Геометрическая оптика и квантовые свойства света

Геометрическая оптика Геометрической оптикой называ ется раздел оптики, в котором изучаются законы ра спространения световой энергии в прозрачных с редах на основе представления о световом луче. Световой луч – это не пучок света , а л иния указывающая направление распространения све та. Основные законы : 1. Закон о прямолинейном распрос транении света . Свет в однородной среде распространяется прямолинейно . Прямолинейностью распространения с вета объясняется образование тени ,то есть ме сто , куда не проникает световая эн ергия . От источников малых размеров образуетс я резко очерченная тень ,а больших размеро в создают тени и полутени , в зависимо сти от величины источника и расстояния ме жду телом и источником. 2. Закон отражения . Угол падения равен углу отражения. Падающий луч , отраженный луч и перпенд икуляр к границе раздела двух сред , восстановленный в точке падения луча , лежат в одной пло скости б- угол падения в- угол отражения г- перпендикуляр опущенный в точку падения 3. Закон преломления. На границе раздела двух сред свет меняет направление своего распространения . Часть световой эне ргии возвращается в первую среду ,то есть происходит отражение света . Если вто рая среда прозрачна ,то част ь света при определенных условиях может п ройти через границу сред также меняя при этом ,как правило , направление рас пространения . Это явление называется преломлением света. б- угол падения в - угол преломления. Падающий луч , отраженный л уч и перпендикуляр к границе раздела двух сред , восстановленный в точке падения лу ча , лежат в одной плоскости . отношение син уса угла падения к синусу угла преломлен ия есть величина постоянная для двух данных сред. Постоянная n называетс я относительным показателем преломления или п оказател ем преломления второй среды относительно первой. Ход лучей в треугольной призме В оптических приборах част о применяется треугольная призма из стекла или других прозрачных материалов . Ход лучей в сечении треугольной призмы Луч, прохо дящий через треугольную стеклянную призму , всегда стремится к её основанию. Угол ц называется преломляющим углом призмы .Угол отклонения луча и зависит от показания прело мления n приз мы и угла падения б. В оптических приборах часто применяют оптические призмы в виде равнобе дренного прямоугольного треугольника . Их применение основано на том что предельный угол полного о тражения для стекла равен б 0 = 45 0 Ход лучей в призмах такого вида Поведение лучей при перехождении из ср еды одного типа в другую. При попадании луча из менее плотной среды в более плотную происходит преломлен ие и луч прижимается к перпендикуляру опущенному в т очку падения б – угол падения , в - угол преломления При попадании луча из более плотной среды в менее плотную происходит преломлен ие и луч прижимается к границе раздела сред. б- угол преломления , в- уол падения Лин за Прозрачное тело, ограниченное с д вух сторон сферическими поверхностями называется линзой Рис 1. Рис 2 Рис 3 Рис 4 Обычно линзы делают из стекла . Прямую ОО 1 проходящую ч ерез центры сферических поверхностей называют главной оптической осью (рис 1) . Линзы середина которых бол ьше , чем края ,называют собирающими (рис 2) Линзы изображенные н а рисунке 3 называют рассеивающими. Любую линзу можно представ ить , как совокупность стеклян ных призм (Рис 4) . В воздухе собирающая линза отклоняет лучи к главной оптической оси , а рассеива ющая – от главной оптической оси . Рассмотрим тонкую линзу .то есть л инзу у которой её толщина АВ много ме ньше радиусов R 1 и R 2 . Все последующие рассуждения отно сятся к тонкой линзе . Как сферические и плоские зеркала , линзы создают изображения источников света . Это означает ,что свет исходя из какой – либо точки предм ета , после преломления в линзе сн ова собирается в одной точке ( изображение ) ,независимо от того , через какую часть линзы прошли лучи . В случ ае если прошедшие через линзу сходятся ,он и образуют действительное изображение . Если п рошедшие через линзу лучи ра сходятся , то пересекаются в одной точке не сами лучи , а их продолжения . изображение тогда является мнимым. Рассеивающая линза Лучи параллельные главной оптической оси линзы после преломления рассеи вающей линзой будут расходящимися , а их пр одолжения пер есекаются в главном фокусе рассеивающей линзы он является мнимым и расположен на расстоянии F от линзы Второй минимальный главный фокус находится с другой стороны линзы на том же расстоянии если среда по обе стороны линзы одна и та же . Соб ирающая линза Точка в которой собираются после преломления лучи падающие на линзу называется главным фокусом линзы ,а расст ояние от фокуса до лизы называется фокусн ым расстоянием Фокусов у линзы два Плоскость перпендикулярная гла вной к главной оптической оси линзы и проходящая через фокус называется фокальной плоскостью . Поместив светящуюся тачку в любом месте фо кальной плоскости , пол учим после преломления параллельные лучи. Пос троение изображения в линзах Свойства линзы определяются главным образом , расположением её фокусов . Это о значает , что зная расстояние от источника до линзы и фокусное расстояние можно определить расстояние до изображения не ра ссматривая хода лучей в линзе . Собирающая линза Рассеивающая линза При построении изображения светящейся точки ( предмета )из всего потока лучей падающих на линзу , выбирают 2 луча : 1. Луч идущий через оптический центр , он проходит не преломляясь. 2. Луч идущи й II какой либо оптической оси ,после пре ломления этот луч пройдет через фокус леж ащий на этой оптической оси. 3. Луч , прох одящий через передний фокус линзы , такой луч после преломления пойдет II главной оптической оси. 4. Луч , прохо дящий через передний двойной фокус ,после преломления этот лу ч походит через задний двойной фокус . Ход этих 4 лучей просле дить наиболее просто . Чаще всего при построении ис пользуют первые д ва луча. Если светящаяся точка лежит на главной оптическ ой оси , то для ее построения необходимо повести побочную оптическую ось. Примеры : Квантовые свойства света Све т можно представить не только с волновой точки зрения ,но и как поток своеобра з ных частиц – квантов света (фотонов ) Основная характеристика кванта - это энергия . Монохро матический световой поток состоит из фотонов с одинаковой световой энергией Энергия фотона равна E = hн = Где h = 6.62 X 10 -34 Дж сек – постоянная Планка , н- Частота света (Гц ), С - скорость света в вакууме м /сек , Х-Дл ина волны (м ) Фот оэффект Явление , заключающееся в т ом , что ме таллические тела , подвергнутые облучению светом испускают электроны называетс я фотоэффектом . Фотоэффект – это вырывание электронов с поверхности металла под дейст вием света. Теория фотоэффекта была создана великим немецким физиком Эйнштейном . В соответстви и с этой теорией энергия кванта св ета h н идёт на совершение работы выхода А , то есть работы , которую нужно совершить для о трыва электрона с поверхности металла , на сообщение электрону кинетической энергии. h н = А - Для каждого тела фотоэффек т наблюдается лишь в то случае , если ч астота света больше минимального значения н м. Это минимальное значение называют красн ой границей фо тоэффекта. н м =