Геометрическая оптика и квантовые свойства света

Реферат

На тему: «Геометрическая оптика и квантовые свойства света.»

Выполнил Шайхутдинов Талгат

Геометрическая оптика

Геометрической оптикой называется раздел оптики, в котором изучаются законы распространения световой энергии в прозрачных средах на основе представления о световом луче.

Световой луч – это не пучок света ,а линия указывающая направление распространения света.

Основные законы:

1.                Закон о прямолинейном распространении света .

Свет в однородной среде распространяется прямолинейно. Прямолинейностью распространения света объясняется образование тени ,то есть место, куда не проникает световая энергия . От источников малых размеров образуется резко очерченная тень ,а больших размеров создают тени и полутени, в зависимости от величины источника и расстояния между телом и источником.

2.                Закон отражения. Угол падения равен углу отражения.

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

 

α-угол падения β-угол отражения γ-перпендикуляр опущенный в точку падения

3.                Закон преломления.

На границе раздела двух сред свет меняет направление своего распространения . Часть световой энергии возвращается в первую среду ,то есть происходит отражение света. Если вторая среда прозрачна ,то часть света при определенных условиях может пройти через границу сред также меняя при этом ,как правило , направление распространения . Это явление называется преломлением света.

α-угол падения β- угол преломления.

Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред , восстановленный в точке падения луча , лежат в одной плоскости . отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред.

Постоянная n называется относительным показателем преломления или показателем преломления второй среды относительно первой.

Ход лучей в треугольной призме

В оптических приборах часто применяется треугольная призма из стекла или других прозрачных материалов .

Ход лучей в сечении треугольной призмы

Луч, проходящий через треугольную стеклянную призму, всегда стремится к её основанию.

Угол φназывается преломляющим углом призмы .Угол отклонения луча θ зависит от показания преломления n призмы и угла падения α.В оптических приборах часто применяют оптические призмы в виде равнобедренного прямоугольного треугольника . Их применение основано на том что предельный угол полного отражения для стекла равенα₀=45⁰

  

Ход лучей в призмах такого вида

Поведение лучей при перехождении из среды одного типа в другую.

При попадании луча из менее плотной среды в более плотную происходит преломление и луч прижимается к перпендикуляру опущенному в точку падения

α – угол падения, β- угол преломления

При попадании луча из более плотной среды в менее плотную происходит преломление и луч прижимается к границе раздела сред.

α-угол преломления , β-уол падения

Линза

Прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями называется линзой

 

Рис 1.

       

 Рис2 Рис 3 Рис 4

Обычно линзы делают из стекла. Прямую ОО₁ проходящую через центры сферических поверхностей называют главной оптической осью (рис1) .

Линзы середина которых больше , чем края ,называют собирающими(рис 2)

Линзы изображенные на рисунке 3 называют рассеивающими.

Любую линзу можно представить , как совокупность стеклянных призм (Рис 4).

В воздухе собирающая линза отклоняет лучи к главной оптической оси, а рассеивающая – от главной оптической оси .

Рассмотрим тонкую линзу .то есть линзу у которой её толщина АВ много меньше радиусов R₁ и R₂ . Все последующие рассуждения относятся к тонкой линзе . Как сферические и плоские зеркала , линзы создают изображения источников света . Это означает ,что свет исходя из какой – либо точки предмета , после преломления в линзе снова собирается в одной точке( изображение),независимо от того, через какую часть линзы прошли лучи. В случае если прошедшие через линзу сходятся ,они образуют действительное изображение . Если прошедшие через линзу лучи расходятся, 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 рассеивающей линзой будут расходящимися, а их продолжения пересекаются 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 .

Собирающая линза

Точка в которой собираются после преломления лучи падающие на линзу называется главным фокусом линзы ,а расстояние от фокуса до лизы называется фокусным расстоянием

 

Фокусов у линзы два

Плоскость перпендикулярная главной к главной оптической оси линзы и проходящая через фокус называется фокальной плоскостью.

Поместив светящуюся тачку в любом месте фокальной плоскости , получим после преломления параллельные лучи.

Построение изображения в линзах

Свойства линзы определяются главным образом , расположением её фокусов . Это означает , что зная расстояние от источника до линзы и фокусное расстояние можно определить расстояние до изображения не рассматривая 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 идущий II какой либо оптической оси ,после преломления этот луч пройдет через фокус лежащий на этой оптической оси.

3.                Луч , проходящий через передний фокус линзы , такой луч после преломления пойдет II главной оптической оси.

4.                Луч, проходящий через передний двойной фокус ,после преломления этот луч походит через задний двойной фокус .

Ход этих 4 лучей проследить наиболее просто . Чаще всего при построении используют первые два луча.

Если светящаяся точка лежит на главной оптической оси , то для ее построения необходимо повести побочную оптическую ось.

Примеры:

Квантовые свойства света

 

Свет можно представить не только с волновой точки зрения ,но и как поток своеобразных частиц – квантов света (фотонов )

Основная характеристика кванта - это энергия . Монохроматический световой поток состоит из фотонов с одинаковой световой энергией

Энергия фотона равна

E=hν=

Где h= 6.62 X 10^-34 Дж сек – постоянная Планка, ν-Частота света(Гц), С- скорость света в вакууме м/сек, Х-Длина волны(м)

Фотоэффект

Явление , заключающееся в том, что металлические тела, подвергнутые облучению светом испускают электроны называется фотоэффектом. Фотоэффект – это вырывание электронов с поверхности металла под действием света.

Теория фотоэффекта была создана великим немецким физиком Эйнштейном. В соответствии с этой теорией энергия кванта света hν идёт на совершение работы выхода А, то есть работы, которую нужно совершить для отрыва электрона с поверхности металла, на сообщение электрону кинетической энергии.

hν= А -

Для каждого тела фотоэффект наблюдается лишь в то случае, если частота света больше минимального значения ν_м. Это минимальное значение называют красной границей фотоэффекта.

ν_м=