Законы геометрической оптики

а) Закон прямолинейного распространения света.

Свет между двумя точками распространяется по кратчайшему расстоянию.

б) Закон независимости световых лучей.

Лучи света после пересечения распространяются так же, как если бы не пересекались.

в) Закон отражения света (рис. 65).

Рис. 65

– Угол падения равен углу отражения.

α = α′

α – угол падения луча света на поверхность; α′ – угол отражения луча света от поверхности.

г) Закон преломления света(рис. 66).

Рис. 66

,

– угол преломления; – скорость света в первой среде; – скорость света во второй среде; n ₁ – абсолютный показатель преломления первой среды; n ₂– абсолютный показатель преломления второй среды; с – скорость света в вакууме.

Абсолютный показатель преломления среды показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данной среде. n ₂₁– относительный показатель преломления. Рис. 66 приведен для варианта, когда .

Рис. 67

Тонкая линза

Линза – это прозрачное тело, имеющее одну или две криволинейные поверхности, ограничивающие тело. Линза называется тонкой, если ее толщина много меньше радиусов ее кривизны.

Основные элементы линз (рис. 68).

Рис. 68

Лучи света, идущие через линзу от какого-либо объекта, формируют после прохождения линзы изображение этого объекта. Для построения изображения необходимо пользоваться следующими правилами:

1-е правило. Лучи света, идущие вдоль любой оптической оси, при прохождении через линзу не преломляются.

2-е правило. Лучи света, идущие параллельно любой оптической оси, после прохождения линзы собираются в фокусе. В главном или в побочном. Все побочные фокусы и главный фокус лежат в фокальной плоскости.

3-е правило. Для построения изображения точки (А) необходимо взять два луча, исходящих из точки, ход которых через линзу известен (1-е и 2-е правила), и найти место, где эти лучи пересекутся. Место пересечения лучей будет изображением точки (А).

Рассмотрим несколько случаев построения изображения точки.

1. Собирающая линза. После прохождения линзы лучи, параллельные оптической оси, собираются в точке F – фокусе. Из точки A идут два луча, которые пересекаются в точке A′. Получающееся при этом изображение называется действительным. Оно получается при пересечении самих лучей. На рис. 69 а точка A находится на побочной оси, на рис. 69 б – на главной оси.

а)	б)
Рис. 69

Если точка А находится на расстоянии 2 F от линзы, то ее изображение также находится на расстоянии 2 F по другую сторону линзы.

2. Рассеивающая линза. После прохождения линзы лучи рассеиваются, а в фокус попадают не сами лучи, а их продолжение. Фокус находится как и точка А перед линзой. Из точки A идут два луча, которые пересекаются в точке A′.

а)	б)
Рис. 70

Получающееся изображение точки А′ называется мнимым. Оно получено при пересечении продолжения лучей или одного луча с продолжением другого. На рис. 70 а точка A находится на побочной оси, на рис. 70 б – на главной оси.