Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике

План лекции:

1. Понятие о лучевой (геометрической) оптике. Законы отражения и преломления.

2. Явление полного отражения. Линзы.

Тезисы

1. Раздел оптики, в котором законы распро­странения света рассматриваются на ос­нове представления о световых лучах, на­зывается геометрической оптикой. Под световыми лучами понимаются нормаль­ные к волновым поверхностям линии, вдоль которых распространяется поток световой энергии. Геометрическая оптика, оставаясь приближенным методом постро­ения изображений в оптических системах, позволяет разобрать основные явления, связанные с прохождением через них све­та, и является поэтому основой теории оптических приборов.

Закон прямолинейного распростране­ния света: свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно.

Закон независимости световых пучков: эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновре­менно остальные пучки или они устранены. Если свет падает на границу раздела двух сред (двух прозрачных веществ), то падающий луч разделяется на два — отраженный II и преломленный III, направления которых задаются за­конами отражения и преломления.

Закон отражения: отраженный луч ле­жит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к грани­це раздела двух сред в точке падения; угол i'1отражения равен углу i1падения:

Закон преломления: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, про­веденный к границе раздела в точке паде­ния, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла пре­ломления есть величина постоянная для данных сред Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru , где n21 — относительный показатель пре­ломления второй среды относительно пер­вой.

Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru

Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсо­лютных показателей преломления Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru . Абсолютным показателем преломле­ния среды называется величина n, равная отношению скорости с электромагнитных волн в вакууме к их фазовой скорости v в среде: Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru или Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru , где e и m—элек­трическая и магнитная проницаемости среды.

2. Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления n1 (оптически более плотной) в среду с мень­шим показателем преломления n2 (оптиче­ски менее плотную) (n1>n2), например, из стекла в воду, то преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления i2 больше, чем угол падения. С увеличением угла падения увеличивается угол прелом­ления до тех пор, пока при некотором угле падения (i1=iпр) угол преломления не окажется равным p/2. Угол iпр называется предельным углом. При уг­лах падения i1>iпрвесь падающий свет полностью отражается. Если i1=inp, то интенсивность преломленного луча обра­щается в нуль, а интенсивность отражен­ного равна интенсивности падающего. Таким образом, при углах падения в пределах от iпрдо p/2 луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду, причем интенсивности от­раженного и падающего лучей одинако­вы. Это явление называется полным отра­жением.Предельный угол iпр определим при подстановке i2= p/2. Тогда Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru . Это уравнение удовлетворяет значени­ям угла iпр при n2<=n1. Следовательно, явление полного отражения имеет место только при падении света из среды оптиче­ски более плотной в среду оптически менее плотную.

Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru

Линзы - прозрач­ные тела, ограниченные двумя поверхно­стями (одна из них обычно сферическая, иногда цилиндрическая, а вторая — сфе­рическая или плоская), преломляющими световые лучи, способные формировать оптические изображения предметов. По оптическим свойствам линзы де­лятся на собирающие и рассеивающие. Линза называется тонкой, если ее тол­щина (расстояние между ограничивающи­ми поверхностями) значительно меньше по сравнению с радиусами поверхностей, ограничивающих линзу. Прямая, проходящая через центры кривизны поверхностей линзы, называется главной оптической осью.

Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru

Длявсякой линзы существует точка, называемая оптическим центром линзы, лежащая на главной оптической оси и об­ладающая тем свойством, что лучи проходят сквозь нее, не преломляясь.

Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru

Формула тонкой линзы Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru . Радиус кривизны выпуклой поверхности линзы считается по­ложительным, вогнутой — отрицательным. Фокусное расстояние линзы Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru . Величина Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru называется оптической силой линзы. Диоптрия -оптическая сила линзы с фокусным рас­стоянием 1 м: 1 дптр=1/м. Формулу линзы можно записать в виде Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru . Для рассеивающей линзы f и b отрицательны.

Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru Лекция 4 Понятие о лучевой (геометрической) оптике - student2.ru

Для примера приведены построения изображений в собирающей (рис. 236) и в рассеивающей (рис. 237) линзах: дей­ствительное (рис. 236, а) и мнимое (рис. 236, б) изображения — в собираю­щей линзе, мнимое — в рассеивающей.

Наши рекомендации