Геометрическая оптика Лекцию подготовил Волчков С.Н. План лекции: 1. Оптика и свет. 2. Закон прямолинейного распространения света. 3. Закон отражения света. 4. Закон преломления света. 5. Плоское зеркало. 6. Сферическое зеркало. Оптика – это учение о свете и его взаимодействии с веществом. Светом называется электромагнитное излучение с длиной волны от 400 до 760 нм. Геометрической оптикой называется раздел оптики, в котором изучаются законы распространения света в прозрачных средах на основе представления о световом луче. Под световым лучом понимают линию, указывающую направление распространения световой энергии. К числу основных законов геометрической оптики относятся: 1. Закон прямолинейного распространения света. 2. Закон отражения света. 3. Закон преломления света. 4. Закон независимости световых пучков. В оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; угол отражения равен углу падения. Если отражающая поверхность имеет вид поверхности, размеры неровностей которой гораздо меньше длины световой волны, то она называется зеркальной. Если размеры неровностей соизмеримы с длиной волны, то такая поверхность называется шероховатой. От шероховатой поверхности происходит рассеянное (диффузное) отражение. Плоским зеркалом называют плоскую поверхность, зеркально отражающую свет. Изображение точечного источника света (предмета) в плоском зеркале и сам источник (предмет) симметричны относительно плоскости зеркала. Линейные размеры изображения Н протяженного предмета в плоском зеркале всегда равны линейным размерам самого предмета. Изображение точечного предмета в плоском зеркале расположено в точке пересечения продолжений отраженных от зеркала лучей. Такое изображение называется мнимым. Принцип Ферма: Свет, идущий из одной точки пространства в другую, всегда распространяется по пути, требующему минимального времени. S S А Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина постоянная для данных двух сред, не зависящая от угла падения. sin α n const sin β Зеркально отражающую поверхность называют сферическим зеркалом, если она представляет собой часть шаровой поверхности. Центр шаровой поверхности, служащей сферическим зеркалом, называют оптическим центром зеркала, а вершину шарового сегмента – полюсом. Радиус зеркала R – это расстояние между его оптическим центром и полюсом. 1 1 1 d f F Формула сферического зеркала d – расстояние от светящейся точки до зеркала f – расстояние от изображения точки до зеркала F – фокусное расстояние сферического зеркала R F 2 Фокусное расстояние сферического зеркала 1 1 1 d f F изображение и фокус зеркала действительные 1 1 1 d f F изображение мнимое, фокус действительный 1 1 1 d f F изображение и фокус мнимые У вогнутого зеркала фокус – действительный. У выпуклого зеркала фокус – мнимый. Величину, обратную фокусному расстоянию, называют оптической силой сферического зеркала: 1 2 D F R Единица оптической силы в СИ называется диоптрией (дптр): 1 дптр = 1 м-1 Диоптрия равна оптической силе сферического зеркала, фокусное расстояние которого равно 1 м. Оптическая сила вогнутого зеркала считается положительной, выпуклого – отрицательной. Для построения изображения какой-либо точки А предмета наиболее удобны следующие лучи: 1. Луч АОС, проходящий через оптический центр зеркала; отраженный луч СОА идет по той же прямой. 2. Луч АFК, идущий отраженный луч оптической оси. через фокус параллелен зеркала; главной 3. Луч АР, падающий на зеркало в его полюсе; отраженный луч симметричен с падающим относительно главной оптической оси. 4. Луч АЕ, параллельный главной оптической оси; отраженный луч EF проходит через фокус зеркала. А E F P А1 К С О А1 А О F P А А1 О F D С S О F А S Отношение линейного размера изображения Н к линейному размеру предмета h называется линейным увеличением. f Г d H f h d Мякишев Г.Я., Синяков А.З. «Физика: Оптика. Квантовая физика» Учебник для углубленного изучения физики