Онлайн-урок №26 "Геометрическая оптика. Распространение света."

Раздел: ОПТИКА
Тема: Геометрическая оптика

1. Распространение света

Закон прямолинейного распространения света – в прозрачной однородной среде свет распространяется прямолинейно. Исходя из этого, линию, по которой распространяется свет, принято называть лучом света.
Замечание. Образование тени и полутени подтверждают закон прямолинейности распространения света. В космических масштабах это солнечные и лунные затмения.

Определение. Тень – область пространства, в которую не попадает свет от источника.
Замечание. Точечный источник света – модель источника света, размерами которого пренебрегают.
Определение. Полутень – область пространства, которая частично освещается несколькими имеющимися точечными источниками или частью источника света, имеющего размеры. 
Замечание. Считается, что лучи света от Солнца падают на Землю практически параллельно.

2. Отражение света

Типы отражения света: 
1) Зеркальное – пучок параллельных лучей после отражения остается параллельным. Поверхности, от которых свет отражается зеркально, называют глянцевыми;
2) Диффузное – пучок параллельных лучей после отражения перестает быть параллельным (отражается по всевозможным направлениям). Поверхности, от которых свет отражается диффузно, называют матовыми.

Законы отражения света:
1) Угол падения равен углу отражения: α=β

2) Падающий луч, отраженный и перпендикуляр к поверхности, построенный в точке падения, лежат в одной плоскости.
Замечание. В зеркальной поверхности можно увидеть изображение предмета, который перед ней расположен. 
Типы изображений предметов:
1) Действительное – изображение предмета, образованное сходящимся пучком лучей. Его можно получить на экране;
2) Мнимое – изображение предмета, образованное расходящимся пучком лучей, прошедших оптическую систему, продолжения которых пересекаются. Такое изображение нельзя получить на экране.
Виды зеркал в зависимости от формы отражающей поверхности:
1) Плоское зеркало дает равновеликое прямое мнимое изображение.
Построение изображения в плоском зеркале:

Область видимости предмета в плоском зеркале:

2) Сферическое зеркало:
а) Вогнутое – параллельные лучи, падающие на поверхность, собираются в фокусе зеркала.

Замечание. Используется в косметических увеличительных зеркалах.
б) Выпуклое – параллельные лучи, падающие на поверхность, рассеиваются так, что их продолжения проходят через фокус зеркала.

Замечание. Используется в панорамных зеркалах.
Замечание. Изображения, полученные с помощью вогнутого зеркала, по характеристикам похожи на те, что дает собирающая линза, а те, которые получаются в выпуклом зеркале, похожи на изображения в рассеивающей линзе.

3. Преломление света

Определение. Преломление света – явление изменения направления распространения света при переходе через границу раздела прозрачных сред. 
Замечание. Причиной преломления света является изменение скорости ЭМВ при переходе через границу двух сред и соблюдение принципа Ферма.
Принцип Ферма – из одной точки пространства в другую волна распространяется за наименьшее время.
Законы преломления света:

1)  – первый закон преломления
Где  – абсолютные показатели преломления среды (табл.), показывают во сколько раз скорость света в данной среде меньше, чем в вакууме, ед.
 – относительный показатель преломления второй среды относительно первой, ед.
2) Падающий луч, преломленный и перпендикуляр к поверхности, построенный в точке падения, лежат в одной плоскости.
Замечание. Оптическая плотность среды – величина, характеризующая способность среды к пропусканию света. Если в процессе преломления света оптическая плотность (показатель преломления) данной среды больше, то угол луча к перпендикуляру в точке падения будет меньше.
Определение. Полное внутреннее отражение – явление отсутствия преломленного луча света при переходе из оптически более плотной среды в менее плотную среду (из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим), при этом угол падения должен быть больше либо равен критическому углу.

Замечание. Как правило, в школьной программе рассматривают выход луча из какой-либо прозрачной среды в воздух, например, из воды в воздух.
 – закон полного внутреннего отражения, если луч выходит в воздух
Где  – критический угол падения, то есть минимальный угол, при котором наблюдается явление полного внутреннего отражения, рад или град 
n – абсолютный показатель преломления среды, из которой луч выходит в воздух, ед.
Замечание. Явление полного внутреннего отражения применяется в принципе работы оптоволоконных каналов связи, в оптоволоконных светильниках и т.п.