Вопрос 2.
Геометрическая оптика — раздел оптики, изучающий законы распространения света на основании представления о световом луче как линии, вдоль которой распространяется энергия световой волны.
Явление полного внутреннего отражения.
Рассмотрим пример, когда преломление воздуха будет происходить на границе стекло (
) - воздух (
). В этом случае > , а угол падения 
меньше угла преломления 
, где стекло является первой средой, а воздух - второй. Если 
- показатель преломления стекла относительно воздуха, то показатель преломления воздуха относительно стекла будет равен 
. Тогда закон преломления света можно записать следующим образом: 
- формула преломления (при > ).
При увеличении угла падения увеличивается и угол преломления. При некотором значении угла падения (этот угол называется предельным углом падения), преломленный луч распространяется вдоль границы раздела двух сред, то есть угол преломления в этом случае равен 90 
Однако, как правило, заметить распространение преломленного луча вдоль границы раздела практически невозможно, так как интенсивность светового луча становится близкой нулю. Если световой луч падает на границу раздела сред под углом > 
, то он вообще не проникает во вторую среду, а вся световая энергия падающего луча передается лучу отраженному. Это явление называется полным внутренним отражением. Необходимым условием, для полного внутреннего отражения, является ход луча из оптически более плотной среды в оптически менее плотную ( > ).
Волоконной оптикой называют раздел оптики, в котором рассматривают передачу света и изображения по светопроводам. Основана на явлении полного внутреннего отражения. Свет, попадая внутрь прозрачного волокна, окруженного веществом с меньшим показателем преломления, многократно отражается и распространяется вдоль этого волокна.
|
|
3.Рефрактометры, приборы для измерения преломления показателей (ПП) веществ (твёрдых, жидких и газообразных).
Основная часть - 2 прямоугольные призмы 1 и 2, сделанные из одного и того же сорта стекла. Между ними помещают каплю жидкости, показатель преломления которой требуется определить. Луч света от источника 3 направляют на боковую грань верхней призмы и приломившись падает на грань АВ. Эта поверхность матовая, поэтому свет рассеивается, и, пройдя через жидкость, падает на грань CD нижней призмы под углами от 0 до 90. Пространство внутри этого угла будет освещённым, а вокруг него - тёмным. Положение границы раздела света и тени определяется предельным углом преломления, зависящим от показателя преломления жидкости.
Если исследуемая жидкость имеет большой показатель преломления (мутная, окрашенная), то во избежание потерь энергии при прохождении света через исследуемую жидкость измерения проводят в отражённом свете. Луч света от источника проходит через матовую боковую грань СМ нижней призмы 2. При этом свет рассеивается и падает на грань CD, под углами от 0 до 90.
Общее строение рефрактометра:
В рефрактометре используется источник 3 белого света. Вследствие дисперсии при прохождении светом призм 1 и 2 граница света и тени оказывается окрашенной. Во избежание этого перед объективом зрительной трубы помещают компенсатор 4. Он состоит из двух одинаковых призм, обладающих различным показателем преломления. Призмы подбирают так, чтобы монохроматический луч с длиной волны 589,3 мкм не испытывал после прохождения компенсатора отклонения. Перемещая призмы компенсатора с помощью специальной рукоятки, добиваются того, чтобы граница света и темноты стала возможно более резкой.
|
|
Лучи света, пройдя компенсатор, падают в объектив 6 зрительной трубы. Изображение границы раздела свет - тень рассматриваются в окуляр 7 зрительной трубы. Одновременно в окуляр рассматривается шкала 8. Так как предельный угол преломления и предельный угол полного отражения зависят от показателя преломления жидкости, то на шкале рефрактометра сразу нанесены значения этого показателя преломления.
Оптическая система рефрактометра содержит также поворотную призму 5. Она позволяет расположить ось зрительной трубы перпендикулярно призмам 1 и 2, что делает наблюдение более удобным.
В общей фокальной плоскости объектива и окуляра зрительной трубы помещают стеклянную пластинку, на которую нанесена визирная линия (или крест, образованный тонкими нитями). Перемещением зрительной трубы добиваются совпадения визирной линии с границей свет - тень и по шкале определяют показатель преломления исследуемой жидкости. В некоторых современных рефрактометрах зрительная труба укрепляется неподвижно, а система измерительных призм может поворачиваться.
4. Ход лучей в микроскопе (СМ. В УЧЕБНИКЕ - РИС.ЛУЧШЕ).
Микроскоп применяют для получения больших увеличений при наблюдении мелких предметов. Увеличенное изображение предмета в микроскопе получается с помощью оптической системы, состоящей из двух короткофокусных линз – объектива O1 и окуляра O2. Объектив даст действительное перевернутое увеличенное изображение предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр, действие которого аналогично действию лупы. Окуляр располагают так, чтобы промежуточное изображение находилось в его фокальной плоскости; в этом случае лучи от любой точки предмета распространяются после окуляра параллельным пучком.
|
|
Мнимое изображение предмета, рассматриваемое через окуляр, всегда перевернуто. Если же это оказывается неудобным, можно перевернуть сам предмет перед объективом.
Предмет АВ помещается перед объективом немного дальше от его фокуса. Объектив создаёт действительное увеличенное изображение А*В* предмета вблизи переднего фокуса окуляра, которое рассматривается глазом.
5)энергетические характеристики световых потоков, поток светового излучения и плотность потока(интенсивность). Волновая оптика. Дифракционная решетка. Дифракционный спектр.
