Волновая и геометрическая оптика

Вопросы на «3»

1. Условие излучения ЭМВ

Условие излучения ЭМВ движущимся зарядом – ускоренное движение.

2. Преломление

2.1.Скорость света в среде определяется показателем преломления среды (v = c/n)

2.2.Показатель преломления – величина, равная отношению фазовых скоростей света в вакууме и в данной среде. Зависит от свойств вещества и длины волны излучения (иногда и от других показателей).

3. Интенсивность

3.1.Интенсивность волны - средняя мощность, переносимая волной через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны.

3.2.I ~A^2

4. Поляризация

4.1.Поляризация ЭМВ – явление направленного колебания векторов напряженности электрического поля E или напряженности магнитного поля В.

4.2.Линейно-поляризованный свет: Если при распространении электромагнитной волны световой вектор сохраняет свою ориентацию, такую волну называют линейно поляризованной.

4.3.Естественный свет есть совокупность световых волн со всевозможными направлениями колебания вектора, перпендикулярными к лучу света, быстро и беспорядочно сменяющими друг друга.

5. Интерференция

5.1.Интерференция – сложение волн.

5.2.Когерентные волны: одинаковая частота и постоянная во времени разность фаз.

5.3.Условия интерференционных максимумов и минимумов для двух источников:

Максимумы – разность фаз равна целому числу длин волн.

Минимумы – разность фаз равна полуцелому числу длин волн. (dy = лямбда*L/d)

6. Дифракция

6.1.Дифракция – огибание волнами препятствий

6.2.Принцип Гюйгенса-Френеля:

6.2.1. Точки, до которых дошел ВФ, являются источниками сферических вторичных волн.

6.2.2. Положение и форма новых ВФ определяется интерференцией этих вторичных волн.

6.3.Дифракционная решетка - оптический прибор, действие которого основано на использовании явления дифракции света. Представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность.

6.4.Период решетки: d = 1/N, где N – число штрихов на 1 мм.

6.5.Гл. максимумы при нормальном падении света на ДР:

7. Дисперсия

7.1.Дисперсия - это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты).

7.2.Опыт Ньютона по разложению белого света в спектр:

7.3.Расположение цветов в спектре призмы и дифракционный решетки

8. Геометрическая оптика

8.1.Закон независимости световых лучей: если световые лучи пересекаются, они не оказывают никакого влияния друг на друга. Каждый луч освещает пространство так, как если бы других лучей вообще не было

8.2.Закон прямолинейного распространения: в прозрачной однородной среде световые лучи являются прямыми линиями

8.3.Закон отражения: падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к отражающей поверхности, проведенный в точке падения, лежат в одной плоскости, и угол падения равен углу отражения.

8.4.Закон преломления: падающий луч, преломленный луч и нормаль к поверхности, проведенная в точке падения, лежат в одной плоскости, и отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно обратному отношению показателей преломления данных сред.

9. Что-то

9.1.Полное внутреннее отражение наблюдается при переходе световых лучей из оптически более плотной среды в оптически менее плотную.

9.2.Предельный угол: a =arcsin(n2/n1), где a – предельный угол, n2 – показатель преломления оптически менее плотной среды, n1 – оптически более плотной.

10. Зеркало

10.1. Построение изображения в плоском зеркале.

11. Пластина

11.1. Прохождение луча света через плоскопараллельную пластинку (качественные особенности): направление не изменяется, происходит только смещение и скачок фазы на пи (?).

12. Призма

12.1. Прохождение луча света через призму.

12.2. Преломляющий угол призмы для почти нормального падения (что?)

13. Линзы

13.1. Линза - деталь из оптически прозрачного однородного материала, ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической.

13.2. Характерные точки – оптический центр, фокус, двойной фокус.

13.3. Оси – главная оптическая ось, побочная оптическая ось (через оптический центр).

13.4. Плоскости - фокальная плоскость (через фокус, перпендикулярно главной оптической оси),

13.5. Правила построения изображения в собирающей линзе

13.5.1. Луч, идущий через оптический центр линзы, не преломляется.

