самой линзы мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют

тонкой.

Линзы бывают собирающими и рассеивающими. Если показатель преломления линзы больше, чем окружающей среды, то собирающая линза в середине толще, чем у краев, рассеивающая линза, наоборот, в средней части тоньше. Если показатель преломления линзы меньше, чем окружающей среды, то всё наоборот.

Прямая, проходящая через центры кривизны сферических поверхностей, называется главной оптической осью линзы. В случае тонких линз можно приближенно считать, что главная оптическая ось пересекается с линзой в одной точке, которую принято называть оптическим центром линзы. Луч света проходит через оптический центр линзы, не отклоняясь от первоначального направления. Все прямые, проходящие через оптический центр, называются побочными оптическими осями.

Если на линзу направить пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то после прохождения через линзу лучи (или их продолжения) соберутся в одной точке F, которая называется главным фокусом линзы. У тонкой линзы имеются два главных фокуса, симметрично расположенных относительно линзы на главной оптической оси. У собирающих линз фокусы действительные, у рассеивающих – мнимые. Расстояние между оптическим центром линзы O и главным фокусом F называется фокусным расстоянием. Оно обозначается той же буквой F.

Правила построения хода луча в линзах

К оглавлению…

Формула линзы

К оглавлению…

Основное свойство линз – способность давать изображения предметов. Изображение – это точка пространства, где пересекаются лучи (или их продолжения), испущенные источником после преломления в линзе. Изображения бывают прямыми и перевернутыми, действительными (пересекаются сами лучи) и мнимыми (пересекаются продолжения лучей), увеличенными и уменьшенными.

Положение изображения и его характер можно определить с помощью геометрических построений. Для этого используют свойства некоторых стандартных лучей, ход которых известен. Это лучи, проходящие через оптический центр или один из фокусов линзы, а также лучи, параллельные главной или одной из побочных оптических осей.

Для простоты можно запомнить, что изображение точки будет точкой. Изображение точки, лежащей на главной оптической оси, лежит на главной оптической оси. Изображение отрезка – отрезок. Если отрезок перпендикулярен главной оптической оси, то его изображение перпендикулярно главной оптической оси. А вот если отрезок наклонен к главной оптической оси под некоторым углом, то его изображение будет наклонено уже под некоторым другим углом.

Изображения можно также рассчитать с помощью формулы тонкой линзы. Если кратчайшее расстояние от предмета до линзы обозначить через d, а кратчайшее расстояние от линзы до изображения через f, то формулу тонкой линзы можно записать в виде:

Величину D, обратную фокусному расстоянию. называют оптической силой линзы. Единица измерения оптической силы является 1 диоптрия (дптр). Диоптрия – оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м.

Фокусным расстояниям линз принято приписывать определенные знаки: для собирающей линзы F > 0, для рассеивающей F < 0. Оптическая сила рассеивающей линзы также отрицательна.

Величины d и f также подчиняются определенному правилу знаков: f > 0 – для действительных изображений; f < 0 – для мнимых изображений. Перед d знак «–» ставится только в том случае, когда на линзу падает сходящийся пучок лучей. Тогда их мысленно продлевают до пересечения за линзой, помещают туда воображаемый источник света, и определяют для него расстояние d.

В зависимости от положения предмета по отношению к линзе изменяются линейные размеры изображения. Линейным увеличением линзы Γ называют отношение линейных размеров изображения и предмета. Для линейного увеличения линзы существует формула:

Во многих оптических приборах свет последовательно проходит через две или несколько линз. Изображение предмета, даваемое первой линзой, служит предметом (действительным или мнимым) для второй линзы, которая строит второе изображение предмета и так далее.

Оптика – раздел физики

на главную
Официальный сайт АНО ДО Центра “Логос”, г.Глазов
http://logos-glz.ucoz.net/

ГОТОВИМСЯ К УРОКУ
Кинематика
Динамика
МКТ
Термодинамика
Электростатика
Электрический ток
Электрический ток в средах
Магнитное поле Электромагнитная индукция
Оптика
Методы познания


Страница подготовлена
Анастасией Задиной ,
ученицей 10-А класса 2009-2010 учебного года,
призёром 1 степени
Региональной научно-практической конференции
в секции “Юные техники – школе, учреждению дополнительного образования”.
Подробно здесь.

оптика                                                       немного о физике:
Оптика – раздел физики, в котором рассматриваются явления и закономерности излучения, распространения и поглощения света.
Что такое свет?

По определению “Свет – электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом”. Наш глаз воспринимает электромагнитные волны с длинами от 380 до 760нм.



                               760 нм                                                                                             380нм
красный 650-760нм
оранжевый 590-650нм
желтый 530-590нм
зеленый 490-530нм
голубой 450-490нм
синий 420-450нм
фиолетовый 380-420нм

Иногда к свету относят и невидимое излучение с длинами волн от 10 до 340000нм, т.к. оно по своим физическим свойствам близко к видимому.

С другой стороны свет – это поток частиц – фотонов, имеющих импульс и несущих энергию.

Т.е. можно говорить, что природа света двойственна.


Как возникает свет?

Т.к. свет – электромагнитная волна, то он излучается заряженными частицами, движущимися с ускорением, а частицы эти входят в состав атомов веществ. Чтобы атомы вещества стали излучать, они должны получить энергию извне, для этого вещество следует или нагреть, или облучить. Получая избыток энергии, атом переходит в возбужденное состояние, в котором может находиться в течение 10^-8 с, а затем растрачивает избыточную энергию на излучение. Поэтому сильно нагретые тела светятся, и их свечение объясняется излучением атомами электромагнитных волн с длинами от 380 до 760нм. При этом каждое вещество излучает только определенный набор длин волн, не похожий на другие ( в этот набор так же входят и другие волны, не являющиеся видимым светом).

Это происходит потому, что атомы вещества могут находиться в особых дискретных энергетических состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия. Излучение света происходит при переходе атома из энергетического состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией. Разность энергий и переносится излучаемой волной. При этом процесс излучения конечен во времени и составляет примерно t = 10 ^-8с , а волна, которую излучает атом, может быть представлена в виде небольшой части синусоиды. Такая часть синусоиды имеет длину l = c t , т.е. l = 3 · 10 ⁸ м/с · 10 ^-8 = 3 м и называется волновым цугом.

Излучение цугов происходит сразу большим количеством атомов вещества независимо друг от друга. Такой поток цугов мы воспринимаем как свет.

Как свет распространяется?

С точки зрения волновой теории, распространение световых волн подобно распространению звуковых волн в воздухе. А воздух – среда, обладающая упругостью и плотностью. Следовательно, для распространения световых волн тоже необходима среда, обладающая такими же свойствами. С точки зрения волновой теории такой средой является эфир.

Объяснение механизма распространения света опирается на принцип Гюйгенса: каждая точка среды, до которой доходит световое возбуждение, сама становится источником вторичной волны.

Если среда однородна, то вторичные волны распространяются в ней с одинаковой скоростью. Следовательно, за одно и тоже время τ все вторичные волны дойдут до точек среды, удаленных от данных на расстояние l = τυ, где υ – скорость волны. Поверхность, огибающая в некоторый момент времени вторичные волны, укажет положение фронта волны в данный момент времени. под фронтом волны понимают геометрическое место точек, до которых дошло возмущение к заданному момент времени. В зависимости от вида фронта различают плоские и сферические волны. Фронтом плоских волн является плоскость, сферических – сфера.

Линия, перпендикулярная волновой поверхности, называется световым лучом. Распространение волн происходит по направлению луча.

Световые явления

дисперсия света – явление спектрального разложения немонохроматического излучения на составные части по частотам – ν ( длинам волн – λ ). Причиной такого разложения является зависимость скорости света в среде от частоты (длины волны). Скорость света в среде υ ═ c / n, где n – показатель преломления среды, с – скорость света в вакууме.

Так как скорость света универсальная постоянная, то из соотношения n ═ c / υ следует, что показатель преломления n есть функция частоты или длины волны.

Такую зависимость можно пронаблюдать при прохождении белого света через призму, изготовленную из прозрачной среды. На экране, установленном за призмой, наблюдается радужная полоска, которую называют призматическим (дисперсионным) спектром.

Наименьшую частоту и наименьший показатель преломления имеет красный свет, поэтому красные лучи отклоняются на меньший угол. Наибольшая частота и наибольший показатель преломления у фиолетового цвета, следовательно, фиолетовые лучи отклоняются на больший угол.

Таким образом, с увеличением частоты света происходит возрастание показателя преломления, которое и объясняет разложение белого света на монохроматические составляющие. Такая дисперсия называется нормальной.

интерференция света – сложение двух или нескольких световых волн с одинаковыми периодами, сходящихся в одной точке, в результате которого наблюдается увеличение или уменьшение амплитуды результирующей волны. Для получения устойчивой интерференционной картины необходимо , чтобы складываемые волны были когерентны. Когерентными называют волны с одинаковой частотой (периодом) и постоянной во времени разностью фаз. Чтобы получить когерентные волны необходимо световую волну от одного источника “разделить” на две или несколько волн. После прохождения различных путей эти волны ,имея некоторую разность хода, интерферируют.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся приемы разделения волны.

1.Схема получения интерференции с помощью бипризмы Френеля.

Волна, идущая от источника света раздваивается в следствие преломления света в двух половинах бипризмы.

Получаемые волны 1 и2 , как бы исходят от двух мнимых источников S₁ и S₂ и являются когерентными. Поэтому в заштрихованной области наблюдается интерференция. На участке АВ экрана наблюдается интерференционная картина.

2. Опыт Юнга.

Свет, проходящий через узкое отверстие S, падает на экран с двумя отверстиями S₁и S₂ и делится на на две волны. Эти волны когерентны и поэтому в заштрихованной области   наблюдается интерференция, а на экране, в области АВ, наблюдается интерференционная картина.

3.Схема получения интерференции с помощью зеркал Френеля.

Два зеркала, расположенные под углом, близким к 180⁰, позволяют получить в следствие отражения две когерентные световые волны. Эти когерентные волны как бы исходят от двух мнимых изображений источника света S, интерферируют в заштрихованной области и на экране, в области АВ, дают интерференционную картину

4. Опыт Ллойда.

В данном опыте волна, исходящая от источника S и волна, как бы исходящая от мнимого источника S^‘являются когерентными. Когерентные волны интерферируют и дают на экране интерференционную картину.

5.Схема получения интерференции в тонких пленках.
На тонкую пленку под углом α к нормали падает плоская волна. Определим направление распространения волны лучом 1. Луч, попадая на границу раздела двух сред частично отражается и частично преломляется, затем частично отражается от нижней поверхности пленки и, преломляясь, выходит из пленки. Волны распространяющиеся вдоль лучей 2 и 3 когерентны и дают интерференционную картину в отраженном свете.
Когерентными будут так же проходящие волны, распространяющиеся вдоль лучей 4 и 5. Они дают интерференционную картину в проходящем свете.
    6.Схема получения интерференции в воздушном клине.
Для получения воздушного клина накладывают одну стеклянную плоскопараллельную пластину на другую и под один из концов верхней пластины помещают небольшой предмет. При падении на клин плоской волны, распространяющейся вдоль луча SА, отраженные от различных граней клина волны, определяемые лучами 1 и 2 будут когерентным. Они дадут интерференционную картину в отраженном свете.
Когерентными будут так же проходящие волны, распространяющиеся вдоль лучей 3 и 4. Они дают интерференционную картину в проходящем свете.

    7. Кольца Ньютона.
Линза с малой кривизной поверхности накладывается на стеклянную пластину. При падении на линзу волны, распространяющейся вдоль луча 1, отраженные волны, определяемые лучами 2 и 3 будут когерентным. Они дадут интерференционную картину в отраженном свете.
Когерентными будут так же проходящие волны, распространяющиеся вдоль лучей 4 и 5. Они дают интерференционную картину в проходящем свете.
дифракция света – явление огибания волнами препятствий, соизмеримых с длиной световой волны. В более широком смысле дифракцией называют явления, вызванные нарушением целостности волновой поверхности в среде с резкими неоднородностями. Такими неоднородностями могут быть отверстия в непрозрачном экране, границы непрозрачных тел. В результате дифракции свет проникает в область геометрических теней. Явление дифракции объясняет принцип Гюйгенса – Френеля, согласно которому, каждая точка среды, до которой доходит световое возбуждение, сама становится источником вторичной волны, а волновое возмущение в любой точке пространства есть результат интерференции вторичных волн от фиктивных когерентных источников.
Законы распространения света(основные законы геометрической оптики)

Длины волн, воспринимаемые глазом малы, поэтому распространение видимого света можно рассматривать, отвлекаясь от его волновой природы. Тогда направление распространения волны можно определить с помощью лучей – линий, перпендикулярных волновым поверхностям.

Раздел оптики, в котором изучаются законы распространения света в прозрачных средах на основе представления о световом луче, называется геометрической (лучевой) оптикой.

В основе геометрической оптики лежат четыре закона :

1.        закон прямолинейного распространения света.

        В однородной среде свет распространяется прямолинейно. ( закон является приближенным, т.к при прохождении света через отверстия, размеры которых соизмеримы с длиной световой волны, наблюдается отклонение от прямолинейного распространения).

2.          закон отражения.

        (На границе раздела двух сред свет отражается.) Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; угол падения равен углу отражения

3.          закон преломления.

        (На границе раздела двух сред свет преломляется.) Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред.

