Геометрическая оптика. Основные законы геометрической оптики

1.

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ
Кириллов А.М., преподаватель Автомобильно-Дорожного Колледжа, г. Сочи
Группа в ВК «Сочинский дорожник» - https://vk.com/sochi_roadman
Сайт «Физика и школа» - http://generalphysics.ru/

2.

Оптика – раздел физики, изучающий свойства и физическую природу света,
а также его взаимодействие с веществом. Учение о свете принято делить на
три части:
- геометрическая или лучевая оптика, в основе которой лежит
представление о световых лучах;
- волновая оптика, изучающая явления, в которых проявляются волновые
свойства света;
- квантовая оптика, изучающая взаимодействие света с веществом, при
котором проявляются корпускулярные свойства света.

3.

Геометрическая оптика
Основные законы геометрической оптики были известны задолго до
установления физической природы света.
Светово́й луч в геометрической оптике — линия, вдоль которой переносится
световая энергия. Менее чётко, но более наглядно, можно назвать световым
лучом пучок света малого поперечного размера.

4.

Закон прямолинейного распространения света: в оптически
однородной среде свет распространяется прямолинейно.
Опытным доказательством этого закона могут служить резкие тени,
отбрасываемые непрозрачными телами при освещении светом источника
достаточно малых размеров («точечный источник» - источник расстояние от
которого до точки наблюдение (экрана) много больше размеров источника).

5.

Другим доказательством может служить известный опыт по прохождению света
далекого источника (в этом случае параллельный пучок света, например, от
Солнца) сквозь небольшое отверстие, в результате чего образуется узкий
световой пучок.

6.

Если источник не точечный, то будут иметь место тень и полутень.
Эти демонстрации приводят к представлению о световом луче как о
геометрической линии, вдоль которой распространяется свет. Следует
отметить, что закон прямолинейного распространения света нарушается и
понятие светового луча утрачивает смысл, если свет проходит через малые
отверстия, размеры которых сравнимы с длиной волны
(и это уже «зона влияния» волновой оптики).

7.

Вертикальная палка длиной 1,5 м, поставленная вблизи уличного фонаря, отбрасывает тень
длиной 0,75 м. Палку перенесли дальше от фонаря на 1 м (в той же вертикальной плоскости),
и длина её тени стала 1,25 м. Определить в СИ высоту, на которой подвешен фонарь.

8.

9.

Закон отражения света
На границе раздела двух прозрачных сред свет может частично отразиться
так, что часть световой энергии будет распространяться после отражения по
новому направлению, а часть пройдет через границу и продолжит
распространяться во второй среде.
Закон отражения света: падающий и отраженный
лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух
сред, восстановленный в точке падения луча, лежат
в одной плоскости (плоскость падения).
Угол отражения β равен углу падения α.
β=α

10.

ПЛОСКОЕ ЗЕРКАЛО

11.

Плоское зеркало подвешено на вертикальной стене. Человек ростом 170 см стоит перед зеркалом.
Определить в см минимальную высоту зеркала, необходимую для того, чтобы человек видел своё
изображение во весь рост.
H=170 см
h=?
h=H/2=170/2=85 см

12.

УГОЛКОВЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ

13.

ПЕРИСКОП
Периско́п (от др.-греч. περι - «вокруг» + σκοπέω «смотрю») — оптический
прибор для наблюдения из укрытия. Простейшая форма перископа — труба,
на обоих концах которой закреплены зеркала, наклонённые относительно оси
трубы на 45° для изменения хода световых лучей. В более сложных вариантах
для отклонения лучей вместо зеркал используются призмы, а получаемое
наблюдателем изображение увеличивается с помощью системы линз.

14.

ВОГНУТОЕ ЗЕРКАЛО

15.

Солнечная печь
Солнечная печь представляет собой структуру, которая использует концентрированную солнечную
энергию для получения высоких температур, как правило, для промышленности. Параболические
зеркала или гелиостаты концентрируют свет (инсоляция) на координационный центр. Температура в
фокальной точке может достигать 3500 ° C, и это тепло может быть использовано для
выработки электроэнергии, расплавки стали, выработки водородного топлива или наноматериалов.
Крупнейшая в мире солнечная печь такого типа действует в Фон-Ромё-Одейо в Восточных Пиренеях во
Франции. Она была открыта в 1970 году, использует массив плоских зеркал для сбора солнечного света,
отражая его на более крупное кривое зеркало. Диаметр зеркала её гелиоконцентратора 54 м,
мощность ≈ 1 МВт.
Крупнейшая на территории бывшего СССР солнечная печь находится в Узбекистане, в 6 километрах от
Паркента. Гелиокомплекс «Солнце» был заложен в 1981 году в рамках Союзного комплекса
научно-исследовательского фонда «Солнце» под началом академика С. А. Азимова. Диаметр
параболического зеркала печи 47 метров, мощность 1 МВт.
https://www.youtube.com/watch?v=SB1oBxuBpwM

16.

Домашнее задание
При решении задач рисунок обязателен.
1. Точечный источник света и два его изображения, даваемые плоскими двумя зеркалами, лежат в
вершинах равностороннего треугольника. Определить в градусах величину угла между зеркалами.
[120]
2. Луч света, проходя через малое отверстие в тонкостенном шаре, испытывает двукратное отражение
от его зеркальной внутренней поверхности и выходит через это же отверстие наружу. Найти в градусах
угол между входящим в шар световым лучом и радиусом шара, проведённым в точку первого отражения
луча. [30]
3. На полу стоит квадратный стол со стороной 0,7 м и высотой 0,6 м. Над центром стола на высоте 2 м
от пола висит лампочка. Определить в СИ площадь тени стола на полу. [1]
4. Чтобы измерить высоту столба, мальчик положил на землю плоское зеркальце так, чтобы видеть в
нём изображение вершины столба, и сделал необходимые измерения. Расстояние от него до столба 4 м,
до зеркальца 1 м, линия глаз мальчика находится на высоте 1,5 м над Землёй. Определить в СИ высоту
столба. [4.5]
5. Человек стоит перед плоским зеркалом, а затем приближается к нему на 20 см. На сколько единиц СИ
при этом изменяется расстояние между человеком и его изображением в зеркале? [0.4]