Любой источник света излучает в пространство электромагнитные волны, которые переносят энергию. Величина энергии, испускаемой источником в единицу времени, называется энергетическим или лучистым потоком. Таким образом, физический смысл потока- мощность. Энергетический поток в общем случае распределён по некоторому интервалу длин волн внутри оптического диапазона, который включает инфракрасный диапазон (от 1 мм до 0,77мкм), видимый диапазон (от 0,77 до 0,38 мкм) и ультрафиолетовый диапазон (от 0,38 мкм до 1 нм).
Для описания распределения лучистого потока по длинам волн используют понятие спектральной плотности энергетического потока, которую определяют как
,
где 
- часть энергетического потока, приходящаяся на диапазон длин волн 
.
Долгое время единственным приёмником оптического излучения был глаз, поэтому исторически сформировалась система оценки энергетических свойств излучения, учитывающая особенности восприятия именно глазом человека. Дело в том, что способность глаза воспринимать излучение в видимом диапазоне сильно неравномерна и описывается кривой чувствительности глаза 
.
Если энергетический световой поток в диапазоне 
определяется выражением
,
то эффективная величина потока, определяющая воздействие на глаз человека описывается выражением
,
и называется световым потоком. Если для измерения энергетического потока вполне пригодна обычная единица измерения мощности - ватт, то для измерения светового потока используют специальную фотометрическую единицу - люмен.
Световой поток в общем случае излучается источником света неравномерно в разных направлениях, для описания этого применяют такую фотометрическую величину как сила света.
Волновая о́птика — раздел оптики, который описывает распространение света с учётом его волновой природы. Явления волновой оптики — интерференция, дифракция, поляризация и т. п.
Дифракционная решётка — оптический прибор, работающий по принципу дифракции света, представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность.
Расстояние, через которое повторяются штрихи на решётке, называют периодом дифракционной решётки. Обозначают буквой d.
Если известно число штрихов (N), приходящихся на 1 мм решётки, то период решётки находят по формуле: d = 1 / N мм.
Условия интерференционных максимумов дифракционной решётки, наблюдаемых под определёнными углами, имеют вид:
d — период решётки,
α — угол максимума данного цвета,
k — порядок максимума, то есть порядковый номер максимума, отсчитанный от центра картинки,
λ — длина волны.
Если же свет падает на решётку под углом θ, то:
Одной из характеристик дифракционной решётки является угловая дисперсия. Предположим, что максимум какого-либо порядка наблюдается под углом φ для длины волны λ и под углом φ+Δφ — для длины волны λ+Δλ. Угловой дисперсией решётки называется отношение D=Δφ/Δλ. Выражение для D можно получить если продифференцировать формулу дифракционной решётки
Таким образом, угловая дисперсия увеличивается с уменьшением периода решётки d и возрастанием порядка спектра k.
При падении на дифракционную решетку белого или иного немонохроматического света каждый главный максимум, кроме центрального, окажется разложенным в спектр. В этом случае k указывает порядок спектра.
6. Разрешающая способность и предел разрешения оптических приборов(микроскопа, глаза).Полезное увеличение микроскопа.
Предел разрешения — это такое наименьшее расстояние между двумя точками предмета, когда эти точки различимы, т. е. воспринимаются в микроскопе как две точки.
Разрешающей способностью обычно называют способность микроскопа давать раздельные изображения мелких деталей рассматриваемого предмета.
Полезное увеличение – это видимое увеличение, при котором глаз наблюдателя будет полностью использовать разрешающую способность микроскопа, то есть разрешающая способность микроскопа будет такая же, как и разрешающая способность глаза.
Для полезного увеличения микроскопа можно вывести зависимость:500*А<Г<1000*A. Микроскоп с видимым увеличением меньше 500А не позволяет различать глазом все тонкости структуры предмета.
Поляризация света.
Свет-это электромагнитные волны. Естественный свет представляет собой совокупность волн, излучаемых множеством атомов и молекул источника света. Колебания световых векторов происходят в всевозможных направлениях. Если же направления колебаний светового вектора упорядочены каким-либо образом, то свет называется поляризованным. Поляризованный свет можно получить из естественного с помощью поляризатора(призма Николя, поляроид и др.). он пропускает колебания, параллельные только одной(главной) плоскости, и полностью задерживает колебания, перпендикулярные этой плоскости. При прохождении поляризованного света через некоторые вещества наблюдается вращение плоскости поляризации. Такие вещества называются оптически активными. (кристаллические тела, чистые жидкости и растворы некоторых веществ)
Оптика 8. Рассеяние света. Виды оптических неоднородностей. Показатель рассеяния. Закон Рэлея.
Рассеяние света - явление при котором распространяющийся в среде световой пучок отклоняется по всевозможным направлениям. Необходимое условие- наличие оптических неоднородностей.
2 вида неоднородностей:
· Мелкие инородные частицы в однородном прозрачном веществе. Такие среды- мутные.
· Оптические неоднородности возникающие в чистом веществе из-за статистического отклонения молекул от равномерного распределения- молекулярный тип.
Рассеяния показатель среды в оптике, величина, обратная расстоянию, на котором поток излучения в виде параллельного пучка лучей ослабляется за счёт рассеяния света в среде в 10 или е раз.
I=I₀e⁻ᵐᴸ, где m –показатель рассеяния
Закон Рэлея: при молекулярном рассеяние интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны
I~1/λ⁴
9) Поглощение света. Законы: Бугера, Бугера-Ламберта-Бара и т.д. 
10. Тепловое излучение – излучение нагретых тел. Возникает при любых темпер. выше 1К