                                                           sinα /  sinβ = n = const

4.        закон независимости световых пучков.

        Лучи при пересечении не возмущают друг друга (закон справедлив при малой интенсивности световых пучков)

История развития взглядов

на природу света.

Исторически сложилось так, что параллельно существовали два взгляда на природу света, и поэтому параллельно развивались две теории.

Корпускулярная теория утверждает: свет представляет собой поток частиц.

С точки зрения волновой теории: свет – электромагнитная волна.

Начало корпускулярной теории света было положено Пифагором, который предположил, что мы видим окружающие нас предметы потому, что они испускают мельчайшие частицы. Развил данную теорию И.Ньютон в своих трудах “Лекции по оптике”, “Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света”.

Например, прямолинейное распространение света И.Ньютон объяснил законом инерции. Если на частицу(корпускулу) во время движения не действуют силы или действие сил, скомпенсировано, то она сохраняет свою скорость. Причина разнообразия цветов, с точки зрения И.Ньютона, в неодинаковой величине световых корпускул, а именно в том, что наиболее крупные корпускулы вызывают ощущение красного света, а наименьшие – фиолетового. Отражение света объясняется упругим ударом световых частиц об упругую поверхность. Преломление света есть следствие того, что при переходе из менее преломляющей среды в более преломляющую, частицам света сообщается ускорение в результате притяжения их второй средой. При этом   скорость света в веществе должна быть больше скорости света в вакууме.

Сторонниками волновой теории света были Х.Гюйгенс, Р.Декарт, Ф. Гримальди. Развитие эта теория нашла в трудах Т.Юнга, О.Френеля и др. Волновая теория света смогла строго доказать законы отражения и преломления света, обосновала такие явления, как интерференцию, дифракцию, поляризацию света. С точки зрения волновой теории скорость света в веществе должна была быть меньше скорости света в вакууме. Именно этот факт вступал в противоречие с корпускулярной теорией.

Опыты Фуко (1950г.)по определению скорости света в воде подтвердили предположения сторонников волновой теории. Благодаря этому волновая теория получила признание.

Однако в начале XX века было доказано, что свет – поток частиц – фотонов. Но этот факт уже не вступает в противоречие с волновой теорией света. Оба взгляда на природу света дополняют друг друга.

Дуализм света подтверждается формулой Планка ε = hν. Эта формула связывает энергию фотона, которая является квантовой характеристикой, и частоту колебаний, являющуюся волновой характеристикой.

Оптика. Конспекты по физике для 10-11 класса. О цвете :: Класс!ная физика

Здесь представлены конспекты по физике по теме “Оптика” для 10-11 класса.
!!! Конспекты с одинаковыми названиями различаются по степени сложности.

1. Основы геометрической оптики

2. Основы геометрической оптики

3. Дифракция света – Волновая оптика

4. Зеркала и линзы – Геометрическая оптика

5. Интерференция света – Волновая оптика

6. Поляризация света – Волновая оптика

Оптика, геометрическая оптика, волновая оптика, 11 класс, конспекты, конспекты по физике.

О ЦВЕТЕ. ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Знаете ли Вы, что кусок красного стекла кажется красным и в отраженном и в проходящем свете. А вот у цветных металлов эти цвета различаются — так, золото отражает преимущественно красные и желтые лучи, но тонкая просвечивающая золотая пластинка пропускает зеленый свет.

… ученые XVII века не считали цвет объективным свойством света. Например, Кеплер полагал, что цвет — это качество, которое должны изучать философы, а не физики. И лишь Декарт, хотя и не мог объяснить происхождение цветов, был убежден в существовании связи между ними и объективными характеристиками света.

… созданная Гюйгенсом волновая теория света была большим шагом вперед — так, она дала используемые до сих пор объяснения законов геометрической оптики. Однако главная ее неудача заключалась в отсутствии категории цвета, т.е. она была теорией бесцветного света, несмотря на уже сделанное к тому времени Ньютоном открытие — обнаружение дисперсии света.

… призма — главный инструмент в ньютоновских опытах — была им куплена в аптеке: в те времена наблюдение призматических спектров было распространенным развлечением.

… многие предшественники Ньютона считали, что цвета зарождаются в самих призмах. Так, постоянный оппонент Ньютона Роберт Гук думал, что в солнечном луче не могут содержаться все цвета; это так же странно, считал он, как утверждать, что «в воздухе органных мехов содержатся все тоны».

… опыты Ньютона привели его и к печальному выводу: в сложных приборах с большим количеством линз и призм разложение белого света сопровождается появлением у изображения пестрой цветной каймы. Явление, названное «хроматической аберрацией», удалось впоследствии преодолеть, соединяя несколько слоев стекла с «уравновешивающими» друг друга показателями преломления, что привело к созданию ахроматических линз и подзорных труб с четкими изображениями без цветных бликов и полос.

… идея о том, что цвет определяется частотой колебаний в световой волне, впервые была высказана знаменитым математиком, механиком и физиком Леонардом Эйлером в 1752 году, при этом максимальная длина волны соответствует красным лучам, а минимальная — фиолетовым.

… первоначально Ньютон различал в солнечном спектре только пять цветов, но позже, стремясь к соответствию между числом цветов и числом основных тонов музыкальной гаммы, добавил еще два. Возможно, здесь сказалось пристрастие к древней магии числа «семь», согласно которой на небе было семь планет, а потому в неделе — семь дней, в алхимии — семь основных металлов и так далее.

… Гёте, считавший себя выдающимся естествоиспытателем и посредственным поэтом, горячо критикуя Ньютона, замечал, что выявленные в его опытах свойства света не истинны, поскольку свет в них «замучен разного рода орудиями пыток — щелями, призмами, линзами». Правда, в этой критике вполне серьезные физики позже узрели наивное предвосхищение современной точки зрения на роль измерительной аппаратуры.

… теория цветового зрения — о получении всех цветов при помощи смешения трех основных — ведет начало от речи Ломоносова 1756 года «Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее…», не замеченной, однако, научным миром. Полвека спустя эту теорию поддержал Юнг, а уж его предположения в 1860-х годах детально развил в трехкомпонентную теорию цвета Гельмгольц.

… если какие-либо пигменты отсутствуют в фоторецепторах сетчатки, то человек не ощущает соответствующих тонов, т.е. становится частично цветослепым. Таким был английский физик Дальтон, по имени которого и назван этот недостаток зрения. А обнаружил его у Дальтона не кто иной, как Юнг.

… явление, носящее название эффекта Пуркине — в честь исследовавшего его знаменитого чешского биолога, прказывает, что различные среды глаза обладают неодинаковым преломлением, и это объясняет возникновение некоторых зрительных иллюзий.

… оптические спектры атомов или ионов — не только богатый источник информации о строении атома, в них заключены сведения и о характеристиках атомного ядра, прежде всего связанных с его электрическим зарядом.

Источник: журнал “Квант”

Основные формулы по физике – ОПТИКА

Оптика – это раздел физики, изучающий природу светового излучения, его распространение и взаимодействие с веществом. Световые волны – это электромагнитные волны. Длина волны световых волн заключена в интервале [0,4·10^-6 м ÷ 0,76·10^-6 м]. Волны такого диапазона воспринимаются человеческим глазом.

Свет распространяется вдоль линий, называемых лучами. В приближении лучевой (или геометрической) оптики пренебрегают конечностью длин волн света, полагая, что λ→0. Геометрическая оптика во многих случаях позволяет достаточно хорошо рассчитать оптическую систему. Простейшей оптической системой является линза.

При изучении интерференции света следует помнить, что интерференция наблюдается только от когерентных источников и что интерференция связана с перераспределением энергии в пространстве. Здесь важно уметь правильно записывать условие максимума и минимума интенсивности света и обратить внимание на такие вопросы, как цвета тонких пленок, полосы равной толщины и равного наклона.

При изучении явления дифракции света необходимо уяснить принцип Гюйгенса-Френеля, метод зон Френеля, понимать, как описать дифракционную картину на одной щели и на дифракционной решетке.

При изучении явления поляризации света нужно понимать, что в основе этого явления лежит поперечность световых волн. Следует обратить внимание на способы получения поляризованного света и на законы Брюстера и Малюса.

Смотрите также основные формулы по физике – колебания и волны

Таблица основных формул по оптике

Физические законы, формулы, переменные	Формулы оптики
Абсолютный показатель преломления где с – скорость света в вакууме, с=3·108 м/с, v – скорость распространения света в среде.
Относительный показатель преломления где n₂ и n₁ – абсолютные показатели преломления второй и первой среды.
Закон преломления где i – угол падения, r – угол преломления.
Формула тонкой линзы где F – фокусное расстояние линзы, d – расстояние от предмета до линзы, f – расстояние от линзы до изображения.
Оптическая сила линзы где R₁ и R₂ – радиусы кривизны сферических поверхностей линзы. Для выпуклой поверхности R>0. Для вогнутой поверхности R<0.
Оптическая длина пути: где n – показатель преломления среды; r – геометрическая длина пути световой волны.
Оптическая разность хода: L₁ и L₂– оптические пути двух световых волн.
Условие интерференционного максимума: минимума: где λ₀ – длина световой волны в вакууме; m – порядок интерференционного максимума или минимума.
Оптическая разность хода в тонких пленках в отраженном свете: в проходящем свете: где d – толщина пленки; i – угол падения света; n – показатель преломления.
Ширина интерференционных полос в опыте Юнга: где d – расстояние между когерентными источниками света; L – расстояние от источника до экрана.
Условие главных максимумов дифракционной решетки: где d – постоянная дифракционной решетки; φ – угол дифракции.
Разрешающая способность дифракционной решетки: где Δλ – минимальная разность длин волн двух спектральных линий, разрешаемых решеткой; m – порядок спектра; N – общее число щелей решетки.
Закон Малюса: где I₀ – интенсивность плоско-поляризованного света, падающего на анализатор; I – интенсивность света, прошедшего через анализатор; α – угол между плоскостью поляризации падающего света и главной плоскостью анализатора.
Связь интенсивности естественного света I_ест с интенсивностью света, прошедшего поляризатор (и падающего на анализатор): где k – относительная потеря интенсивности света в поляризаторе.
Дисперсия вещества
Средняя дисперсия
Групповая скорость света
Фазовая скорость света

Оптика и волны

Корпускулярная теория очень просто объясняла явления геометрической оптики, описываемые в терминах распространения световых лучей. С точки зрения волновой теории, лучи — это нормали к фронту волны. Принцип Гюйгенса также позволяет объяснить законы геометрической оптики на основе волновых представлений о природе света.

Закон отражения

Когда световые волны достигают границы раздела двух сред, направление их распространения изменяется. Если они остаются в той же среде, то происходит отражение света.

Отражение света — это изменение направления световой волны при падении на границу раздела двух сред, в результате чего волна продолжает распространяться в первой среде.

Закон отражения света хорошо известен:

Падающий луч, перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения и отраженный луч лежат в одной плоскости, причем угол падения равен углу отражения.

Направления распространения падающей и отраженной волн показаны на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Отражение света от плоской поверхности

Видео 3.1 Трехсантиметровые волны: закон отражения (металл).

Видео 3.2 Трехсантиметровые волны: закон отражения (диэлектрик).

Видео 3.3 Решетка — зеркало для трехсантиметровых волн. (диэлектрик).

Закон отражения может быть выведен из принципа Гюйгенса. Действительно, допустим, что плоская волна, распространяющаяся в изотропной среде, падает на границу раздела двух сред АС (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Применение принципа Гюйгенса к выводу закона отражения

Достаточно рассмотреть два параллельных луча I и в падающем пучке. Углом падения называют угол между нормалью п к поверхности раздела и падающим лучом I. Плоский фронт AD падающей волны сначала достигнет границы раздела двух сред в точке А, которая станет источником вторичных волн. Согласно принципу Гюйгенса, из нее, как из центра, будет распространяться сферическая волна. Через время

то есть с запаздыванием во времени на , луч из падающего пучка придет в точку С, которая в этот момент времени также станет источником вторичной волны. Но, к этому моменту вторичная сферическая волна, распространяющаяся из точки А, уже будет иметь радиус (как и должно быть: ). Мы знаем теперь положение двух точек фронта отраженной волны — С и В. Чтобы не загромождать рисунок, мы не показываем вторичных волн, испущенных точками между А и С, но линия CD будет касательной (огибающей) ко всем из них. Стало быть, CВ действительно является фронтом отраженной волны. Направление ее распространения (лучи II и ) ортогонально фронту CD. Из равенства треугольников ABC и ADC вытекает равенство углов

что, в свою очередь, приводит к закону отражения

На рис. 3.4 представлена интерактивная модель отражения света.

Рис. 3.4. Изучение закона отражения света

Закон преломления

Если световые волны достигают границы раздела двух сред и проникают в другую среду, то направление их распространения также изменяется — происходит преломление света.

Преломление света — это изменение направления распространения световой волны при переходе из одной прозрачной среды в другую.

Направление распространения падающей и преломленной волны показано на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Преломление света на плоской границе раздела двух прозрачных сред

Закон преломления гласит:

Падающий луч, перпендикуляр к границе раздела сред в точке падения и преломленный луч лежат в одной плоскости, причем отношение синуса угла падения к синусу угла преломления постоянно для данной пары сред и равно показателю преломления второй среды относительно первой

Здесь показатель преломления среды, в которой распространяется преломленная волна, показатель преломления среды, в которой распространяется падающая волна.

