Световые волны
https://resh.edu.ru/subject/lesson/4914/main/47594/
Линзы. Построение изображения в линзе.
https://resh.edu.ru/subject/lesson/3843/main/270829/
Дисперсия света
https://resh.edu.ru/subject/lesson/3818/start/47999/
Интерференция света
https://resh.edu.ru/subject/lesson/5906/main/197577/
Дифракция света
https://resh.edu.ru/subject/lesson/3866/main/151460/
Поляризация света. Корпускулярная и волновая теории света
https://resh.edu.ru/subject/lesson/3853/main/48177/
Излучение и спектры
https://resh.edu.ru/subject/lesson/6329/main/48206/
Световые волны
Геометрическая оптика – раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах на основе представления о нём как о совокупности световых лучей. Световой луч – это линия, указывающая, в каком направлении свет переносит энергию.
В соответствии с двумя способами передачи энергии от источника к приёмнику в XVII в. возникли две противоречащие друг другу теории света:
- корпускулярная теория света Ньютона;
- волновая теория света Гюйгенса.
С установлением электромагнитной природы света в XIX в. и обнаружением квантовых свойств света в начале XX в. и волновая и корпускулярная теории света одержали победу. Выяснилось, что свет имеет двойственную природу. Астрономическим и лабораторным методами измерена скорость света в вакууме. По современным вычислениям скорость света равна 299 792 458 м/с или приближенно 3 ⋅108м/с.
Законы геометрической оптики выполняются для случаев, когда длина световой волны существенно меньше размеров объекта.
В основе геометрической оптики лежат четыре закона:
- закон прямолинейного распространения света;
- закон независимости световых лучей;
- закон отражения света;
- закон преломления света.
С помощью принципа Гюйгенса можно вывести и объяснить законы распространения света.
Линзы. Построение изображения в линзе.
Простейшей оптической системой является линза.
Виды линз: выпуклые и вогнутые.
Физической моделью реальной линзы является тонкая линза.
Основные элементы и характеристики тонкой линзы: оптический центр, главная оптическая ось, побочная оптическая ось, фокус, фокусное расстояние, фокальная плоскость, оптическая сила.
Основное свойство линзы: световые лучи, исходящие из какой-либо точки предмета (источника), проходя через линзу, пересекаются в одной точке (изображении) независимо от того через какую часть линзы прошли. Для построения изображения точки, расположенной вне главной оптической оси линзы, можно пользоваться любыми двумя из трёх «удобных» лучей, ход которых через линзу известен:
- луч, проходящий через оптический центр;
- луч, падающий на линзу параллельно главной оптической оси;
- луч, проходящий через фокус.
Чтобы построить изображение точки, расположенной на главной оптической оси, необходимо применить метод побочных осей: надо провести вспомогательную побочную оптическую ось и рассматривать данную точку как находящуюся вне проведенной оптической оси.
Собирающая линза может давать различные изображения в зависимости от того, на каком расстоянии d от линзы расположен предмет.
Для рассеивающей линзы положение предмета относительно линзы не имеет значения (изображение предмета в линзе всегда мнимое, прямое и уменьшенное).
Основные формулы и уравнения:
Оптическая сила линзы: D=±1F
или D=(n−1)(1R1+1R2)
Единица измерения оптической силы линзы – 1 диоптрия (дптр).
Формула тонкой линзы: ±1F =±1f±1d
Линейное увеличение: Г=Hh или Г=fd
Дисперсия света
При расчетах числовые значения действительных величин всегда подставляются со знаком «+», а мнимых со знаком «-».
Занимаясь усовершенствованием телескопов, Ньютон обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено.
Белый свет имеет сложный состав. Из него можно выделить пучки различных цветов, и лишь совместное их действие вызывает у нас впечатление белого цвета.
Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, меньше других – красные.
Зависимость показателя преломления света от его цвета Ньютон назвал дисперсией.
Слово «дисперсия» произошло от латинского слова dishersio – рассеяние.
Показатель преломления зависит и от скорости света в веществе. Абсолютный показатель преломления n=cν
.
Дисперсией называется зависимость показателя преломления среды от частоты световой волны.
Длины волн видимой части спектра лежат в интервале примерно от 400 до 760 нм.
Интерференция света
Английский учёный Томас Юнг в 1802 г. открыл интерференцию света, ввёл в физику термин «интерференция», дал объяснение этому явлению и первый измерил длину световой волны.
Интерференция света – это явление сложения двух и более когерентных волн, приводящее к образованию в пространстве устойчивых картин чередующихся максимумов и минимумов интенсивности света.
Условие максимумов:
Разность хода волн равна целому числу длин волн (иначе чётному числу длин полуволн):
Δd=kλ; k=0,±1,±2,±3
...
Условие минимумов:
Разность хода волн равна нечётному числу длин полуволн:
Δd=(2k+1)λ2;k=0,±11,±12,±13
...
Условия возникновения интерференции:
- волны должны иметь одинаковые (или близкие) частоты, чтобы картина, получающаяся в результате наложения волн, не менялась во времени (или менялась не очень быстро, чтобы её можно было успеть зарегистрировать);
- волны должны быть однонаправленными (или иметь близкое направление), две перпендикулярные волны никогда не дадут интерференции.
Иными словами, складываемые волны должны иметь одинаковые волновые векторы.
Волны, для которых выполняются эти два условия, называются когерентными. Первое условие иногда называют временной когерентностью, второе – пространственной когерентностью.
Дифракция света
Если свет представляет собой волновой процесс, то наряду с интерференцией должна наблюдаться и дифракция света.
Дифракция – огибание волнами краёв препятствий – присуща любому волновому движению.
В 1802 г. Т. Юнг, открывший интерференцию света, поставил классический опыт по дифракции.
Исследование дифракции было завершено в работах Френеля. Согласно идее Френеля каждая точка волнового фронта является источником вторичных волн, причём все вторичные источники когерентны (принцип Гюйгенса – Френеля).
Дифракционная решётка представляет собой совокупность большого числа узких щелей, разделённых непрозрачными промежутками. Если ширина прозрачных щелей равна а, и ширина непрозрачных промежутков равна b, то величина d=a+b называется периодом решётки. Обычно период дифракционной решётки порядка 10 мкм.
Условия максимума dsinφ=±kλ, где величина k= 0, 1, 2 и т. д. определяет порядок спектра.
С помощью дифракционной решётки можно проводить очень точные измерения длины волны.