Optika

1.

Оптика

2.

Оптика – это раздел физики, изучающий свет и его свойства

3. Что такое свет?

Свет – это электромагнитное
человеческим глазом
излучение,
воспринимаемое

4. Источники света

1) Естественные источники света – это источники света, созданные
природой
2) Искусственные источники света – это источники света, созданные
человеком

5. Точечный источник света

Точечный источник света – светящееся тело, размеры которого
намного меньше расстояния, на котором мы оцениваем его действие

6. Световой луч

Световой луч – линия, вдоль которой распространяется энергия от
источника света

7.

Геометрическая
оптика

8.

Закон прямолинейного распространения света
В однородной среде свет распространяется прямолинейно
(то есть по прямой линии)

9. Тень и полутень

Тень – это та область пространства, в
которую не попадает свет от источника
Полутень – это та область, в которую
попадает свет от части источника света

10. Закон отражения света

Падающий луч, отражённый луч и
перпендикуляр к отражающей
поверхности,
проведённый
в
точке падения, лежат в одной
плоскости, угол отражения равен
углу падения
Угол падения – угол, под
которым световой луч падает на
поверхность.
Угол отражения – угол, под
которым световой луч отражается
от поверхности

11. Закон преломления света

Преломление света – это изменение
хода луча
Преломление светового луча происходит
при его наклонном падении на границу
раздела двух сред (граница раздела
двух сред – это линия между двумя
разными средами. Например, воздух и
вода, воздух и стекло и тд).
Если же луч падает перпендикулярно
границе
раздела
двух
сред,
то
преломления не будет

12.

Показатель преломления среды
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть
величина постоянная для двух сред:

13. Линзы

Линзы - прозрачные тела, ограниченные с двух сторон
сферическими поверхностями.

14. Виды линз

Линзы бывают двух видов: выпуклые и вогнутые.
Линза, у которой края намного тоньше, чем середина, является выпуклой (а).
Линза, у которой края толще, чем середина, является вогнутой (б).
По способности преломлять свет линзы бывают: собирающие (собирают свет,
линзы выпуклые) и рассеивающие (рассеивают свет, линзы вогнутые)

15.

- условное
обозначение
СОБИРАЮЩЕЙ
линзы
- условное
обозначение
РАССЕИВАЮЩЕЙ
линзы

16. Элементы линзы

17.

Побочная оптическая ось - прямая, проходящая через оптический центр
линзы и отличная от главной оптической оси, называется побочной
оптической осью.
Плоскость, проходящая через фокус перпендикулярно главной оптической оси,
называется фокальной плоскостью. Фокальная плоскость параллельна плоскости линзы.
Имея два фокуса, линза имеет и две фокальных плоскости, расположенных симметрично
относительно линзы.

18. Физические характеристики линзы

1. Фокусное расстояние – это расстояние между оптическим центром
линзы и фокусом.
Условное обозначение: F
Единицы измерения в СИ: м
2. Оптическая сила линзы – физическая величина, обратная
фокусному расстоянию.
Условное обозначение: Д
Единицы измерения в СИ: Диоптрии (дптр)
Формула:

19. Правила построения изображений в линзах

1. Для получения изображения необходимо и достаточно 2 луча.
2. Луч, идущий через оптический центр, проходит и не преломляется.
3. Луч, идущий параллельно главной оптической оси, после преломления
проходит через второй фокус линзы.

20.

2.

21.

22. Изображения, даваемые линзой

1. Действительное/мнимое
2. Увеличенное / уменьшенное / равное
3. Прямое / перевёрнутое

23. Формула линзы

24.

25.

Волновая
оптика

26.

В основе волновой оптики 3 явления:
1) Интерференция
2) Дифракция
3) Дисперсия

27. Интерференция света

Интерференция — одно из наиболее убедительных доказательств
волновых свойств.
Интерференция присуща волнам любой природы (в том числе,
механическим).
Интерференция световых волн - сложение двух когерентных волн,
вследствие которого наблюдается усиление или ослабление
результирующих световых колебаний в различных точках
пространства.