Закон отражения также вытекает из принципа Гюйгенса. Рассмотрим (рис. 3.6) плоскую волну (фронт АВ), которая распространяется в среде с показателем преломления , вдоль направления I со скоростью

Эта волна падает на границу раздела со средой, в которой показатель преломления равен , а скорость распространения

Рис. 3.6. К выводу закона преломления света с помощью принципа Гюйгенса

Время, затрачиваемое падающей волной для прохождения пути ВС, равно

За это же время фронт вторичной волны, возбуждаемой в точке А во второй среде, достигнет точек полусферы с радиусом

В соответствии с принципом Гюйгенса положение фронта преломленной волны в этот момент времени задается плоскостью DC, а направление ее распространения — лучом III, перпендикулярным к DC. Из треугольников и следует

откуда

(3.1)

Таким образом, закон преломления света записывается так:

(3.2)

Видео 3.4 Полное внутреннее отражение (видимый свет)

Видео 3.5 Модель световода

Видео 3.6 Куб и призма на пути трехсантиметровой волны.

На рис. 3.7 представлена интерактивная модель преломления света на границе раздела двух сред.

Рис. 3.7. Изучение закона преломления

Для еще одной иллюстрации применения принципа Гюйгенса рассмотрим пример.

Пример. На плоскую границу раздела двух сред падает нормально луч света. Показатель преломления среды непрерывно увеличивается от ее левого края к правому (рис. 3.8). Определим, как будет идти луч света в этой неоднородной среде.

Рис. 3.8. Искривление луча света в неоднородной среде

Пусть фронт волны АА подошел к границе раздела сред. Точки раздела сред можно рассматривать как центры вторичных волн. Через время испущенные вторичные сферические волны достигают точек на расстоянии от фронта АА. Поскольку показатель преломления среды растет слева направо, эти расстояния убывают слева направо. Огибающая к вторичным волнам — новый фронт ВВ — повернется. Если теперь взять точки фронта ВВ за источники вторичных волн, то за время они породят волны, образующие фронт СС. Он еще более повернут. Его точки порождают фронт DD и т. д. Проводя нормаль к волновым фронтам в разные моменты времени, получаем путь светового луча в среде с переменным показателем преломления (зеленая линия). Видно, что луч искривляется в сторону увеличения показателя преломления. Аналогия: если притормозить левые колеса автомобиля, его повернет налево. Для света степень «торможения» растет с ростом показателя преломления среды: .

Эта задача имеет отношение к явлению, наблюдающемуся на море. Когда ветер дует с берега, иногда возникает так называемая «зона молчания»: звук колокола с судна не достигает берега. Обычно говорят, что звук относится ветром. Но даже при сильном урагане скорость ветра примерно в 10 раз меньше скорости звука, так что «отнести» звук ветер никак не может. Объяснение заключается в том, что скорость встречного ветра у поверхности моря вследствие трения меньше, чем на высоте. Поэтому скорость звука у поверхности больше, и линия распространения звука загибается кверху, не попадая на берег.

Дополнительная информация

http://allphysics.ru/perelman/otrazhenie-i-prelomlenie-sveta – Я.И.Перельман, «Занимательная физика». Отражение и преломление света.

http://www.nvtc.ee/e-oppe/Sidorova/objects/index.html – Законы преломления, отражения света. Зеркала. Теория и примеры задач. В «Итоговых заданиях» — кроссворд.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/1461c067-705e-4f5f-9d18-152a8eec1564/7_16.swf – Слайд-шоу «Рассеянное отражение света».

http://www.youtube.com/watch?v=KQvtIEITg5s&feature=endscreen&NR=1 – Видео о преломлении света около магнитов и в линзах.

http://allphysics.ru/feynman/kak-voznikaet-pokazatel-prelomleniya – Фейнмановские лекции по физике. Как возникает показатель преломления.

http://publ.lib.ru/ARCHIVES/B/… – Тарасов Л.В., Тарасова А.Н., «Беседы о преломлении света».

Принцип Ферма.

Итак, волновая оптика способна объяснить явления отражения и преломления света столь же успешно, как и геометрическая оптика. В основу последней, трактующей явления на основе законов распространения лучей, положен принцип Ферма:

Свет распространяется по такому пути, для прохождения которого требуется минимальное время.

Для прохождения участка пути свету требуется время

где v=с/п – скорость света в среде. Таким образом, время t, затрачиваемое светом на путь от точки 1 до точки 2, равно

(3.3)

Введем величину с размерностью длины, которая называется оптической длиной пути:

(3.4)

Пропорциональность t и L позволяет сформулировать принцип Ферма следующим образом:

Свет распространяется по такому пути, оптическая длина которого минимальна.

Рассмотрим путь света из точки S в точку С после отражения от плоскости АВ (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Применение принципа Ферма к отражению света

Непосредственное попадание света из S в С невозможно из-за экрана. Нам надо найти точку О, отразившись в которой луч попадет в точку С. Среда, в которой проходит луч, однородна. Поэтому минимальность оптической длины пути сводится к минимальности его геометрической длины. Рассмотрим зеркальное изображение S’ точки S. Геометрические длины путей SOC и S’OC равны. Поэтому минимальность длины SOC эквивалентна минимальности длины S’OC. А минимальная геометрическая длина пути из S’ в С будет соответствовать прямой, соединяющей точки S’ и С. Пересечение этой прямой с плоскостью раздела сред дает положение точки О. Отсюда следует равенство углов:

то есть закон отражения света.

Рассмотрим теперь явление преломления света (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Применение принципа Ферма к преломлению света

Видео 3.7 Искривление луча в неоднородной среде.

Видео 3.8 Трехсантиметровые волны: диэлектрическая линза.

Видео 3.9 Трехсантиметровые волны: диэлектрическая призма.

Определим положение точки О, в которой должен преломиться луч, распространяясь от S к С, чтобы оптическая длина пути L была минимальна. Выражение для L имеет вид

(3.5)

Найдем величину х, соответствующую экстремуму оптической длины пути:

(3.6)

Отсюда следует

(3.7)

или

Мы получили закон преломления света.

Принцип Ферма является частным случаем так называемого принципа наименьшего действия, имеющего приложения практически ко всем областям физики. Всякий раз из всех возможных движений системы осуществляется то, для которого некая величина (ее называют действием) минимальна (точнее, имеет экстремум). В этом проявляется некая «экономность» природы, выбирающей оптимальные пути для перехода системы из одного состояния в другое.

Дополнительная информация

Геометрическая оптика

http://allphysics.ru/feynman/geometricheskaya-optika – Фейнмановские лекции по физике. Геометрическая оптика.

http://www.ph5s.ru/book_ph_opt_geom.html – Ссылки на книги по геометрической оптики. Сайт бывшего преподавателя МИФИ А.Н. Варгина.

http://school-collection.edu.ru/catalog/rubr/ef4b174a-8fec-c03a-df26-ae730713bc30/79292/?interface=themcol – Интерактивные модели по физике. Геометрическая оптика.

http://diplomivanov.narod.ru/ – Сайт о геометрической оптике: теория и задачи.

http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/books/Begunov1966ru.djvu – Бегунов Б.Н., учебник по геометрической оптике.

http://www.physel.ru/a-mainmenu-55.html – Материалы по геометрической оптике.

http://www.youtube.com/watch?v=mRwRy24hbg8&feature=related – Ход лучей в линзе.

http://physbook.ru/index.php/Kvant… – Задачи на оптические построения.

http://physbook.ru/index.php/Kvant… – Геометрия тонкой линзы.

http://physbook.ru/index.php/Kvant… – Тонкие линзы. Нулевые линзы.

http://physbook.ru/index.php/Kvant… – Фокус шара.

http://www.youtube.com/watch?v=MNea-aK6VuQ – Оптическая разность хода. Видео.

http://sfiz.ru/list.php?c=geomoptika – Геометрическая оптика. Учебные материалы.

Учебники и лекции по оптике

http://www.plib.ru/library/book/16969.html – Бутиков Е.И. Учебник по оптике.

http://www.plib.ru/library/book/16986.html – Годжаев Н.М. Учебник по оптике.

http://www.plib.ru/library/book/15479.html – Клаудер Дж, Сударшан Э. «Основы квантовой оптики».

http://www.alleng.ru/d/phys/phys106.htm – Сивухин, учебник по оптике.

http://www.abitura.com/handbook/index.html – Справочник по физике (в т. ч. по оптике).

http://sfiz.ru/page.php?id=103 – Словарь по оптике.

http://uti.tpu.ru/edu/chairs/eno/opt.pdf – Е.В. Полицинский «Оптика. Конспекты лекций.» Учебное пособие.

http://physoptika.ru/ – Лекции по оптике. Примеры решения задач.

http://www.phys.spbu.ru/content/File/Library/Books/GenPhys/crowellOptics.pdf – B. Crowell. «Optics»

http://www.physbook.ru/ – Электронный учебник по физике.

http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/books/BornVolf1973ru.djvu – М. Борн, Э. Вольф, «Основы оптики».

http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/books/GorbunovaZajcevaKrasnikov1977ru.djvu – Горбунова О.И., Зайцева А.М., Красников С.Н., «Задачник-практикум по общей физике. Оптика. Атомная физика».

http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/books/DetlafYavorskij_t3_1979ru.djvu – Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. Том 3. Волновые процессы. Оптика. Атомная и ядерная физика.

http://www.physics.spbstu.ru/forstudents/practice/vasyliev_phys_optica_manual.pdf – А.Э. Васильев. «Физика. Оптика.» Учебное пособие.

http://www.phys.spbu.ru/library/studentlectures/krylov/krylov/ – И.Р. Крылов. «Методическое пособие по курсу оптики».

http://jamshyt.ru/wnopa/f2/ – Оптика. Материалы.

http://fn.bmstu.ru/phys/bib/physbook/tom4/content.htm – О.С. Литвинов, К.Б. Павлов, В.С. Горелик «Электромагнитные волны и оптика» Онлайн-учебник.

http://www.laser-portal.ru/content_3 – История и законы оптики, оптические эффекты, материалы, компоненты оптических схем, природа света.

http://www.harmony-guild.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=190:2011-05-31-07-27-31&catid=34:demo-category&Itemid=78 – Излучение Вавилова-Черенкова. Механизм, интересные следствия.

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/5ee6b93b-cb19-46e1-9e74-30aa92a167fa/7_18.swf – Слайд-шоу «Зеркальный телескоп».

http://media.dm-centre.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=25&Itemid=29 – Опыты по оптике. Видео.

http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/books/Savelev_t3_1971ru.djvu – Савельев И.В. Курс общей физики, том З. Оптика. Атомная физика.

http://allphysics.ru/feynman/optika-printsip-naimenshego-vremeni – Фейнмановские лекции по физике. Оптика. принцип наименьшего времени.

http://allphysics.ru/feynman/tsvetovoe-zrenie – Фейнмановские лекции по физике. Цветовое зрение.

http://allphysics.ru/feynman/mehanizm-zreniya – Фейнмановские лекции по физике. Механизм зрения.

Тесты и задачи

http://physbook.ru/index.php/Kvant… – Задачи на распространение света.

http://www.reppofiz.info/ege.html – Задачи из ЕГЭ по оптике (и не только) с решениями.

http://eqworld.ipmnet.ru/ru/library/books/RussoMate1976ru.djvu – Руссо М., Матье Ж.П. Задачи по оптике.

http://www.testent.ru/load/testy/fizika/optika/39-1-0-1824 – Тесты по оптике.

http://window.edu.ru/window_catalog/files/r72644/stup538.pdf – Сборник задач ЕГЭ по оптике.

Другие ресурсы по оптике

http://www3.crimea.edu/tnu/structure/physic_fac/departments/general/common_phys/all/opt.htm – Кратко об основных аспектах оптики.

http://repetitor.mathematic.of.by/spravka_fizika3.htm#M1 – Основные формулы по оптике.

http://shkola.lv/index.php?mode=cht&chtid=91 – Основные положения, законы, формулы.

http://school-collection.edu.ru/catalog/search/?text=%EE%EF%F2%E8%EA%E0&tg=&interface=catalog – Коллекция ресурсов по оптике: статьи, эксперименты, лабораторные.

http://power-p.ru/load/fizika/optika/14-1-0-331 – Презентации по оптике: устройство глаза, фотоаппарата, микроскопа, телескопа и другое.

http://pymath.ru/viewtopic.php?f=77&t=809&sid=63be0a3e99f9a32260b53dcfaad3c271 – Видеоурок «Разрешающая способность».

