Лекция № 10. Оптика. Основные законы оптики. Плоское зеркало. Тонкие линзы. Оптическая сила и фокусное расстояние собирающей линзы. Лупа.
1. Оптика.
Суть.
Оптика – это раздел физики, в котором изучаются закономерности световых явлений, природа света и его взаимодействие с веществом.
Характеристики.
- Световой луч – это линия, вдоль которой распространяется свет.
- Источник света – это тело, которое излучает свет (при излучении света источник теряет энергию, при поглощении его внутренняя энергия увеличивается, т. е. распространение света сопровождается переносом энергии).
- Точечный источник света – это источник, представляющий собой светящуюся материальную точку, т. е. источник, размеры которого малы по сравнению с расстоянием до освещаемого предмета.
- Если источник света находится в бесконечности, то его лучи падают на поверхность параллельным пучком.
Виды источников света:
· тепловые – это источники, в которых излучение света происходит в результате нагревания тела до высокой температуры;
· люминисцентные – это тела, излучающие свет при облучении их светом, рентгеновскими лучами, радиоактивным излучением и т. д.
2. Основные законы оптики.
1. Закон независимости световых лучей:
Суть.
- при пересечении световых лучей каждый из них продолжает распространяться в прежнем направлении.
2. Закон прямолинейного распространения света:
Суть.
- в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно.
3. Закон независимости световых пучков:
Суть.
- эффект, произведенный отдельным световым пучком, не зависит от того действуют ли другие пучки или нет.
4. Закон отражения света:
Суть.
- угол падения светового луча (α) равен углу отражения светового луча (β).
5. Закон преломления света:
Суть.
- угол преломления светового луча зависит от показателя преломления света и равен
sin α / sin γ = n1 / n2 = n21
- n1, n2 - показатель преломления света (1- первая среда, 2 – вторая среда);
- n21 - показатель преломления света второй среды относительно первой;
- γ – угол преломления;
Примечание.
- относительный показатель преломления света второй среды относительно первой - n21;
- абсолютный показатель преломления света – отношение скорости света в вакууме (c) к скорости света в данной среде (v) – характеристика оптической плотности среды
n = c / v
3. Плоское зеркало.
Определение.
- Плоское зеркало предмет (плоская поверхность), способный зеркально отражать падающие на него лучи света.
Примечание.
- бытовое понимание – стекло с нанесенным на одну сторону специальным покрытием, содержащим серебро;
- в оптике – любой предмет, имеющий гладкую плоскую поверхность.
4. Тонкие линзы.
Посмрите видео-объяснение темы
6. ПСутьОпределениерСутьватель Фоксфорда всё подробно расскажет и покажет. Чтобы осмотреть, нужно зарегистрироваться
Определение.
Линза прозрачная среда, ограниченная с двух сторон сферическими поверхностями.
Примечание.
Одна из поверхностей может быть плоской, однако ее все равно можно считать сферической, но с бесконечным радиусом кривизны.
Виды линз.
- собирающие (положительные);
- рассеивающие (отрицательные).
Характеристики.
- Для любой тонкой линзы существует единственная точка (т. О), называемая главным оптическим центром линзы, являющаяся центром ее симметрии и обладающая тем свойством, что всякий луч света, попадающий в эту точку, проходит без преломления.
- Прямая, проходящая через главный оптический центр линзы перпендикулярно плоскости линзы, называется главной оптической осью;
- Фокусы - точки, лежащие на главной оптической оси линзы, удаленные от нее на одинаковое расстояние, называемое фокусным.
- Плоскости, проходящие через фокусы перпендикулярно главной оптической оси линзы, называются фокальными:
а) Передней фокальной плоскостью (ПФП) называется та фокальная плоскость, через которую свет проходит первым.
б) Задней фокальной плоскостью (ЗФП) называется плоскость, через которую свет проходит вторым.
4.1 Изображение луча света, попавшего на линзу.
- нарисовать прямую, параллельную лучу, проходящую через главный оптический центр.
- если линза является собирающей, то следует отметить точку пересечения этой прямой с задней фокальной плоскостью, луч света как раз через нее пройдет (соберется).
- если линза является рассеивающей, то следует отметить точку пересечения этой прямой с передней фокальной плоскостью, луч света пройдет через линзу так, что его продолжение попало в эту точку (рассеется).
- если луч, падающий на линзу, параллелен главной оптической оси линзы, то в случае собирающей линзы он пройдет через задний фокус, а в случае рассеивающей линзы пройдет так, чтобы его продолжение попало в передний фокус.
5. Фокусное расстояние и оптическая сила линзы.
5.1 Оптическая сила линзы
Определение.
- величина, обратная фокусному расстоянию линзы;
- обозначение – D;
- единица измерения – 1 диоптрий
Примечание.
- 1 диоптрий - оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м;
- D > 0 – для собирающих линз;
- D < 0 – для рассеивающих линз.
Определяется по формуле
D = 1 / F
5.2 Фокусное расстояние
Определение.
- фокусы - точки, лежащие на главной оптической оси линзы, удаленные от нее на одинаковое расстояние, называемое фокусным.
6. Лупа.
Суть.
Лу́па (увеличительное стекло) — оптическая система, состоящая из одной и более линз и предназначенная для увеличения и наблюдения мелких предметов, расположенных на конечном расстоянии.
Используется во многих областях человеческой деятельности: в биологии, медицине, при ремонте часов и т.д.
Параметры
Основными параметрами лупы являются диаметр лупы и фокусное расстояние.
Обычно применяются лупы с фокусным расстоянием ~2—20 см.
Иногда вместо фокусного расстояния используется оптическая сила, выраженная в диоптриях.
Способы использования.
А)Традиционный (прямой)
б) Обратный способ использования лупы
ДЗ – конспект (контрольные вопросы):
1. Оптика – суть, характеристики (перечислить).
2. Основные законы оптики – сформулировать, формулы.
3. Тонкие линзы – суть, примечание, виды.
4. Характеристики тонких линз – перечислить и дать определение.
5. Изображение луча света, попавшего на линзу.
6. Фокусное расстояние и оптическая сила линзы.