Основные законы геометрической оптики

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

ДЛЯ УЧАЩИХСЯ 11 КЛАССОВ

Оптика

Закон прямолинейного

распространения света

Закон независимости

световых пучков

Закон

отражения

Закон

преломления

Показатель

преломления

В 1660 году Ферма сформулировал принцип, который является обобщением законов геометрической оптики. В простейшей формулировке принцип звучит так : в пространстве между двумя точками свет распространяется по тому пути, вдоль которого время его прохождения минимально.

Полное

отражение

2

Закон прямолинейного распространения света

• В однородной среде световые лучи представляют собой прямые линии

Используя принцип Ферма, можно получить закон прямолинейного распространения света. Свет из одной точки в другую распространяется по кратчайшему расстоянию. В однородной среде это будет прямая

Явление прямолинейного распространения света было обнаружено еще в глубокой древности. Закон прямолинейного распространения излагался в сочинениях Эвклида.

Прямолинейностью распространения света в однородной среде объясняется образование тени.

Тень – область пространства, в которую не попадает свет от источника.

Закон независимости световых пучков

• Лучи света, пересекаясь, не взаимодействуют, то есть распространение световых лучей происходит независимо друг от друга

Этот закон неявно содержится в принципе Ферма : свет идет по пути, соответствующему минимуму времени, независимо от того, пересекают данный световой пучок другие лучи или нет

Например, когда мы читаем книгу, свет, идущий от окна и пронизывающий пространство между книгой и глазами, не мешает нам воспринимать свет, отраженный от букв.

Закон отражения света

• Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к границе раздела, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости

• Угол отражения равен углу падения

Углом падения луча называют угол между падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным к поверхности в точке падения луча.

Явление отражения света

Угол падения

Угол отражения

отраженный луч

падающий луч

В зависимости от свойств отражающей поверхности различают зеркальное и рассеянное отражение.

Если у отражающей поверхности размеры неровностей меньше длины световой волны, то она называется зеркальной. Поверхности, по своим свойствам близкие к зеркальным – поверхность гладкого стекла или хорошо отполированная металлическая поверхность.

Узкие пучки света, падающие параллельно друг другу на нее, после отражения идут также параллельно.

Если размеры неровностей соизмеримы с длиной волны или превышают ее, и расположены беспорядочно, то падающий на поверхность пучок света рассеивается. Такое отражение называется рассеянным.

Благодаря рассеянному отражению мы можем видеть предметы, которые сами не излучают свет

Закон преломления света

• Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть постоянная для двух данных сред величина, равная относительному показателю преломления второй среды относительно первой :

• Падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела сред, восстановленный в месте падения, лежат в одной плоскости

Явление преломления света

угол падения

угол отражения

отраженный луч

падающий луч

1 среда

2 среда

Вследствие преломления наблюдается кажущееся изменение размеров, формы и расположения предметов.

При преломлении происходит изменение направления световых лучей на границе двух прозрачных сред.

преломленный луч

угол преломления

Относительный показатель преломления

• Относительный показатель преломления двух сред выражается через абсолютные показатели преломления этих сред.

Относительный показатель преломления

• Относительный показатель преломления двух сред равен отношению абсолютного показателя преломления второй среды к абсолютному показателю преломления первой среды. Эта величина показывает, во сколько раз скорость света в первой среде больше скорости света во второй среде.

Абсолютный показатель преломления

• Абсолютный показатель преломления равен отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде. Абсолютный показатель преломления больше или равен единице. Для воздуха считают, что показатель примерно равен единице. Величина абсолютного показателя преломления характеризует оптическую плотность среды. Чем выше значение показателя, тем более плотной является среда

Полное отражение

• В соответствии с законом преломления в случае, когда свет переходит из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную, угол преломления больше угла падения. С увеличением угла падения угол преломления тоже увеличивается и при некотором значении угла падения угол преломления окажется равным 90 градусов. При этом преломленный луч будет скользить по границе раздела двух сред и не перейдет во вторую среду – возникнет явление полного отражения от границы раздела двух сред.

Предельный угол полного отражения

• Угол падения, при котором угол преломления равен 90 градусов, называется предельным углом полного отражения. Как следует из закона преломления, этот угол определяется условием :

Простейшие оптические приборы

• Законы геометрической оптики позволяют объяснить действие простейших оптических приборов: плоского зеркала, линзы, призмы.

Плоским зеркалом называют плоскую поверхность, зеркально отражающую свет

Призмой называют прозрачное тело, ограниченное с трех сторон плоскими поверхностями, пересекающимися так, что линии их пересечения взаимно перпендикулярны.

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями

Список литературы

• Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика : учеб. Для 11 кл. общеобразовательных учреждений / М. : Просвещение, 2012
• Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика : Оптика. Квантовая физика. 11 кл. : Учебник для углубленного изучения физики. – м. : Дрофа, 2012.

X