13.5.2. Луч, идущий параллельно главной оптической оси линзы, после преломления пойдет через главный фокус.

13.5.3. Если луч падает на линзу наклонно, то для построения его дальнейшего хода мы проводим побочную оптическую ось, параллельную этому лучу, и находим соответствующий побочный фокус. Через этот побочный фокус и пойдет преломленный луч.

13.6. Правила построения изображения в рассеивающей линзе

13.6.1. Луч, идущий через оптический центр линзы, не преломляется.

13.6.2. Луч, идущий параллельно главной оптической оси линзы, после преломления начнёт удалятся от главной оптической оси; при этом продолжение преломленного луча пройдет через главный фокус.

13.6.3. Если луч падает на линзу наклонно, то мы проводим побочную оптическую ось, параллельную этому лучу, и находим соответствующий побочный фокус. Преломленный луч пойдет так, словно он исходит из этого побочного фокуса.

14. Собирающая линза

14.1. Классификация изображений в собирающей линзе

15. Рассеивающая линза

15.1. Классификация изображений в рассеивающей линзе: всегда мнимое, прямое, уменьшенное.

16. Фокусы

16.1. Фокусное расстояние через радиусы кривизны: (n0 = 1)

Величина фокусного расстояния положительна для собирающих линз, и отрицательна для рассеивающих.

16.2. Оптическая сила линзы: D = n0/f [м^(-1)] или [диоптрии]

17. Еще линзы

17.1. Формула тонкой линзы:

, где u — расстояние от линзы до предмета; v — расстояние от линзы до изображения; f — главное фокусное расстояние линзы.

17.2. Увеличение линзы

Линейным увеличением называется отношение размеров изображения к соответствующим размерам предмета.

18. Еще фокусы

18.1. Практический способ определения фокусного расстояния собирающей линзы:

Определяется расстояние L между предметом и экраном, на котором получается увеличенное изображение предмета при некоторых расстояниях a и b. Затем, не трогая предмет и экран, перемещают линзу в другое положение и получают уменьшенное изображение предмета при новых расстояниях a' и b' (рис. 4, б). Теперь, зная L и измерив расстояние между двумя последовательными положениями линзы l, можно найти фокусное расстояние F линзы по формуле:

19. Глаз

19.1. Глаз как оптическая система

Роговица и хрусталик (переменное фокусное расстояние) – линзы.

Сетчатка – экран.

Нерв – передача изображения в мозг (перевернутого).

19.2. Дефекты зрения:

Близорукость – дефект зрения, при котором фокусное расстояние расслабленного глаза меньше расстояния от оптического центра до сетчатки.

Дальнозоркость – дефект зрения, при котором фокусное расстояние расслабленного глаза больше расстояния от оптического центра до сетчатки.

19.3. Очки: рассеивающие (в первом случае) или собирающие (во втором случае) линзы.

20. Оптические приборы

20.1. Лупа – простая собирающая линза (или система линз); фокусное расстояние лупы обычно находится в диапазоне от 5 до 125 мм.

Увеличение: Г = d0/f, где d0 – расстояние наилучшего зрения, f – расстояние от предмета до лупы.

20.2. Микроскоп – система линз – объектива и окуляра.

20.3. Телескоп-рефрактор

Рефрактор — оптический телескоп, в котором для собирания света используется система линз, называемая объективом. Работа таких телескопов обусловлена явлением рефракции (преломления).

(труба Кеплера)

20.4. Телескоп-рефлектор

Рефлектор — оптический телескоп, использующий в качестве светособирающего элемента зеркало.

Оптический телескоп — это система, состоящая из объектива и окуляра. Задняя фокальная плоскость первого совмещена с передней фокальной плоскостью второго.

Вопросы на «4»

1. Измерение скорости света в опытах Физо и Рёмера

1.1. Опыт Физо.