Интересные факты

http://physbook.ru/index.php/Kvant… – Физическая оптика: на каком расстоянии можно отличить двугорбого верблюда от одногорбого?

http://physbook.ru/index.php/Kvant… – Древняя оптика: почему ошибался Птоломей?

http://physbook.ru/index.php/Kvant… – Лучи и волны.

http://physbook.ru/index.php/Kvant… – Волны на пляже.

http://physbook.ru/index.php/Kvant… – Предельные возможность оптического микроскопа.

http://physbook.ru/index.php/Kvant… – Электрический микроскоп. Можно ли в микроскопе разглядеть молекулу?

http://physbook.ru/index.php/Kvant… – Как устроен глаз? Эффект «Полета» луны.

http://elkin52.narod.ru/optika.htm – Занимательная оптика в вопросах и ответах.

http://www.osa-univer.org.ua/DiscoveryKit_Rus.pdf – Занимательная оптика, набор наглядных пособий.

http://www.youtube.com/watch?v=NwH7qx5468o – Распространение луча лазера в воде: опыт Джона Тилдана.

http://www.youtube.com/watch?v=C_R9GnBAC1E – Бесконечное зеркало.

http://www.vokrugsveta.ru/quiz/615/ – Почему небо голубое? Объяснение «на пальцах».

http://www.laser-portal.ru/content_5 – Лазеры. Область их применения.

http://our-lectures.ru/interesting/physics/27-pochemy-nebo-golyboe.html Почему небо голубое? Объяснение с математическими выкладками.

http://www.sveticvet.ru/iskrivlenie-svetovyx-luchej-v-atmosfere/mirazh-v-miniatyure/index.php – Статья о миражах.

http://optika8.narod.ru/History.htm – Краткая история развития оптики.

http://laser-portal.ru/content_7 – История развития оптики.

http://allphysics.ru/perelman/luchi-sveta – Я.И.Перельман, «Занимательная физика». Лучи света.

http://allphysics.ru/perelman/zrenie-odnim-i-dvumya-glazami – Я.И.Перельман, «Занимательная физика». Зрение одним и двумя глазами.

http://www.youtube.com/watch?v=uGTV5OxcKDs – Видео о свете и зеркалах (плоских, выпуклых и вогнутых), цветных фильтрах, люминофорах, черных телах, призмах.

Оптика – Физика для всех

О́птика (от др.-греч. ὀπτική, optike’ появление или взгляд) — раздел физики, рассматривающий явления, связанные с распространением электромагнитных волн преимущественно видимого и близких к нему диапазонов (инфракрасное иультрафиолетовое излучение). Оптика описывает свойства света и объясняет связанные с ним явления. Методы оптики используются во многих прикладных дисциплинах, включая электротехнику, физику, медицину (в частности,офтальмологию). В этих, а также в междисциплинарных сферах широко применяются достижения прикладной оптики.

Вместе с точной механикой оптика является основой оптико-механической промышленности.

Природа света

Оптика оказалась одним из первых разделов физики, где проявилась ограниченность классических представлений о природе. Была установлена двойственная природа света:

Корпускулярная теория света, берущая начало от Ньютона, рассматривает его как поток частиц — квантов света или фотонов. В соответствии с идеей Планка любое излучение происходит дискретно, причём минимальная порция энергии (энергия фотона) имеет величину , где частота соответствует частоте излучённого света, а есть постоянная Планка. Использование представлений о свете, как потоке частиц, объясняет явление фотоэффекта и закономерности теории излучения.
Волновая теория света, берущая начало от Гюйгенса, рассматривает свет как совокупность поперечных монохроматическихэлектромагнитных волн, а наблюдаемые оптические эффекты как результат сложения (интерференции) этих волн. При этом считается, что в отсутствие перехода энергии излучения в другие виды энергии, эти волны не влияют друг на друга в том смысле, что, вызвавшая в некоторой области пространства интерференционные явления, волна продолжает распространяться дальше без изменения своих характеристик. Волновая теория электромагнитного излучения нашла своё теоретическое описание в работахМаксвелла в форме уравнений Максвелла. Использование представления о свете, как о волне, позволяет объяснить явления, связанные с интерференцией и дифракцией, в том числе структуру светового поля (построение изображений и голографию).

Характеристики света

Длина световой волны зависит от скорости распространения волны в среде и связана с нею и частотой соотношением:

где — показатель преломления среды. В общем случае показатель преломления среды является функцией длины волны: . Зависимость показателя преломления от длины волны проявляется в виде явления дисперсии света.

Характеристиками света являются:

Скорость света

Универсальным понятием в физике является скорость света . Её значение в вакууме представляет собой не только предельную скорость распространения электромагнитных колебаний любой частоты, но и вообще предельную скорость распространения информации или любого воздействия на материальные объекты. При распространении света в различных средах фазовая скорость света обычно уменьшается: , где есть показатель преломления среды, характеризующий её оптические свойства и зависящий от частоты света: . В области аномальной дисперсии света показатель преломления может быть и меньше единицы, а фазовая скорость света больше . Последнее утверждение не входит в противоречие с теорией относительности, поскольку передача информации с помощью света происходит не с фазовой, а, как правило, с групповой скоростью.

Оптика других диапазонов

Электромагнитный спектр принято делить на радиоволны, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучения. Эти участки спектра различаются не по своей природе, а по способу генерации и приёма излучения. Поэтому между ними нет резких переходов, сами участки перекрываются, а границы между ними условны.

Волновые и квантовые закономерности являются общими для всего спектра электромагнитного излучения. В зависимости от длины волны, на первый план выступают разные явления, разные методы исследования и разные практические применения. Поэтому на оптику нельзя смотреть как на замкнутую дисциплину, изучающую только видимую область спектра, отделённую от других областей чёткими границами. Закономерности и результаты, найденные в этих других областях, могут оказаться применимыми в видимой области спектра и наоборот.

Аналогичные явления встречаются в распространении рентгеновского излучения и радиоволн, в микроволновых печах и т. п. Оптика, таким образом, может рассматриваться как разделэлектромагнетизма. Некоторые оптические явления зависят от квантовой природы света, что связывает некоторые области оптики с квантовой механикой. Практически, огромное большинство оптических явлений могут рассматриваться, как электромагнитные колебания, описанные Уравнениями Максвелла.

Разделы оптики

Классическая оптика

До появления квантовой оптики оптика в целом основывалась на классическом электромагнетизме. Классическая оптика делится на две главные ветви: геометрическая оптика и физическая оптика.

Геометрическая оптика

Геометрическая оптика или оптика луча, описывает распространение света термином луч. Работы Гюйгенса «Волновая теория света», которые были написаны под влиянием фундаментальных работ Ньютона, и вошли потом в «Оптику», оказали большое влияние на современников. Действительно, будучи приверженцем теории цветов Гука, он после работ Ньютона, восхищаясь их экспериментальной стороной, но не разделяя его теоретической интерпретации, пришёл к выводу, что «явление окрашивания остаётся ещё весьма таинственным из-за трудности объяснения этого разнообразия цветов с помощью какого-либо физического механизма». Поэтому он счёл наиболее целесообразным вообще не рассматривать вопроса о цветах в своём трактате.

В своем небольшом трактате первым он рассмотрел прямолинейное распространение света, во второй части — отражение, в третьей — преломление, в четвёртой — атмосферную рефракцию, в пятой — двойное лучепреломление и в шестой — формы линз.

Неудовлетворительное объяснение прямолинейного распространения света Гюйгенс возместил блестящим объяснением с помощью своего механизма частичного отражения, преломления и полного внутреннего отражения — явлений, интерпретация которых вынудила Ньютона усложнять свою теорию, нагромождая одну теорию на другую. По существу, эти объяснения Гюйгенса и сейчас приводятся во всех учебниках. Новая теория обладала также тем преимуществом, что для объяснения преломления она в соответствии со здравым смыслом требовала меньшей скорости в более плотной среде.

«Луч» в геометрической оптике — абстрактный геометрический объект, перпендикулярный фронту импульса фактических оптических волн. Геометрическая оптика описывает правила прохождения лучей через оптическую систему.

Приняв это абстрактное понятие и связанные с ним правила, мы существенно упрощаем задачу оптики, но не в состоянии объяснить много важных оптических эффектов, напримердифракцию и поляризацию.

Параксиальное приближение

Следующее упрощение в геометрической оптике — параксиальное приближение, или «приближение малых углов». Математически поведение луча становится линейным, позволяя представить оптические компоненты простыми матрицами. Применение методов Гауссовской оптики позволяет найти свойства первого порядка оптических систем.

Гауссовское распространение луча — расширение параксиальной оптики, описывающее более точную модель поведения лучей. Используя параксиальное приближение и явление дифракции, данный набор методов описывает расширение светового пучка с расстоянием и минимальный размер светового пятна, в которое может быть сосредоточен световой пучок. Тем самым эта модель является промежуточной между геометрической и физической оптикой.

Физическая оптика

Физическая оптика или оптика волны основывается на принципе Гюйгенса и моделирует распространение сложных фронтов импульса через оптические системы, включая и амплитуду и фазу волны. Этот раздел оптики объясняет дифракцию, интерференцию, эффекты поляризации, аберрацию и природу других сложных эффектов.

В этом разделе оптики также используются приближения, а не полная электромагнитная модель распространения света. Однако в простых случаях, а по мере роста доступных вычислительных мощностей и в более сложных, становится возможным полный расчёт по точной теории.

Современная оптика

Физиологическая оптика

Современная оптика охватывает области оптической науки и разработок, которые стали популярными в XX столетии. Эти области оптической науки в основном касаются электромагнитных или квантовых свойств света, но включают и другие области.

Физиологическая оптика — междисциплинарная наука о зрительном восприятии света. Она объединяет сведения по биофизике, биохимии и психологии зрительного восприятия.

Рентгеновская оптика

Рентгеновская оптика — отрасль прикладной оптики, изучающая процессы распространения рентгеновских лучей в средах, а также разрабатывающая элементы для рентгеновских приборов. Рентгеновская оптика в отличие от обычной рассматривает электромагнитные волны в диапазоне длин волн рентгеновского 10⁻⁴ до 100 Å (от 10⁻¹⁴ до 10⁻⁸ м) и гамма-излучений < 10⁻⁴ Å.