28.

29.

30.

Интенсивность света в области перекрывания (сложения) световых пучков имеет характер
чередующихся светлых и темных полос. У таких полос существуют максимумы и
минимумы.
В максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей
пучков.
При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в
различные цвета спектра.
Интерференционная картина – это чередование максимумов и
минимумов интерференции

31. Когерентные волны

Для образования устойчивой интерференционной картины
необходимо, чтобы источники волн были когерентными.
Когерентные волны – волны, имеющие одинаковую частоту и
постоянную во времени разность фаз.
Все источники света, кроме лазеров, некогерентные.

32.

33. Опыт Юнга

В начале 19-го века английский ученый Томас Юнг поставил
опыт, в котором можно было наблюдать явление
интерференции света.
Свет, пропущенный через узкую щель, падал на две близко
расположенные щели, за которыми находился экран.
На экране вместо ожидаемых двух светлых полос появлялись
чередующиеся цветные полосы.

34.

35. Интерференционные максимумы

Интерференционные максимумы наблюдаются в точках, для которых
разность хода волн ∆d равна четному числу полуволн, или, что то же
самое, целому числу волн:
d
2
k
k
, (
k
0
,
1
,
2
,
3
,...
2

36. Интерференционные минимумы

Интерференционные минимумы наблюдаются в точках, для которых
разность хода волн ∆d равна нечетному числу полуволн:
d
(
2
k
1
), (
k
0
,
1
,
2
,
3
..
2

37. Дифракция света

Дифракция света — отклонение волны от прямолинейного распространения
при прохождении через малые отверстия и огибание волной малых
препятствий.

38. Дифракция от различных щелей

а)
от
тонкой
проволочки;
б)
от
круглого
отверстия;
в) от круглого непрозрачного экрана.
Дифракционные явления выражены тем отчётливей, чем мельче препятствие.
Наиболее существенна дифракция в тех случаях, когда размер препятствия
меньше или порядка длины волны.

39.

Мы видим, как и полагается, центральное яркое пятно; совсем далеко от пятна расположена
тёмная область - геометрическая тень. Вокруг центрального пятна идут чередующиеся светлые и
тёмные кольца. Чем дальше от центра, тем менее яркими становятся светлые кольца; они
постепенно исчезают в области тени.

40. Дифракционная решетка

Представляет собой точную систему штрихов некоторого
профиля, нанесенную на плоскую или вогнутую оптическую
поверхность, применяются в спектральном приборостроении,
лазерах, метрологических мерах малой длины и т.д

41.

Величина d = a + b называется постоянной
(периодом) дифракционной решетки,
где а — ширина щели;
b — ширина непрозрачной части
Если, например, дифракционная решётка содержит
100 штрихов на миллиметр, то период такой
решётки будет равен: d= 0,01 мм= 10 мкм.

42.

43.

Дисперсия света — разложение солнечного
света в цветную полоску — спектр, после
прохождения через прозрачный кристалл
в форме призмы.

44. Опыт Ньютона по дисперсии света

ОПЫТ НЬЮТОНА ПО ДИСПЕРСИИ СВЕТА
Цвет зависит от
физических
характеристик световой
волны:
частоты
колебаний или длины
волны.
Наибольшую
длину
волны имеет красный
свет,
наименьшую
фиолетовый.

45. Дисперсия и показатель преломления

Показатель преломления определятся формулой:
c
n
v
где с = 300 000 км/с – скорость света в вакууме
– скорость сета в среде
v
Если свет разного цвета преломляется по-разному, значит
скорость монохроматических волн в веществе различна.
Показатель преломления для красного света в стекле равен
1.64, а для фиолетового 1.68.

46. Каждой цветности соответствует своя длина и частота волны, такой одноцветный свет называется монохроматическим светом.

Цвет
Длина волны, нм
Ширина участка
красный
оранжевый
желтый
800-620
620-585
585-575
180
35
10
желто-зеленый
зеленый
575-550
550-510
25
40
голубой
510-480
30
синий
480-450
30
фиолетовый
450-390
60