В 1849 г. А. Физо поставил лабораторный опыт по измерению скорости света (см рис.). Свет от источника 5 проходил через прерыватель К (зубья вращающегося колеса) и, отразившись от зеркала 3, возвращался опять к зубчатому колесу. Допустим, что зубец и прорезь зубчатого колеса имеют одинаковую ширину и место прорези на колесе занял соседний зубец. Тогда свет перекроется зубцом и в окуляре станет темно. Это наступит при условии, что время прохождения света туда и обратно t=2L/c окажется равным времени поворота зубчатого колеса на половину прорези t2=T/(2N)=1/(2Nv). Здесь L- расстояние от зубчатого колеса до зеркала; Т—период вращения зубчатого-колеса; N—число зубцов; v=1/T—частота вращения. Из равенства t1=t2 следует расчетная формула для определения скорости света данным методом:

c=4LNv

Используя метод вращающегося затвора, Физо в 1849 г. по- лучил значение скорости света с = 3,13-10**5 км/с, что было совсем неплохо по тем временам. В дальнейшем использование раз- личных затворов позволило существенно уточнить значение ско- рости света. Так, в 1950 г. получено значение скорости света (в вакууме), равное

с= (299 793,1 ±0,25) км/с.

1.2. Опыт Рёмера (что за серая хрень с текстом???)

Когда Земля, вращаясь вокруг Солнца, находилась на своей орбите в положении Т, О. Рёмер наблюдал затмения одного из спутников («лун») планеты Юпитер (на рисунке обозначена буквой М). Из этих наблюдений Оле Рёмер определил период обращения спутника вокруг Юпитера и рассчитал моменты затмений его на год вперёд. Проверив свои расчёты полгода спустя, Рёмер обнаружил, что затмения спутника Юпитера запаздывают относительно расчётных приблизительно на 1000 сек. Такое запаздывание Оле Рёмер объяснил тем, что за полгода Земля перешла на другую сторону от Солнца (на рисунке в положение Т 1) и удалилась от Юпитера и его спутника на расстояние, равное диаметру земной орбиты. Это расстояние и проходит свет за 1000 сек. Так как диаметр земной орбиты округлённо равен 300 000 000 км, то, разделив его на 1000 сек, получим значение скорости света:
300 000 000 м/с.

2. Интерференция

2.1. Деление волнового фронта

2.2. Деление амплитуды

2.3. Расчет положения интерференционных максимумов и минимумов небольших порядков в опыте Юнга.

3. Интерферометр Релея. Оптический путь.

4. Вывод формулы для гл. максимумов ДР при нормальном падении

5. Вывод законов геометрической оптики из принципа Гюйгенса-Френеля

6. Построение изображения в двух зеркалах под прямым углом

Бла-бла-бла

7. Задача о видимой глубине водоема.

8. Вывод формулы тонкой линзы.

9. Фокусное расстояние линзы для случая двух сред, окружающих линзу.

10. Классификация для собирающей линзы.

Бла-бла-бла

11. Классификация дл рассеивающей линзы.

Бла-бла-бла

12. Сферическая аберрация – аберрация оптических систем из-за несовпадения фокусов для лучей света, проходящих на разных расстояниях от оптической оси.

Хроматическая аберрация – аберрация оптических систем из-за несовпадения показателей преломления прозрачных сред для волн различной длины.

13. Оптические системы.

14. Измерение фокусного расстояния рассеивающей линзы производится следующим способом. Если на пути лучей, выходящих из точки А и сходящихся в точке D после преломления в собирательной линзе В (рис.3), поставить рассеивающую линзу так, чтобы расстояние СD было меньше ее фокусного расстояния, то изображение точки А удалится от линзы В. Пусть, например, оно переместится в точку Е. В силу оптического принципа взаимности мы можем теперь мысленно рассмотреть лучи света, распространяющиеся из точки Е в обратную сторону. Тогда точка будет мнимым изображением точки Е после прохождения лучей через рассеивающую линзу С.

Обозначая расстояние ЕС буквой а, DС – через b и замечая, что f и b имеют отрицательные знаки, получим согласно формуле (1)

или

15. Расстояние наилучшего зрения – около 35 см, угол зрения достаточно велик, глаз не утомляется ввиду не слишком большой деформации хрусталика.

Угловое увеличение – отношение угла зрения при рассматривании объекта через лупу к углу зрения при рассматривании этого объекта невооруженным взглядом.