Задачи ЕГЭ по теме «Геометрическая оптика»
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА 1. Человек, имеющий рост h = 1,8 м, находится на расстоянии l = 6 м от столба высотой H = 7 м. На каком расстоянии s от себя человек должен положить горизонтально маленькое зеркало,
Подробнее СЕМИНАР I ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
СЕМИНАР I ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА ВАРИАНТ 1 1. ⅔ угла между падающим и отражённым от плоского зеркала лучами составляет 80. Чему равен угол падения луча? 2. Человек приближается к плоскому зеркалу со скоростью
Подробнее 39. Г 2 40% 1 l F 44.
. Расстояние от линзы до действительного изображения предмета в n =,5 раза больше фокусного расстояния линзы. Найдите увеличение Г, с которым изображается предмет.. Расстояние от предмета до собирающей
Подробнее ПОДГОТОВКА к ОГЭ ЧАСТЬ 1
ПОДГОТОВКА к ОГЭ ЧАСТЬ СВЕТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ.Луч света падает на плоское зеркало. Угол между падающим лучом и отражённым увеличили на 30 0. Как изменился угол между зеркалом и отраженным лучом? 2.Чему равен
Подробнее Геометрическая оптика
Вариант 1 1. Определите абсолютный показатель преломления вещества, если угол полного внутреннего отражения равен 30. 2. Чему равна скорость распространения света в алмазе? 3. Камень, лежащий на дне пруда,
Подробнее Тонкие линзы. Ход лучей
И. В. Яковлев Материалы по физике MathUs.ru Тонкие линзы. Ход лучей Темы кодификатора ЕГЭ: линзы, оптическая сила линзы. Взгляните ещё раз на рисунки линз из предыдущего листка: эти линзы обладают заметной
Подробнее Геометрическая оптика
Геометрическая оптика Недостатки в условиях: Вариант 4 задача 2: угол 30, ширина пучка 20 см, показатель преломления стекла 1,5, ответ 26 см. Вариант 7 задача 2: показатель преломления воды 1,33 задача
Подробнее Вопросы к зачету. 1) и 2) и 3) и 4) и
Вопросы к зачету 1. В наборе радиодеталей для изготовления простого колебательного контура имеются две катушки с индуктивностями,, а также два конденсатора, емкости которых и. При каком выборе двух элементов
Подробнее Г Е О М Е Т Р И Ч Е С К А Я О П Т И К А
Г Е О М Е Т Р И Ч Е С К А Я О П Т И К А Многие простые оптические явления, такие, например, как возникновение теней и образование изображений в оптических приборах, можно объяснить на основе законов геометрической
Подробнее 8 класс Тесты для самоконтроля. ТСК Линзы
ТСК 8.3.31 Линзы 1.Линзой называют 1) прозрачное тело, имеющее с двух сторон гладкие поверхности 2) тело, стороны которого отполированы и округлены 3) прозрачное тело, ограниченное сторонами, которые представляют
Подробнее Глава 3 ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
Глава 3 ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА 3.1. ПРЯМОЛИНЕЙНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ И ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА Геометрическая оптика один из древнейших разделов физики. Первые оптические законы прямолинейное распространение и отражение
Подробнее Лабораторная работа 6 ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЗ
Лабораторная работа 6 ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЗ Цель работы: Экспериментальным путем проверить формулу тонкой линзы и определить оптические параметры собирающей и рассеивающей линз. Оборудование и принадлежности:
Подробнее ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА Свет диапазон (390 нм до 760 нм) электромагнитных колебаний воспринимаемых нашим глазом. Скорость света в вакууме является универсальной константой и не зависит от частоты c, С =
Подробнее ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
96 ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА Задание 1. Выберите правильный ответ: 1. Доказательством прямолинейности распространения света служит, в частности, явление… а) интерференции света; б) образования тени; в) дифракции
Подробнее Блок -4 СВЕТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Н.А. Кормаков ~ 1 ~ 8 класс Блок – 4 Содержание Блок -4 СВЕТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ Содержание опорного конспекта Стр. Параграф учебника Лист-4 вопросов ОК 8.4.28 38 63,64 1-8 1.Закон прямолинейного распространения
Подробнее Сферическое зеркало.
Тема: Лекция 42 Закон отражения света. Зеркальное и диффузное отражение. Плоское и сферическое зеркала. Формула сферического зеркала. Построение изображений в зеркалах. Закон отражения света. Луч падающий,
Подробнее Изучение преломления света в линзах
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет» (УГТУ) 51 Изучение преломления
Подробнее – Мнимое изображение предмет
Геометрическая теория оптических изображений Если пучок световых лучей, исходящий из какой-либо точки A, в результате отражений, преломлений или изгибаний в неоднородной среде сходится в точке A, то A
Подробнее ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЗАОЧНАЯ ШКОЛА Физическое отделение ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА Задание по физике 4 класс Новосибирск 004 ПРАВИЛА ОФОРМЛЕНИЯ ЗАДАНИЙ Задание имеет три основных раздела.
Подробнее Изучение преломления света в линзах
Федеральное агентство по образованию РФ Ухтинский государственный технический университет 5 Изучение преломления света в линзах Методические указания к лабораторной работе для студентов всех специальностей
Подробнее Основы фотографической оптики
Спецкурс ОСФИ Лекция 7 06 апреля 2011 Основы фотографической оптики Алексей Игнатенко, к.ф.-м.н. Лаборатория компьютерной графики и мультимедиа ВМК МГУ Цель Научиться моделировать фотокамеру Разбираться
Подробнее Перейти на страницу с полной версией»
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тульский государственный педагогический университет
Подробнее
Задачи для самостоятельного решения Задача 1. Оптическая разность хода двух интерферирующих волн монохроматического света равна =0.3λ. Определить разность фаз этих волн φ. (Ответ: φ=0.6π) Задача 2. Сколько
Подробнее Задачи по оптике Па, 8W
Задачи по оптике 1. Лазер излучает импульсы с длительностью τ =,16 мкс с энергией W = 1 Дж. Излучение фокусируется на круглую мишень диаметром d =,1 мм, расположенную перпендикулярно пучку и имеющую коэффициент
Подробнее Работа 4.3 Изучение микроскопа
Работа 4.3 Изучение микроскопа Оборудование: микроскоп, рисовальный аппарат, объект-микрометр, измерительная линейка, стеклянная пластинка, микрометр. Введение Для получения больших увеличений используется
Подробнее Подготовка оптика. В). 340 км/час
Подготовка оптика 1. Какой буквой принято обозначать и в каких единицах СИ принято измерять: 1.1. показатель преломления вещества? 1.2. оптическую плотность вещества? 1.3. длину волны? 1.4. частоту световой
Подробнее Интерференция световых волн
Интерференция световых волн Интерференция возникает при наложении волн, создаваемых двумя или несколькими источниками, колеблющимися с одинаковыми частотами и некоторой постоянной разностью фаз Такие источники
Подробнее уч. год. 5, 11 кл. Физика. Оптика
Контрольные вопросы 1. Допускает ли принцип Ферма существование нескольких путей, по которым луч света распространяются от точечного источника S к приемнику. Рассмотрите случаи, когда лучи проходят через:
Подробнее ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 (оптика)
Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСКОПА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Подробнее Формулы Френеля , (5). (6)
Формулы Френеля Цель работы: экспериментально доказать, что коэффициент отражения света от диэлектрика зависит от угла падения и поляризации падающего излучения. Если на границу раздела двух прозрачных
Подробнее 1
3.6 Оптика 3.6.1 Прямолинейное распространение света в однородной среде. Луч света Закон прямолинейного распространения света: световой луч в однородной прозрачной среде это прямая линия. Доказательством
Подробнее Задания А15 по физике
Задания А15 по физике 1. Имеются четыре тонкие собирающие линзы и точечный источник света. На приведенных ниже рисунках показаны источник S и его изображения S, полученные с помощью этих линз. Какая из
Подробнее Определение размеров малых объектов
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет» (УГТУ) 54 Определение размеров
Подробнее Краткая оптика: концепции, примеры и проблемы – 1-е издание
Содержание
Часть I. Введение
1. Свет: природа и история изучения
1.1 Введение
1.2 Свет – ядро оптики
1.3 Плоские волны
1.4 Энергия и импульс электромагнитных волн

Часть II. Геометрическая оптика света
2. Отражение и преломление
2.1 Введение
2.2 Отражение
2.3 Формирование изображения посредством отражения
2.4 Рефракция
2.5 Формирование изображения посредством преломления
3. Параксиальные лучи и линзы
3.1 Введение
3.2 Тонкие линзы – виды и формы
3.3 Формирование изображения в тонких линзах
3.4 Уравнение линзы
3.5 Ньютоновская форма для отношения объект-изображение в тонких линзах
3.6 Мощность и граница тонкой линзы
3.7 Комбинация линз
4. Матричная оптика для параксиальных лучей
4.1 Введение
4.2 Матрица трансляции
4.3 Матрица преломления
4.4 Многофункциональная матрица – линзы
4.5 Толстая линза – новый взгляд
4.6 Эффективная матрица оптической системы – дальнейший анализ

