Оформление документов. Дaннaя прoблемa пoзвoлилa cфoрмулирoвaть тему иccледoвaния Преломление света
 Скачать 277 Kb.
|
 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ Геометрические свойства определяют законы распространения света, в которых длиной волны по сравнению с областью распространения можно пренебречь. «Геометрическая оптика» — это раздел физики, изучающий данные законы. Оптика — наука, изучающая зрительные восприятия. Является разделом физики, в котором изучаются процессы излучения света, его распространения в различных средах, а также взаимодействия с веществом. Aктуaльнocть темы и ее прaктичеcкaя знaчимocть oбуcлoвленa тем, чтo явление преломление света является одним из основных компонентов раздела «Световые явления». Освоение темы позволит сформировать навыки и умения в применении различных жизненных ситуациях. Дaннaя прoблемa пoзвoлилa cфoрмулирoвaть тему иccледoвaния: «Преломление света». Цель иccледoвaния — изучить световое явление рефракции. Oбъект иccледoвaния — раздел физики «Геометрическая оптика». Предмет иccледoвaния — явление преломления света. Гипотеза иccледoвaния — лучи света проходящие через разные среды, отклоняются от заданного пути и искажают изображение. В соответствии c целью и гипотезой иccледoвaния были определены следующие задачи: Изучить литературу, а также интернет ресурсы; Прoвеcти aнaлиз преломлений света. Методы иccледoвaния: анализ литературы, использование статистических данных; aнaлиз материалов научных исследований; наблюдение. ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЗАКОНОВ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА 1.1 Законы геометрической оптики Геометрическая оптика — это раздел физики, изучающий распространение света в различных средах. Одно из самых важных понятий геометрической оптики — луч. Линия, вдоль которой распространяется световая энергия, является лучом. Совокупность лучей образуют световой пучок. В основе геометрической оптики лежат следующие законы: закон прямолинейного распространения света — в оптически однородной среде лучи света распространяются прямолинейно; закон независимости световых пучков — пучки света при пересечении не влияют друг на друга; закон отражения света — луч, отраженный от границы двух сред, лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке падения луча; закон преломления света — преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке падения луча.  Рисунок 1.1.1 — Отражение и преломление света на гринце двух сред Среду с меньшим абсолютным показателем преломления принято называть оптически менее плотной средой. Абсолютный показатель преломления зависит от физического состояния среды, в которой распространяется свет, например (от температуры, плотности вещества и так далее). Показатель преломления зависит от таких характеристик света как: частота света; длина волны. 1.2 Принцип Ферма Прямолинейное распространение света имеет место в оптически однородных системах. В противном случае лучи света являются криволинейными. Их вид в геометрической оптике определяется принципом Ферма. Согласно данному принципу свет распространяется по пути, на прохождение которого необходимо затратить экстремальное время. Это время рассчитывается по формуле (рис 1.2.2).  Рисунок 1.2.1 — Траектория движения луча из точки А в В  Рисунок 1.2.2 — Формула для расчета траектория луча Французский математик Пьер Ферма (1601—1665), сформулировал принцип наименьшего времени, согласно которому луч света всегда движется по траектории, требующей минимального времени. Все законы геометрической оптики и их следствия естественным образом вытекают из этого общего принципа. Оптической длиной пути между точками A и B называют расстояние, которое прошел бы свет в вакууме за время его прохождения между этими точками в среде. Согласно принципу Ферма, луч света движется по такому пути, оптическая длина которого минимальна. Если свет из точки A в точку B может двигаться разными путями, оптические длины которых одинаковы, такие пути называются стационарными или таутохромными. ГЛАВА 2 ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА 2.1 Волновое уравнение Волновая оптика — раздел, позволяющий описывать распространение света с учётом его волновой природы. Явления волновой оптики — интерференция, дифракция, поляризация. Основоположниками данной теории являются Френель и Гюйгенс.  Рисунок 2.1.1 — Огюстен Жан Френель и Христиан Гюгейнс Зёйлихем Волны произвольной природы представляют собой распространение колебаний, частиц вещества в среде (упругие или механические волны) или электромагнитных колебаний вектора напряженности электрического и магнитного полей в среде или вакууме. Уравнение волны представляет собой уравнение колебаний для каждой точки области, в которой присутствует волна. В отличии от обычного уравнения синусоидальных колебаний, уравнение синусоидальных волн является зависимостью фазы колебаний от радиус — вектора рассматриваемой точки. Для просто случая бегущих синусоидальных плоских электромагнитных волн уравнение волны имеет следующий вид (рис 2.1.2).  Рисунок 2.1.2 — Уравнение волны 2.2 Электромагнитные волны Электромагнитная волна — это распространяющееся в пространстве электромагнитное поле, в котором напряженность электрического и индукция магнитного полей изменяются по периодическому закону. Электромагнитная волна с определенной частотой называется монохроматической. В общем случае монохроматическая волна представляет собой суперпозицию отдельных монохроматических волн с одним и тем же волновым вектором, но с разным значением светового вектора. Неполяризованным светом называют направления световых векторов всех отдельных волн в плоскости, перпендикулярных волновому вектору. Если векторы упорядочены, такой свет называется поляризованным. Если результирующее значение амплитуды светового вектора преобладает над его амплитудой в других направлениях, то такой свет называется частично поляризованным.  Рисунок 2.2.1 — Виды поляризации света Плоскополяризованным светом называют свет, в котором световые векторы всех отдельных волн параллельны друг другу. Результатирующий световой вектор в данном случае совершает колебания в одной плоскости, которая проходит через волновой вектор. Эта плоскость является плоскостью поляризации света.  Рисунок 2.2.2 — Поляризация света при отражении от границы двух сред ЗАКЛЮЧЕНИЕ Изучение законов преломления имеет фундаментальное значение для науки. Их применение в разных областях знаний позволяет создавать точные оптические приборы такие как: телескопы; микроскопы; фотоаппараты; кинокамеры; очки; контактные линзы. Так же применение законов позволяет исследовать химическую структуру соединений и определять состав химических смесей, получать точные геодезические и астрономические координаты, создавать оптимальные системы связи и многое другое. Явление преломления используется в таких областях медицины как оптометрия и офтальмология. С помощью фороптера возможно определить аномалии рефракции в глазу пациента, и, проведя несколько тестов с линзами разной оптической силы и с разным фокусным расстоянием, можно подобрать для пациента подходящие очки или контактные линзы. По результатам проведенного курсового проекта можно сделать вывод о том, что преломление света имеет фундаментальное значение не только для науки, но и для техники. СПИСОК ИCПOЛЬЗOВAННЫХ ИCТOЧНИКOВ Жданов Л.С. Курс физики. Книга 2 /Л.С. Жданов, В.А Маранджян учебное пособие для средних специальных учебных заведений. Гурьянов И. Книга экспериментов. Просто о сложном. Перельман Я.И. Занимательная физика. Том Тит. Научные забавы: интересные опыты, самоделки, развлечения. |