ОК-21(Оптика и её разделы.Законы распространения света). Физическая оптика рассматривает вопросы, связанные с природой света и световых явлений

• Название: Физическая оптика рассматривает вопросы, связанные с природой света и световых явлений
• Дата: 03.09.2022
• Размер: 180.5 Kb.
• Имя файла: ОК-21(Оптика и её разделы.Законы распространения света).doc
• Тип: Закон; #660885

Оптика. Природа света. Законы распространения света.

1. 
   Оптика и ее разделы.
   

• 
  О птика – раздел физики в котором изучается оптическое излучение, процессы его распространения и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества.
  

• 
  Оптическим излучением называют электромагнитные волны в диапазоне длин волн от 1 мм до 10 нм. Оно включает в себя: инфракрасное излучение в области от 1 мм до 760 нм , видимый свет от темно – красного (=760 нм) до темно- фиолетового (=380 нм) и ультрафиолетовое излучение(=38010 нм)
  

1. 
   Разделы оптики.
   

• 
  Геометрическая оптика – раздел оптики, в котором изучаются законы распространения оптического излучения на основе представлений о световых лучах..
  
• 
  Физическая оптика – рассматривает вопросы, связанные с природой света и световых явлений.
  
• 
  Физиологическая оптика – изучает закономерности и механизм восприятия света человеческим глазом.
  

1 .2 Основные понятия геометрической оптики.

• 
  С ветовой луч – линия , касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением распространения световой волны. S
  
• 
  Р асходящийся пучок- образуют лучи исходящие из одной точки:
  

• 
  С ходящийся пучок – образуют лучи, сходящиеся в одну точку.
  

S

• 
  Точечный источник света- источник света, размеры которого малы по сравнению с расстоянием проходимым светом.
  
• 
  Принцип независимости световых лучей – световые лучи распространяются независимо друг от друга, т.е. не влияя друг на друга.
  

1.3 Границы применимости законов геометрической оптики.

• 
  Геометрическая оптика рассматривает световую волну как пучок лучей, перпендикулярных к волновым фронтам, совершенно не учитывая волновую природу света. Основные законы геометрической оптики полностью игнорируют дифракционные явления.
  
• 
  Законы геометрической оптики выполняются при условии:  d, где d- размеры препятствий на пути световой волны.
  

2. Основные законы геометрической оптики.
2.1 Закон прямолинейного распространения.

• 
  В однородной среде, т.е. в такой, плотность вещества которой всюду одинакова, свет распространяется прямолинейно.
  

• 
  Подтверждением прямолинейности распространения света служит образование теней и полутеней за предметами.
  

S



Тень Полутень.
2.2 Законы отражения света.

• 
  Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения луча лежат в одной плоскости.
  
• 
  У гол падения равен углу отражения: .
  

• 
  Свойство обратимости хода световых лучей: луч падающий на поверхность по пути отраженного, отражается по пути падающего.
  

2.3 Виды отражений.

• 
  Зеркальное отражение – выполняются законы отражения света( зеркальная поверхность d).
  

• 
  Д иффузное отражение – законы отражения не выполняются(шероховатая поверхность d).
  

2.4 Законы преломления света.

• 
  Л учи падающий и преломленный и перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения луча лежат в одной плоскости.
  
• 
  О тношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред: . Это отношение называется показателем преломления второй среды относительно первой.
  

• 
  Свойство обратимости хода световых лучей: луч падающий на границу раздела двух сред по пути преломленного, после преломления пойдет по пути падающего.
  

• 
  П ричина преломления – различная скорость распространения световых волн.
  

 -угол падения, - угол преломления,

  _- угол отражения.




1- среда
2-я среда





3 .1 Абсолютный показатель преломления.

• 
  Показатель преломления среды относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления.
  

с – скорость света в вакууме,  - скорость света в среде.



У читывая, что , 

 - диэлектрическая проницаемость среды,  - магнитная проницаемость среды.

• 
  Абсолютный показатель преломления воздуха: , поэтому абсолютные показатели преломления различных веществ практически равны их показателям преломления относительно воздуха.
  

3.2 Связь относительного показателя преломления с абсолютными показателями преломления первой и второй сред.

• 
  .
  
• 
  C учетом этого второй закон преломления записывают в виде:
  

3.3 Оптическая плотность среды.

• 
  Чем больше абсолютный показатель преломления среды, тем более оптически плотной считается среда.
  

• 
  И з двух сред, та является более оптически плотной, в которой скорость света меньше.
  

• 
  При переходе света из менее плотной в более плотную оптическую среду луч отклоняется в сторону перпендикуляра, угол преломления меньше угла падения.
  

 Если




n₁

n₂






• 
  При переходе света из более плотной в менее плотную оптическую среду луч отклоняется от перпендикуляра, угол преломления больше угла падения.
  

 Если




n₁

n₂



4. Полное внутренне отражение- наблюдается при переходе света из более плотной в менее плотную оптическую среду.

• 
  При некотором угле падения угол преломления может стать равным =90^о, т.е. преломленный луч скользит вдоль границы раздела двух сред.
  