Часть III. Волновая оптика
5. Световые волны, свойства и распространение
5.1 Введение
5.2 Уравнения Максвелла
5.3 Волновое уравнение
5.4 Типы и свойства уравнений электромагнитных волн
5.5 Уравнения электромагнитных волн в диэлектриках
5.6 Плотность потока фотонов
6. Световые волны, когерентность, суперпозиция и интерференция
6.1 Введение
6.2 Наложение двух волн
6.3 Наложение множества волн произвольной фазы
6.4 Наложение двух волн немного разной частоты – групповая скорость
6.5 Когерентность, необходимое условие для устойчивой интерференции
7. Двойные и многолучевые помехи
7.1 Введение
7.2 Эксперимент Юнга с двойной щелью
7.3 Зеркало Ллойда
7,4 Кольца Ньютона
7,5 Интерференция света в тонких пленках
7.6 Интерференция множественных лучей
7,7 Полосы равного наклона – полосы Физо
7,8 Интерферометр Майкельсона
8. Дифракция I. Дифракция Фраунгофера
8.1 Введение
8.2 Настройка дифракции на одной щели
8.3 Дифракция на двойной щели
8.4 Дифракционные решетки
8.5 Разрешение и разрешающая способность
9. Дифракция II: дифракция Френеля
9.1 Введение
9.2 План и предположения – коэффициент угла наклона
9.3 Гюйгенс – дифракция Френеля
9.4 Дифракция Френеля для прямоугольной апертуры – структура зоны Френеля
10. Оптика многослойных систем
10.1 Введение
10.2 Базовая теория – диэлектрический слой
10.3 Расширение до многослойных структур – метод характеристической матрицы, CMT
10.4 Ультратонкая одинарная пленка
10.5 Аналитические формулы для отражательной способности и пропускной способности поглощающих слоев
11.Поляризация
11.1 Введение
11.2 Базовая теория
11.3 Состояния поляризации
11.4 Различные процессы поляризации
11.5 Распространение световых волн в двойно преломляющих материалах
11.6 Волновые фронты и преломление лучей в двулучепреломляющих материалах
12. Фурье-оптика
12.1 Введение
12.2 Периодические функции и ряды Фурье
12.3 Важные интегралы
12.4 Комплексная форма ряда Фурье
12.5 Преобразование Фурье
12.6 Соответствие преобразования Фурье дифракции
13. Фотоника
13.1 Введение
13.2 Классическая физика и излучение – основа современной фотоники
13.3 Немного естественной фотоники
13.4 Фотонные системы, созданные человеком
Приложения
A – Тригонометрия
B – Комплексные числа
C – Математические операторы – декартовы и сферические координаты
D – Матрицы
E – Физические константы
F – Примеры дифракции Френеля, выполненные на MathematicaF
G- Решение избранных примеров из гл.10 Использование Excel. Матрицы линейной алгебры
H – математические разложения и серии
оптика | История, применение и факты
Системные компоненты
Оптическая система состоит из последовательности элементов, которые могут включать линзы, зеркала, источники света, детекторы, проекционные экраны, отражающие призмы, диспергирующие устройства, фильтры и тонкие пленки, а также пучки волоконной оптики.
Линзы
Все оптические системы имеют диафрагму где-нибудь в системе, чтобы ограничить диаметр лучей света, проходящих через систему от точки объекта.По аналогии с человеческим глазом эта ограничивающая диафрагма называется радужной оболочкой системы, а ее изображения в пространстве объекта и изображения называются входным зрачком и выходным зрачком соответственно. В большинстве фотографических объективов диафрагма находится внутри объектива, и ее часто можно регулировать по диаметру для управления освещением изображения и глубиной резкости. В телескопах и микроскопах цилиндрическая опора линзы объектива обычно является ограничивающей апертурой или диафрагмой системы; его изображение, сформированное за окуляром, где должен быть расположен глаз наблюдателя, чтобы видеть всю наблюдаемую область, называемую полем, в этом случае является выходным зрачком.
Зрачки линзовой системы можно рассматривать как общие основания косых лучей, проходящих через систему из всех точек протяженного объекта. Однако в большинстве систем крепления некоторых элементов объектива врезаются в наклонные лучи и препятствуют тому, чтобы лучи были идеально круглыми, и тогда зрачки не полностью заполнялись светом. Этот эффект известен как виньетирование и приводит к уменьшению освещенности во внешних частях поля зрения.
Общей особенностью многих оптических систем является релейная линза, которую можно использовать для инвертирования изображения или увеличения длины системы, как в военном перископе.Пример использования ретрансляционной линзы можно найти в обычном винтовочном прицеле, схематически показанном на рисунке 6. Здесь передняя линза A, является объективом, формирующим перевернутое изображение цели на поперечной проволоке или сетке на B . . Затем свет проходит к линзе C реле, которая формирует второе изображение, теперь прямое, на D . За этим изображением находится окуляр E для параллельного отображения света, чтобы наблюдатель мог четко видеть изображение.К сожалению, наклонный луч от объектива обычно не попадает в ретрансляционную линзу, поэтому полевую линзу необходимо вставить около первого изображения B или рядом с ним, чтобы согнуть наклонные лучи вокруг и перенаправить их к ретрансляционной линзе. Сила полевой линзы выбирается так, чтобы она формировала изображение апертуры линзы объектива на апертуре релейной линзы. Радужная оболочка и входной зрачок этой системы совпадают в объекте; у ретрансляционной линзы есть внутренний зрачок, а выходной зрачок находится за окуляром, как показано на рисунке 6.
Рисунок 6: Принцип действия оптического прицела (см. Текст).
Британская энциклопедия, Inc. Брайан Дж. Томпсон Редакция Британской энциклопедии
Зеркала часто используются в оптических системах. Плоские зеркала могут использоваться для отклонения луча света в другом направлении либо для удобства, либо для получения изображения, перевернутого слева направо, если требуется. Изогнутые зеркала, вогнутые и выпуклые, могут использоваться вместо линз в качестве элементов формирования изображения в отражающих телескопах.Все самые большие телескопы в мире и многие маленькие относятся к отражающему типу. В таких телескопах вогнутое зеркало используется для получения основного изображения, а небольшое вторичное зеркало часто добавляется для увеличения изображения и размещения его в удобном месте для наблюдения или фотографирования. Зеркала телескопов обычно делаются параболическими или гиперболическими в сечении, чтобы исправить аберрации изображения. Первоначально зеркала телескопов изготавливались из полированного «металлического зеркала», сплава меди и олова, но в 1856 году немецкий химик Юстус фон Либих изобрел процесс формирования зеркального слоя серебра на полированном стекле, который наносился на зеркала телескопа немецкого астронома К.А. фон Штайнхайль. Сегодня большинство зеркал изготовлено из стекла, покрытого либо слоем химически осажденного серебра, либо, что чаще всего, слоем напыленного алюминия на поверхность. Алюминиевая поверхность обладает такой же высокой отражающей способностью, как серебро, и не так легко тускнеет.
Большое астрономическое зеркало представляет множество проблем для инженеров-оптиков, главным образом потому, что даже искажение зеркала на несколько микрон под действием собственного веса вызовет невыносимое размытие изображения. Хотя было опробовано множество схем поддержки зеркала без напряжения, в том числе схема для поддержки его на мешке со сжатым воздухом, проблема полного устранения искажения зеркала остается нерешенной.Металлическое зеркало, если оно хорошо ребристо сзади, может быть легче стеклянного и, следовательно, с ним легче обращаться, но большинство металлов немного гибкие и требуют такой же осторожной поддержки, как и стеклянные зеркала. Поскольку изменения температуры также могут вызвать серьезные искажения в зеркале, астрономы стараются поддерживать температуру в обсерватории как можно более постоянной.
Источники света
Многие типы оптических инструментов формируют изображения с помощью естественного света, но для некоторых, например микроскопов и проекторов, требуется источник искусственного света.Лампы с вольфрамовой нитью накаливания являются наиболее распространенными, но если требуется очень яркий источник, используется угольная или ксеноновая дуга. Для некоторых применений используются ртутные или другие газоразрядные трубки; лазерный луч часто используется в научных приложениях. Лазерный свет является ярким, монохроматическим, коллимированным (лучи параллельны) и когерентным (все волны идут в ногу друг с другом), причем любое или все эти свойства имеют значение в определенных случаях.
Детекторы
Изображение, формируемое оптической системой, обычно воспринимается глазом, который представляет собой замечательно адаптируемый и чувствительный детектор излучения в видимой области электромагнитного спектра.Фотопленка, еще один широко используемый детектор, имеет то преимущество, что дает постоянную запись событий. Примерно с 1925 года было разработано много типов электрических детекторов излучения как в видимой области, так и за ее пределами. К ним относятся фотоэлементы различных типов, в которых напряжение или сопротивление изменяется под действием света, падающего на устройство. Многие новые типы детекторов чувствительны далеко в инфракрасном спектре и используются для обнаружения тепла, излучаемого пламенем или другим горячим объектом.Ряд усилителей изображения и преобразователей, особенно для рентгеновского или инфракрасного излучения, которые появились после Второй мировой войны, включают в себя детектор излучения на одном конце вакуумной трубки и электронную линзу внутри трубки для передачи изображения на люминофорный экран на другом конце. Такая компоновка дает видимое изображение, которое можно наблюдать невооруженным глазом или сфотографировать, чтобы сделать постоянную запись.
Трубки телевизионных камер обнаруживают реальные изображения посредством электронного сканирования, причем изображение на смотровой трубке является копией изображения в исходной камере.Комбинированное применение электроники и оптики стало обычным явлением. Яркий пример электрооптики появляется в некоторых космических камерах, в которых пленка экспонируется, обрабатывается и затем сканируется крошечной точкой света; свет, проходящий через пленку, улавливается фотоэлементом и передается на Землю по радио, где он используется для управления яркостью другой точки света, сканирующей второй кусок пленки в точном синхронизме с пятном сканирования в камере. Таким образом, вся система создает изображение на Земле, которое является точной копией изображения, сделанного в космосе несколькими минутами ранее.
Самый простой экран для проецирования слайдов или движущихся изображений – это, конечно, белая матовая поверхность, которая может быть на твердой основе, как в уличных кинотеатрах, или на натянутой ткани в помещении. Экран театра часто перфорирован для передачи звука из динамиков, расположенных за ним.
Улучшенные материалы экрана были разработаны для увеличения яркости изображения в соответствии с конкретной формой зала. Экран, покрытый крошечными бусинами, имеет тенденцию направлять свет обратно в общем направлении проектора и подходит для использования на одном конце длинной узкой аудитории.Другой тип экрана покрыт тонкими рельефными вертикальными канавками; это имеет тенденцию распределять свет в горизонтальной полосе по аудитории с небольшим вертикальным распределением или без него. Реальным преимуществом этих экранов с высокой отражающей способностью является то, что они имеют тенденцию отражать окружающий свет помещения от зрителя, как от зеркала, так что изображения днем кажутся почти такими же яркими и четкими, как в затемненной комнате.
Отражающие призмы – это кусочки стекла, ограниченные плоскими поверхностями, установленными под точно определенными углами.Некоторые из этих поверхностей пропускают свет, некоторые отражают свет, а некоторые выполняют обе функции последовательно. Таким образом, призма представляет собой набор плоских отражателей с относительно фиксированными углами, через которые последовательно проходит луч света.
Простейшая призма представляет собой треугольный стеклянный блок с двумя гранями под прямым углом и одной под углом 45 °. Лицо под углом 45 ° отклоняет луч света под прямым углом. Обычная призма Порро, используемая в бинокле, содержит четыре отражающие поверхности под углом 45 °, две для изменения направления луча в вертикальной плоскости и две в горизонтальной плоскости (рис. 7).Эти отражающие поверхности можно заменить частями зеркала, установленными на металлической раме, но трудно удерживать зеркала жестко, а еще труднее содержать их в чистоте. Некоторые микроскопы оснащены отклоняющей призмой 45 ° за окуляром; эта призма может обеспечивать два или три отражения в зависимости от типа инверсии изображения или требуемого обращения слева направо.
Рисунок 7: Призма Порро.
Британская энциклопедия, Inc.
Призмы с полуотражающей, полупрозрачной поверхностью известны как светоделители и поэтому имеют множество применений.Важное применение находят в некоторых цветных телевизионных камерах, в которых свет от объектива последовательно разделяется двумя светоделителями для формирования красного, зеленого и синего изображений на лицевых сторонах трех электронно-лучевых трубок в камере.
Диспергирующие устройства
Есть две формы рассеивающих элементов, используемых для распределения составляющих цветов луча света в «спектр», а именно призма и решетка. Призма, известная Ньютону, более древняя; он разделяет цвета спектра, потому что показатель преломления стекла самый низкий для красного света и постепенно увеличивается от желтого и зеленого до синего, где он самый высокий.Призменные спектроскопы и спектрографы бывают разных форм и размеров, но во всех случаях синий конец спектра сильно растянут, а красный конец относительно сжат.
Дифракционная решетка – это линейчатое зеркало или прозрачная стеклянная пластина, имеющая многие тысячи тонких параллельных канавок до дюйма. Он разделяет цвета спектра за счет процесса дифракции. Каждая бороздка дифрагирует или рассеивает свет во всех направлениях, и в случае света одной конкретной длины волны будет одно направление, в котором световая волна из одной бороздки отстает от световой волны из следующей бороздки ровно на одну или несколько целые длины волн.Это приводит к сильному лучу дифрагированного света в этом направлении и темноте во всех остальных направлениях. Поскольку каждый спектральный цвет соответствует разной длине волны, решетка расширяет спектр в веер, где его можно наблюдать или фотографировать. Красные лучи изогнуты больше всего, а синие лучи меньше всего, что противоположно ситуации с призмой.
Хотя призма или решетка являются важным рассеивающим элементом в спектрографе, для формирования четко определенного спектра необходимо использовать тонкую щель и дополнительные линзы или фокусирующие зеркала.Конечно, призменные спектроскопы ограничены теми длинами волн, для которых материал призмы прозрачен; Отражающую решетку можно использовать для любой длины волны, которую будет отражать материал.
Фильтры и тонкие пленки
Цветовой фильтр – это лист прозрачного материала, который изменяет световой луч путем избирательного поглощения одних цветов по отношению к другим. Нейтральный фильтр одинаково поглощает все длины волн и просто служит для уменьшения интенсивности луча света без изменения его цвета.
Фильтры могут быть изготовлены из листов цветного стекла, пластика или окрашенного желатина, а в некоторых случаях использовались стеклянные ячейки, заполненные жидкостью. После Второй мировой войны был разработан другой тип фильтра, зависящий от интерференции света, в котором один или несколько металлических или других типов пленок контролируемой толщины были нанесены на стеклянную пластину, причем слои были настолько тонкими, что вызывали селективные помехи. одних длин волн по отношению к другим и, таким образом, действуют как непоглощающий фильтр.В этом случае отклоненные цвета отражаются, а не поглощаются.
Поляризационные фильтры обладают свойством пропускать свет, который колеблется в одном направлении, и поглощать свет, который колеблется в перпендикулярном направлении. Эти фильтры широко используются в научных приборах. В солнцезащитных очках и при наложении на объектив камеры поляризационные фильтры уменьшают нежелательные отражения от неметаллических поверхностей. Поляризационные очки использовались для разделения лучей для левого и правого глаза при проецировании стереоскопических изображений или фильмов.
Жгуты оптоволоконных кабелей
Как отмечалось ранее, тонкий стержень или волокно из стекла или другого прозрачного материала пропускает свет путем многократных внутренних отражений, даже если стержень несколько изогнут. Таким образом, упорядоченный пучок стержней или волокон способен принимать изображение, проецируемое на один конец пучка, и воспроизводить его на другом конце. Жгут оптоволоконных кабелей можно сплавить в жесткий канал или оставить гибким, жестко скрепив между собой только концы. Поскольку пучок волокон очень хрупкий, с ним нужно обращаться осторожно; разрыв волокна приведет к появлению черной точки на воспроизводимом изображении.
оптическое волокно
Световой луч, проходящий через оптическое волокно.
Британская энциклопедия, Inc. Рудольф Кингслейк
Неклассические системы визуализации
Помимо известных оптических систем, процитированных выше, существует множество неклассических оптических элементов, которые в ограниченной степени используются для специальных целей. Самая известная из них – асферическая (несферическая) поверхность. Поскольку плоские и сферические поверхности легче всего точно воспроизвести на стекле, большинство линз содержат только такие поверхности.Однако иногда необходимо использовать какую-либо другую аксиально-симметричную поверхность на линзе или зеркале, как правило, для коррекции конкретной аберрации. Примером может служить параболическая поверхность главного зеркала большого астрономического телескопа; другой – эллиптическая поверхность, отформованная на передней части небольших отражателей из твердого стекла, используемых на дорожных знаках.
Другая часто используемая оптическая поверхность – это сторона цилиндра. Такие поверхности имеют силу только в меридиане, перпендикулярном оси цилиндра.Поэтому цилиндрические линзы используются везде, где требуется изменять увеличение от одного меридиана до перпендикулярного меридиана. Цилиндрические поверхности используются в анаморфных линзах, используемых в некоторых широкоэкранных киносистемах, для сжатия изображения в камере по горизонтали и растягивания его до исходной формы на проецируемом изображении.
Для коррекции астигматизма глаза многие очки изготавливаются с торическими поверхностями, то есть с большей кривизной в одном меридиане, чем в перпендикулярном меридиане, как чаша чайной ложки.Эти поверхности создаются и полируются на специальных машинах и производятся миллионами ежегодно.
Другая неклассическая оптическая система – это бифокальные или трифокальные очковые линзы. Они изготавливаются либо путем формирования двух или трех отдельных поверхностей на едином куске стекла, либо путем получения дополнительной мощности путем наплавления куска стекла с высоким коэффициентом преломления на переднюю часть основной линзы, а затем полировки одной сферической поверхности поверх обоих очков.
Два французских ученых, Жорж-Луи Бюффон и Огюстен-Жан Френель, в 18 веке предложили формировать линзу концентрическими кольцами для уменьшения веса, причем каждое кольцо является частью того, что обычно является сплошной сферической поверхностью, но сплющено.Линзы Френеля широко используются в маяках, прожекторах и светофорах, а также в качестве цилиндрических корабельных фонарей. Формованные пластиковые линзы Френеля с мелкими шагами шириной в несколько тысячных дюйма часто используются в качестве конденсаторов в диапроекторах и в камерах в качестве полевых линз, контактирующих с матовым стеклом.
Линзы иногда изготавливали с одной поверхностью, имеющей форму сплющенного конуса. Такие линзы дают длинное линейное изображение точечного источника, расположенного вдоль оси линзы; по этой причине их обычно называют аксиконами.Они использовались для создания прямой линии света в космосе для юстировки машин и валов, но примерно с 1965 года вместо них обычно использовался луч газового лазера.
От электростатики к оптике: краткий курс электродинамики (теоретическая и математическая физика) (мягкая обложка)
93,49 долл. США
Обычно отправляется в течение 1-5 дней
Описание
Мы живем в эпоху электроники.Миллионы людей смотрят на телевизоры; компьютеры проникают в нашу рабочую жизнь; а сердцебиение многих пожилых людей регулируется кардиостимулятором. Даже музыка становится электрической. Тем временем старые добрые механические швейцарские часы были заменены электронными часами, изготовленными в Гонконге, которые в десять раз точнее и стоят в десять раз дешевле. (Дешевые швейцарские часы сегодня также являются электрическими, а их части, вероятно, производятся в Гонконге.) В физике отказ от механики как основы науки произошел уже в 19 веке, когда было обнаружено, что свет и электромагнетизм должны описываться теорией поля, а не механической теорией.Это была радикально новая идея: основные объекты в механике Ньютона – это точечные частицы с координатами qi (t) и импульсами Pi (t), зависящими от времени. Если индекс i изменяется от 1 до f, система имеет конечное число (f или 2f) степеней свободы. Основные количества теории поля, на отл1. С другой стороны, это несколько векторных полей E (t, x), B (t, x), v (t, x), которые зависят от ti e и пространства. Поле скоростей v (t, x) является фундаментальным в механике сплошной среды, которая, безусловно, является теорией поля, подобной электродинамике, а не механической теорией трех частиц.Поскольку в каждом месте x в lR. поля в данный момент времени могут принимать значения, система имеет бесконечно много степеней свободы.
Подробнее о продукте
ISBN: 9783642850899
ISBN-10: 3642850898
Издатель: Springer
Дата публикации: 9 февраля 2012 г.
Страниц: 255
Язык: Английский и математическая физика
Категории
Связанные издания (все)
Оптическая физика 4-е издание | Оптика, оптоэлектроника и фотоника
Это четвертое издание хорошо зарекомендовавшего себя учебника знакомит студентов от фундаментальных идей с самыми современными разработками в оптике.Он проиллюстрирован 400 рисунками и содержит множество практических примеров, многие из которых были получены из лабораторных экспериментов студентов и демонстраций лекций. Предназначенный для студентов и продвинутых курсов по современной оптике, он идеально подходит для ученых и инженеров. Книга охватывает принципы геометрической и физической оптики, ведущие к квантовой оптике, с использованием в основном преобразований Фурье и линейной алгебры. Главы дополнены расширенными темами и новейшими приложениями, знакомя читателей с ключевыми темами исследований, включая отрицательный показатель преломления, поверхностный плазмонный резонанс, восстановление фазы в дифракции кристаллов и телескоп Хаббла, фотонные кристаллы, изображения со сверхвысоким разрешением в биологии электромагнитно индуцированная прозрачность, медленный свет и сверхсветовое распространение, запутанные фотоны и коллекторы солнечной энергии.Решения проблем, программы моделирования, показатели и дальнейшие обсуждения нескольких тем доступны на сайте www.cambridge.org/lipson.
«… хорошо зарекомендовавший себя и важный текст как для студентов, так и для дипломированных физиков… отец и сын писали вместе, написали научный, авторитетный и четко написанный отчет о принципах и применении теории волн». Эдвард Аткинс, Physics Education
«В этой книге много вдохновляющих идей…» Contemporary Physics
«Она достойна занять место на полке любой библиотеки или любого учителя физики.’ Optica Acta
«Хорошо написано, исчерпывающе и составлено на нужном уровне для студентов – вспомогательные онлайн-материалы особенно полезны». Дэвид Бинкс, Манчестерский университет
«Четвертое издание журнала« Оптическая физика »было значительно обновлено как по содержанию, так и по форме представления. Теперь он охватывает почти весь спектр тем в классической и современной оптике, которые студенты-естественники и инженеры должны изучить в рамках своей подготовки к карьере в современной науке и технологиях.Хотя анализ Фурье широко используется, авторы разумно сохранили математические требования на не пугающем уровне и, где это уместно, предоставляют четкие концептуальные примеры и обсуждают соответствующие приложения. Обширный набор упражнений будет по достоинству оценен учителями, использующими этот текст для своих курсов. Внесенные педагогические усовершенствования, такие как краткие конспекты глав, позволяют учащимся следить за развитием теории и оценивать свой прогресс в усвоении предметов.Оптическая физика – это подробный, актуальный текст по увлекательной и технологически важной области оптики, который очень подходит в качестве текста для продвинутого курса бакалавриата для студентов естественных и технических специальностей, но он также может служить хорошим справочником и обновлением для аспирантов и ученых, работающих в области оптики ». Райнер Джонсен, Питтсбургский университет
«Эта книга – превосходное изложение оптики, подчеркивающее физические принципы и их последствия.’ Тад Уокер, Висконсинский университет
«Оптическая физика написана для продвинутых студентов бакалавриата, которые изучают оптическую физику, как если бы они сидели в классе главного преподавателя. Данная тема изложена несколькими способами, что дает учащимся больше возможностей для развития физической интуиции в отношении материала. Краткое содержание глав 4-го издания и дополнительные обсуждения на полях снова добавлены, чтобы сделать учебник более полезным для учащихся. Баланс между качественной и количественной обработкой кажется идеальным.’ Карл Мэйс, Университет Аризоны
«… Оптическая физика имеет долгую славную историю как исчерпывающий текст по оптике. В этом новом [издании] добавлены последние разработки, такие как сверхвысокое разрешение, при этом сохранены все ключевые материалы и красивые изображения из предыдущих изданий ». Чарльз С. Адамс, Даремский университет
«Публикация этой книги представляет собой столь необходимый шаг на пути к более широкому пониманию оптики и ее значения в профессиональной практике… Учитывая захватывающие горизонты, открывающиеся в области построения изображений, включая лидары, такие широкие Публикация по ранжированию должна стать очень ценным справочным источником на долгие годы.Это было успешно достигнуто благодаря четко написанному тексту, а на техническом уровне, что делает его действительно полезным и актуальным справочником… Он должен быть доступен для справки в любой организации, которая зависит от качества ее оптического оборудования ». Фотограмметрическая запись
Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie
Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файлах cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Теоретическая оптика: Введение, 2-е, переработанное и дополненное издание
Загрузить флаер продукта
Загрузить флаер продукта – загрузить PDF-файл в новой вкладке. Это фиктивное описание. Загрузить флаер продукта – загрузить PDF-файл в новой вкладке. Это фиктивное описание. Загрузить флаер продукта – загрузить PDF-файл в новой вкладке. Это фиктивное описание. Загрузить флаер продукта – загрузить PDF-файл в новой вкладке. Это фиктивное описание.
Описание
Заполняя пробел между учебниками по оптике для студентов и научной литературой по оптике, это исправленное и дополненное второе издание представляет собой солидное, но краткое введение в тему. Начиная с базовой электродинамики, он включает в себя нелинейную оптику и взаимодействие света с веществом, а также современные темы квантовой оптики, включая запутанность, криптографию и квантовые вычисления.
Обладая более чем тридцатилетним опытом исследований и преподавания теоретической оптики, автор выходит далеко за рамки традиционных лекций, позволяя читателям идти в ногу с текущим уровнем знаний.Как по содержанию, так и с точки зрения изложения, это важное чтение для аспирантов и докторантов, а также ценный справочник для исследователей.
Об авторе
Хартманн Ремер получил докторскую степень. получил степень в Боннском университете в 1970 году, где он также получил степень абилитации. Он занимал должности постдока в Институте науки Вейцмана в Реховоте, Израиль, и в ЦЕРНе в Женеве. В 1979 году профессор Ремер был назначен профессором теоретической физики во Фрайбургском университете, где он до сих пор преподает.Его исследовательские интересы включают теорию частиц и квантовую теорию поля, в частности геометрические и топологические методы, симплектическую геометрию, теорию квантования, классический предел и коротковолновую асимптотику.
Содержание
1. Краткий обзор истории оптики
2. Электродинамика сплошных сред
3. Линейные волны в однородных средах
4. Кристаллооптика
5.Электро-, магнито- и упругооптические явления
6. Основы нелинейной оптики
7. Коротковолновая асимптотика
8. Геометрическая оптика
9. Геометрическая теория каустики
10. Теория дифракции
11. Голография
12. Теория когерентности
13. Квантовые состояния электромагнитного поля
14. Обнаружение полей излучения
15. Взаимодействие излучения и вещества
16. Квантовая оптика и фундаментальная квантовая теория
Новое в этом издании
* глава по квантовой оптике будет обновлена и более подробно связана с другими главами книги
* обновление раздела о голографических носителях
Отзывы
«Это современный математический подход ко многим классическим предметам, который делает эту книгу выдающейся и уникальной […] … для более опытных и математически заинтересованных читателей настоятельно рекомендуется книга. “
Mathematical Reviews (первое издание)
Отражение, преломление и дисперсия | Безграничная физика
Закон отражения и его последствия
Закон отражения гласит, что угол отражения равен углу падения.
Цели обучения
Сформулируйте соотношение между углом отражения и углом падения
Основные выводы
Ключевые моменты
Свет падает на разные части шероховатой поверхности под разными углами и отражается или рассеивается во многих разных направлениях.
Зеркало имеет гладкую поверхность (по сравнению с длиной волны света) и поэтому отражает свет под определенными углами.
Мы видим свет, отраженный от зеркала, идущий в направлении, определяемом законом отражения.
Ключевые термины
отражение : свойство распространяющейся волны, отбрасываемой назад от поверхности (например, зеркала)
Когда вы смотрите в зеркало или прищуриваетесь на солнечный свет, отражающийся от озера, вы видите отражение.Когда вы смотрите на текст в книге, вы на самом деле видите свет, который от него отражается. Большие телескопы используют отражения для формирования изображений звезд и других астрономических объектов. Фактически, единственный способ увидеть объект, который сам не излучает свет, – это если этот объект отражает свет.
Закон отражения проиллюстрирован в, где также показано, как измеряются углы относительно перпендикуляра к поверхности в точке, куда падает световой луч. Закон отражения очень прост: угол отражения равен углу падения.Когда мы видим свое отражение в зеркале, кажется, что наше изображение на самом деле находится за зеркалом – мы видим свет, исходящий из направления, определяемого законом отражения. Углы таковы, что наше изображение появляется за зеркалом на том же расстоянии, на котором мы стоим от зеркала.
Зеркальное отражение : Изображение в зеркале выглядит так, как если бы оно находилось за зеркалом. Показанные два луча – это те, которые падают на зеркало под правильным углом, чтобы отражаться в глазах зрителя.Кажется, что изображение исходит от того направления, откуда исходят лучи, когда они попадают в глаза зрителя.
Закон отражения : Закон отражения гласит, что угол отражения равен углу падения: θr = θi. Углы измеряются относительно перпендикуляра к поверхности в точке, где луч падает на поверхность.
Мы ожидаем увидеть отражения от гладкой поверхности. Однако свет падает на разные части шероховатой поверхности под разными углами и отражается во многих разных направлениях («рассеивается»).Рассеянный свет позволяет нам видеть лист бумаги под любым углом. Многие объекты, такие как люди, одежда, листья и стены, имеют шероховатую поверхность и видны со всех сторон. Зеркало, с другой стороны, имеет гладкую поверхность (по сравнению с длиной волны света) и отражает свет под определенными углами. Когда луна отражается от поверхности озера, происходит комбинация этих эффектов.

Reflection : Краткий обзор отражения и закона отражения.
Закон преломления: закон Снеллиуса и показатель преломления
Степень изменения направления светового луча зависит как от угла падения, так и от величины изменения скорости.
Цели обучения
Сформулируйте взаимосвязь между показателем преломления и скоростью света
Основные выводы
Ключевые моменты
Изменение направления светового луча (в широком смысле называется изгибом), когда он проходит через изменения в материи, называется рефракцией.
Показатель преломления равен n = c / v, где v – скорость света в материале, c – скорость света в вакууме, а n – показатель преломления.
Закон Снеллиуса, закон преломления, сформулирован в форме уравнения как [латекс] \ text {n} _1 \ sin {θ_1} = \ text {n} _2 \ sin {θ_2} [/ latex].
Ключевые термины
преломление : Изменение направления светового луча, когда он проходит через изменения в материи.
показатель преломления : для материала отношение скорости света в вакууме к скорости света в материале.
Глядя в аквариум, можно легко заметить странные вещи. Например, вы можете увидеть одну и ту же рыбу в двух разных местах. Это связано с тем, что свет, исходящий от рыбы к нам, меняет направление, когда выходит из аквариума, и в этом случае он может пройти двумя разными путями, чтобы добраться до наших глаз. Изменение направления светового луча (в широком смысле называемое изгибом), когда он проходит через изменения в материи, называется рефракцией. Преломление отвечает за огромный спектр оптических явлений, от действия линз до передачи голоса по оптическим волокнам.
Закон преломления : Глядя на аквариум, как показано, мы можем увидеть одну и ту же рыбу в двух разных местах, потому что свет меняет направление, когда проходит от воды к воздуху. В этом случае свет может достигать наблюдателя двумя разными путями, и поэтому кажется, что рыба находится в двух разных местах. Это отклонение света называется преломлением и является причиной многих оптических явлений.
Преломление: Изменение направления светового луча (в широком смысле называется изгибом), когда он проходит через изменения в материи, называется преломлением.
Скорость света
Скорость света c не только влияет на рефракцию, но и является одной из центральных концепций теории относительности Эйнштейна. Скорость света точно зависит от материала, через который он проходит. Он устанавливает связи между пространством и временем и меняет наши ожидания, что, например, все наблюдатели измеряют одно и то же время для одного и того же события. Скорость света настолько важна, что ее значение в вакууме является одной из самых фундаментальных констант в природе, а также одной из четырех основных единиц СИ.
Почему свет меняет направление при переходе от одного материала (среды) к другому? Это потому, что свет меняет скорость при переходе от одного материала к другому.
Закон преломления
Луч света меняет направление, когда проходит от одной среды к другой. Как и раньше, углы отсчитываются относительно перпендикуляра к поверхности в точке, где световой луч пересекает ее. Изменение направления светового луча зависит от того, как изменяется скорость света.Изменение скорости света связано с показателями преломления задействованных сред. В средах с большим показателем преломления скорость света меньше. Представьте себе, что вы двигаете рукой по воздуху, а затем перемещаете ее через водоем. Труднее двигать рукой в воде, и поэтому ваша рука замедляется, если вы прикладываете такое же усилие. Точно так же свет распространяется медленнее, когда проходит через среды с более высокими показателями преломления.
Степень изменения направления светового луча зависит как от угла падения, так и от величины изменения скорости.Для луча под заданным углом падения большое изменение скорости вызывает большое изменение направления и, следовательно, большое изменение угла. Точное математическое соотношение – это закон преломления или «Закон Снеллиуса», который выражается в форме уравнения как:
n ₁ sinθ ₁ = n ₂ sinθ ₂
Здесь n ₁ и n ₂ – показатели преломления для среды 1 и 2, а θ ₁ и θ ₂ – углы между лучами и перпендикуляром в среде 1 и 2.Входящий луч называется падающим лучом, а исходящий луч – преломленным лучом, а соответствующие углы – углом падения и углом преломления. Закон преломления также называют законом Снеллиуса в честь голландского математика Виллебрда Снелла, который открыл его в 1621 году. Эксперименты Снеллиуса показали, что закон преломления соблюдается и что данной среде можно присвоить характеристический показатель преломления n.