 _пр

n₁

n₂ =90^о

• 
  При угле падения  _пр луч целиком отражается от поверхности раздела внутрь более плотной оптической среды. Это явление называется полным внутренним отражением.
  
• 
  Угол, при котором угол преломления равен 90^о называется предельным углом полного внутреннего отражения -_пр
  

• 
  C увеличением угла падения интенсивность отраженного луча возрастает, а преломленного уменьшается, но при этом: .
  

• 
  Применение полного отражения: оптические приборы, гибкие волоконные световоды, бриллианты..
  
• 
  Световод представляет собой тонкую нить из кварцевого стекла, сердцевина которого толщиной 1 мм имеет показатель преломления меньше, чем показатель преломления оболочки. Поэтому лучи, распространяющиеся под малыми углами к оси, испытывают полное внутреннее отражение.
  

• 
  Фотометрия -раздел физической оптики, в котором рассматриваются энергетические характеристики оптического излучения в процессах его излучения, распространения и взаимодействия с веществом.
  

W(за t) S Рис.1

1. Световой поток –Ф, мощность светового излучения, оцениваемая глазом. Световым потоком Ф называют отношение протекающей через некоторую поверхность за время световой энергии W, оцениваемой по зрительному впечатлению, ко времени .

• 
  Действие света на глаз зависит не только от световой энергии, но и от длины волны излучения.
  
• 
  Наибольшее зрительное ощущение вызывает свет зеленого цвета с длиной волны 0,55 мкм
  

• 
  Для оценки светового потока выбирается эталонный источник света. Световой поток эталонного источника сравнивается со световыми потоками остальных источников по действию на глаз.
  

2 . Телесный угол- , часть пространства, ограниченная конической поверхностью.

Телесный угол равен отношение площади поверхности шарового сегмента S0 к квадрату радиуса сферы. Стерадиан (ср)– единица измерения телесного угла в СИ. Стерадиан – телесный угол, который вырезает на поверхности сферы площадь, численно равную квадрату радиуса сферы. Полный телесный угол вокруг точки S равен:

So R  S Рис.2

3. Сила света-I, энергетическая характеристика источника, оцениваемая глазом

• 
  С илой света источника называется отношение светового потока к телесному углу , в котором этот световой поток распространяется от источника.
  

• 
  С ила света точечного источника одинакова по всем направлениям:
  
• 
  Ф₀- полный световой поток.
  

4. Освещенность-Е, оценка действия световой энергии на освещаемую поверхность по зрительному восприятию.

 Ф S Рис.3

ОсвещенностьюЕ называется отношение светового потока Ф, падающего на некоторый участок поверхности, к площади S этого участка.

4.1 Законы освещённости. 1604 г Иоганн Кеплер(нем).

R Е0 -освещенность поверхности при угле падения =0.	Первый закон: освещённость, создаваемая точечным источником света, прямо пропорциональна силе света источника и обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до поверхности.
Ф  b0 S0  S а b Рис.4	Второй закон: освещённость поверхности прямо пропорциональна косинусу угла падения лучей. Отношение площадей площадок:   . Объединенный закон освещённости:

• 
  П ринцип суперпозиции: общая освещенность равна сумме освещенностей, создаваемых каждым источником в отдельности:
  

5. Яркость –L, характеризует световое излучение участка поверхности источника в заданном направлении.

• 
  Я ркостью называется отношение силы света источника к площади светящейся поверхности.
  

 S

• 
  В случае наклонной или искривленной излучающей поверхности вводится так называемая видимая поверхность: , равная проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную к направлению распространения светового излучения.(см. рис.1)
  

 S  . .
6. Единицы измерения фотометрических величин.

• 
  В системе единиц световых величин за основную принята единица силы света. В СИ эта единица называется кандела(кд). Candela(лат)-свеча.
  

Кандела равна силе света в заданном направлении источника света, испускающего монохроматическое излучение частотой 5,410¹⁴ Гц, мощность излучения которого в этом направлении составляет

• 
  Единица измерения светового потока – люмен (лм) . lumen(лат)-свет. 1 лм=1кдср
  

• 
  Единица измерения освещенности – люкс(лк)
  

• 
  Единица измерения яркости в СИ: .
  

• 
  Яркость некоторых источников
  

Источник света.	Яркость кд/м2	Источник света	Яркость кд/м2
Ночное безлунное небо Полная луна Пламя стеариновой свечи	110-4 1103 2,5103	Ясное дневное небо Спираль лампы накаливания Солнце	1,5104 5106 1,5109

• 
  Световая отдача ламп, отношение излучаемого источником света светового потока к потребляемой им мощности: . . Световая отдача характеризует экономичность источников света:
  

Лампы накаливания 8-20 лм/Вт; люминесцентные лампы до 90 лм/Вт; металлоголагеные и натриевые до 130 лм/Вт.

• 
  Сила света некоторых источников.
  

Источник света	Сила света (кд)	Источник света	Сила света(кд)
Свеча, пламя спички Лампа карманного фонаря Электролампа 100 Вт	0,5 - 2,0 0,5 – 3 103	Люминесцентная лампа40 Вт Дуга электросварки Солнце	180 103-105 31027