Понимание закона Снеллиуса с показателем преломления : Это видео знакомит с рефракцией с законом Снеллиуса и показателем преломления.Во втором видео подробно рассматривается полное внутреннее отражение (TIR). http://www.youtube.com/watch?v=fvrvqm3Erzk
Полное внутреннее отражение и волоконная оптика
Полное внутреннее отражение происходит, когда распространяющаяся волна ударяется о границу среды под углом, превышающим определенный критический угол.
Цели обучения
Сформулируйте условия, необходимые для полного внутреннего отражения
Основные выводы
Ключевые моменты
Критический угол – это угол падения, выше которого происходит полное внутреннее отражение, и задается как [latex] \ theta_ \ text {c} = \ arcsin \ left (\ frac {\ text {n} _2} {\ text {n } _1} \ right) [/ latex].
Критический угол определяется только тогда, когда n2 / n1 меньше 1.
Если свет падает на оптическое волокно с углом падения, превышающим критический угол, то свет остается захваченным внутри стеклянной нити. Свет может распространяться на очень большие расстояния без значительных потерь.
Ключевые термины
Закон Снеллиуса : формула, используемая для описания взаимосвязи между углами падения и преломления.
оболочка : Один или несколько слоев материалов с более низким показателем преломления, находящиеся в тесном контакте с материалом сердцевины с более высоким показателем преломления.
Полное внутреннее отражение – это явление, которое происходит, когда распространяющаяся волна ударяется о границу среды под углом, превышающим определенный критический угол по отношению к нормали к поверхности. Если показатель преломления ниже на другой стороне границы, а угол падения больше критического угла, волна не может пройти и полностью отражается. Критический угол – это угол падения, выше которого возникает полное внутреннее отражение.

Что такое полное внутреннее отражение? : Описывает концепцию полного внутреннего отражения, выводит уравнение для критического угла и показывает один пример.
Угол критический
Критический угол – это угол падения, выше которого происходит полное внутреннее отражение. Угол падения измеряется относительно нормали на преломляющей границе (см. Диаграмму, иллюстрирующую закон Снеллиуса). Представьте себе луч света, выходящий из стекла в воздух. Свет, исходящий от интерфейса, изгибается в сторону стекла. Когда угол падения значительно увеличивается, угол передачи (в воздухе) достигает 90 градусов. Именно в этот момент свет в воздух не передается.Критический угол [латекс] \ theta_ \ text {c} [/ latex] определяется законом Снеллиуса, [latex] \ text {n} _1 \ sin \ theta_1 = \ text {n} _2 \ sin \ theta_2 [/ latex ]. Здесь n ₁ и n ₂ – это показатели преломления носителя, а [latex] \ theta_1 [/ latex] и [latex] \ theta_2 [/ latex] – это углы падения и преломления соответственно. Чтобы найти критический угол, мы находим значение для [latex] \ theta_1 [/ latex], когда [latex] \ theta_2 [/ latex] = 90 ° и, следовательно, [latex] \ sin \ theta_2 = 1 [/ latex]. Результирующее значение [latex] \ theta_1 [/ latex] равно критическому углу [latex] \ theta_ \ text {c} = \ theta_1 = \ arcsin \ left (\ frac {\ text {n} _2} {\ текст {n} _1} \ right) [/ latex].Таким образом, критический угол определяется только тогда, когда n ₂ / n ₁ меньше 1.
Рис. 1 : Преломление света на границе раздела двух сред, включая полное внутреннее отражение.
Оптическое волокно
Полное внутреннее отражение – мощный инструмент, поскольку его можно использовать для ограничения света. Одним из наиболее распространенных приложений полного внутреннего отражения является волоконная оптика. Оптическое волокно – это тонкое прозрачное волокно, обычно сделанное из стекла или пластика, для передачи света.Конструкция одиночного оптического волокна показана на.
.
Рис. 2 : Волокна в пучках покрыты материалом с более низким показателем преломления, чем сердцевина, чтобы обеспечить полное внутреннее отражение, даже когда волокна находятся в контакте друг с другом. Это показывает одиночное волокно с его оболочкой.
Основная функциональная структура оптического волокна состоит из внешней защитной оболочки и внутренней сердцевины, через которую проходят световые импульсы. Общий диаметр волокна составляет около 125 мкм, а диаметр сердцевины – около 50 мкм.Разница в показателях преломления оболочки и сердечника обеспечивает полное внутреннее отражение таким же образом, как это происходит на поверхности воздух-вода. Если свет падает на конец кабеля с углом падения, превышающим критический угол, то свет останется внутри стеклянной нити. Таким образом, свет очень быстро распространяется по кабелю на очень большое расстояние (десятки километров). Оптические волокна обычно используются в телекоммуникациях, поскольку информация может передаваться на большие расстояния с минимальной потерей данных.Еще одно распространенное применение в медицине – эндоскопы. Область прикладной науки и техники, связанная с разработкой и применением оптических волокон, называется волоконной оптикой.
Общая поляризация
Угол Брюстера – это угол падения, при котором свет с определенной поляризацией идеально проходит через поверхность.
Цели обучения
Вычислите угол Брюстера по показателям преломления и обсудите его физический механизм.
Основные выводы
Ключевые моменты
Когда свет падает на поверхность под углом Брюстера, отраженный луч имеет линейную поляризацию.
Физический механизм угла Брюстера можно качественно понять из того, как электрические диполи в среде реагируют на p-поляризованный свет.
Угол Брюстера задается как [латекс] \ theta_ \ mathrm {\ text {B}} = \ arctan {\ left (\ frac {\ text {n} _2} {\ text {n} _1} \ right)} [/латекс].
Ключевые термины
диполь : разделение положительных и отрицательных зарядов.
диэлектрик : Электроизоляционный или непроводящий материал, рассматриваемый на предмет его электрической восприимчивости (т.е.е. его свойство поляризации при воздействии внешнего электрического поля).
поляризатор : оптический фильтр, пропускающий свет определенной поляризации и блокирующий волны других поляризаций.
Угол Брюстера (также известный как угол поляризации) – это угол падения, при котором свет с определенной поляризацией идеально проходит через прозрачную диэлектрическую поверхность без отражения. Когда неполяризованный свет падает под этим углом, свет, который отражается от поверхности, поэтому идеально поляризован.Этот особый угол падения назван в честь шотландского физика сэра Дэвида Брюстера (1781–1868).
Физический механизм этого можно качественно понять из того, как электрические диполи в среде реагируют на p-поляризованный свет (электрическое поле которого поляризовано в той же плоскости, что и падающий луч, и нормаль к поверхности). Можно представить, что свет, падающий на поверхность, поглощается, а затем повторно излучается колеблющимися электрическими диполями на границе раздела двух сред.Преломленный свет излучается перпендикулярно направлению дипольного момента; никакая энергия не может излучаться в направлении дипольного момента. Таким образом, если угол отражения θ ₁ (угол отражения) равен выравниванию диполей (90 – θ ₂), где θ ₂ – угол преломления, свет не отражается.
Рис. 1 : Иллюстрация поляризации света, падающего на границу раздела под углом Брюстера. {\ circ} [/ latex], где θ ₁ – угол падения, а θ ₂ – угол преломления.\ circ – \ theta_ \ mathrm {\ text {B}} \ right)} = \ text {n} _2 \ cos {\ left (\ theta_ \ mathrm {\ text {B}} \ right)}. [/ latex ] Решение для θ _B дает [латекс] \ theta_ \ mathrm {\ text {B}} = \ arctan {\ left (\ frac {\ text {n} _2} {\ text {n} _1} \ right) }. [/ latex]
Когда свет падает на поверхность под углом Брюстера, отраженный луч имеет линейную поляризацию. показывает пример, где отраженный луч был почти идеально поляризован и, следовательно, заблокирован поляризатором на правом рисунке. Поляризованные солнцезащитные очки используют тот же принцип для уменьшения бликов солнца, отражающихся от горизонтальных поверхностей, таких как вода или дорога.
Рис. 2 : Фотография окна с поляризационным фильтром камеры, повернутым на два разных угла. На рисунке слева поляризатор совмещен с углом поляризации отражения окна. На картинке справа поляризатор повернут на 90 °, чтобы исключить сильно поляризованный отраженный солнечный свет.

Polarization Experience : поляризационный фильтр пропускает свет определенной плоскости поляризации, но рассеивает остальной свет.Когда два поляризационных фильтра пересекаются, свет почти не проходит. У некоторых материалов есть молекулы, которые вращают плоскость поляризации света. Когда один из этих материалов помещается между фильтрами с перекрестной поляризацией, пропускается больше света.
Рассеивание: радуги и призмы
Дисперсия определяется как распространение белого света по всему спектру длин волн.
Цели обучения
Описать образование радуги путем сочетания процессов преломления и отражения
Основные выводы
Ключевые моменты
Дисперсия возникает всякий раз, когда происходит процесс, который изменяет направление света в зависимости от длины волны.Дисперсия может возникать для любого типа волны и всегда связана с процессами, зависящими от длины волны.
Для данной среды n увеличивается с уменьшением длины волны и является наибольшим для фиолетового света. Таким образом, фиолетовый свет изгибается больше, чем красный свет, что можно увидеть с помощью призмы.
В радуге свет попадает в каплю воды и отражается от обратной стороны капли. Свет преломляется как при входе, так и при выходе из капли.
Ключевые термины
преломление : Изменение направления светового луча, когда он проходит через изменения в материи.
Мы видим в радуге около шести цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый; иногда также упоминается индиго. Эти цвета связаны с разными длинами волн света. В частности, белый свет представляет собой довольно однородную смесь всех видимых длин волн. Солнечный свет, который считается белым, на самом деле кажется немного желтоватым из-за смеси длин волн, но он содержит все видимые длины волн. Последовательность цветов в радугах такая же, как и цвета на графике в зависимости от длины волны.Это означает, что белый свет распространяется в соответствии с длиной волны радуги. Дисперсия определяется как распространение белого света на полный спектр длин волн. С технической точки зрения, дисперсия возникает всякий раз, когда происходит процесс, который изменяет направление света в зависимости от длины волны. Дисперсия, как общее явление, может возникать для любого типа волны и всегда связана с процессами, зависящими от длины волны.
Цвета радуги : Несмотря на то, что радуга связана с семью цветами, она представляет собой непрерывное распределение цветов в соответствии с длинами волн.
Refraction отвечает за рассеивание в радугах и во многих других ситуациях. Угол преломления зависит от показателя преломления, как мы видели в Законе преломления. Мы знаем, что показатель преломления n зависит от среды. Но для данной среды n также зависит от длины волны. Обратите внимание, что для данной среды n увеличивается с уменьшением длины волны и является наибольшим для фиолетового света. Таким образом, фиолетовый свет изгибается больше, чем красный, и свет рассеивается по той же последовательности длин волн.
Чистый свет и рассеивание света : (a) Свет чистой длины волны падает на призму и преломляется на обеих поверхностях. (b) Белый свет рассеивается призмой (показано в преувеличении). Поскольку показатель преломления зависит от длины волны, углы преломления зависят от длины волны. Создается последовательность от красного к фиолетовому, потому что показатель преломления постоянно увеличивается с уменьшением длины волны.
Радуга получается сочетанием преломления и отражения.Возможно, вы заметили, что видите радугу, только когда отводите взгляд от солнца. Свет попадает в каплю воды и отражается от обратной стороны капли. Свет преломляется как при входе, так и при выходе из капли. Поскольку показатель преломления воды зависит от длины волны, свет рассеивается, и наблюдается радуга.

Физика оптика краткая теория: Оптика – Физика – Теория, тесты, формулы и задачи

Оптика – Физика – Теория, тесты, формулы и задачи

Оглавление:

Основные теоретические сведения

Световые волны

Интерференция

Дифракция. Дифракционная решетка

Законы геометрической оптики

Линзы

Правила построения хода луча в линзах

Формула линзы

Оптика – раздел физики

Оптика. Конспекты по физике для 10-11 класса. О цвете :: Класс!ная физика

Основные формулы по физике – ОПТИКА

Таблица основных формул по оптике

Оптика и волны

Оптика – Физика для всех

Природа света

Характеристики света

Скорость света

Оптика других диапазонов

Разделы оптики

Классическая оптика

Геометрическая оптика

Параксиальное приближение

Физическая оптика

Современная оптика

Рентгеновская оптика

Задачи ЕГЭ по теме «Геометрическая оптика»

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

СЕМИНАР I ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

39. Г 2 40% 1 l F 44.

ПОДГОТОВКА к ОГЭ ЧАСТЬ 1

Геометрическая оптика

Тонкие линзы. Ход лучей

Геометрическая оптика

Вопросы к зачету. 1) и 2) и 3) и 4) и

Г Е О М Е Т Р И Ч Е С К А Я О П Т И К А

8 класс Тесты для самоконтроля. ТСК Линзы

Глава 3 ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

Лабораторная работа 6 ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНЗ

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

Блок -4 СВЕТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Сферическое зеркало.

Изучение преломления света в линзах

– Мнимое изображение предмет

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

Изучение преломления света в линзах

Основы фотографической оптики

Перейти на страницу с полной версией»

Задачи по оптике Па, 8W

Работа 4.3 Изучение микроскопа

Подготовка оптика. В). 340 км/час

Интерференция световых волн

уч. год. 5, 11 кл. Физика. Оптика

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 (оптика)

Формулы Френеля , (5). (6)

1

Задания А15 по физике

Определение размеров малых объектов

Краткая оптика: концепции, примеры и проблемы – 1-е издание

Содержание

оптика | История, применение и факты

Системные компоненты

Линзы

Источники света

Детекторы

Диспергирующие устройства

Фильтры и тонкие пленки

Жгуты оптоволоконных кабелей

Неклассические системы визуализации

От электростатики к оптике: краткий курс электродинамики (теоретическая и математическая физика) (мягкая обложка)

Описание

Оптическая физика 4-е издание | Оптика, оптоэлектроника и фотоника

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файлах cookie?

Теоретическая оптика: Введение, 2-е, переработанное и дополненное издание