На тему: «Геометрична оптика і квантові властивості світла.»
Виконав Шайхутдинов Талгат
Геометричною оптикою називається розділ оптики, в якому вивчаються закони поширення світлової енергії в прозорих середовищах на основі подання про світловому промені.
Світловий промінь - це не пучок світла, а лінія вказує напрямок поширення світла.
1. Закон про прямолінійній поширенні світла.
Світло в однорідному середовищі поширюється прямолінійно. Прямолінійністю поширення світла пояснюється утворення тіні, тобто місце, куди не проникає світлова енергія. Від джерел малих розмірів утворюється різко окреслена тінь, а великих розмірів створюють тіні і півтіні, в залежності від величини джерела і відстані між тілом і джерелом.
2. Закон відображення. Кут падіння дорівнює куту відбиття.
Падаючий промінь, відбитий промінь і перпендикуляр до межі поділу двох середовищ. відновлений в точці падіння променя. лежать в одній площині
# 945; -кут падіння # 946; -кут відображення # 947; -перпендікуляр опущений в точку падіння
3. Закон заломлення.
На межі розділу двох середовищ світло змінює напрям свого поширення. Частина світлової енергії повертається в першу середу, тобто відбувається віддзеркалення світла. Якщо друга середовище прозоре, то частина світла за певних умов може пройти через кордон середовищ також змінюючи при цьому, як правило. напрямок поширення. Це явище називається заломленням світла.
# 945; -кут падіння # 946; - кут заломлення.
Падаючий промінь, відбитий промінь і перпендикуляр до межі поділу двох середовищ. відновлений в точці падіння променя. лежать в одній площині. відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина постійна для двох даних середовищ.
Постійна n називається відносним показником заломлення або показником заломлення другого середовища відносно першого.
Хід променів в трикутній призмі
В оптичних приладах часто застосовується трикутна призма зі скла або інших прозорих матеріалів.
Хід променів в перерізі трикутної призми
Промінь, що проходить через трикутну скляну призму, завжди прагне до її основи.
кут # 966; називається заломлюючим кутом призми .Кут відхилення променя # 952; залежить від показання заломлення n призми і кута падіння # 945; .В оптичних приладах часто застосовують оптичні призми у вигляді рівнобедреного прямокутного трикутника. Їх застосування засноване на тому що граничний кут повного відображення для скла дорівнює # 945; 0 = 45 0
Хід променів в призмах такого виду
Поведінка променів при переходження з середовища одного типу в іншу.
При попаданні променя з менш щільного середовища в більш щільну відбувається заломлення і промінь притискається до перпендикуляру опущеного в точку падіння
# 945; - кут падіння, # 946; - кут заломлення
При попаданні променя з більш щільною середовища в менш щільну відбувається заломлення і промінь притискається до кордону розділу середовищ.
# 945; -кут заломлення. # 946; -уол падіння
Прозоре тіло, обмежене з двох сторін сферичними поверхнями називається лінзою
Рис2 Рис 3 Рис 4
Зазвичай лінзи роблять зі скла. Пряму ОО1 проходить через центри сферичних поверхонь називають головною оптичною віссю (ріс1).
Лінзи середина яких більше. ніж краю, називають збирають (рис 2)
Лінзи зображені на малюнку 3 називають розсіюючими.
Будь-яку лінзу можна уявити. як сукупність скляних призм (Рис 4).
В повітрі збирає лінза відхиляє промені до головної оптичної осі, а розсіює - від головної оптичної осі.
Розглянемо тонку лінзу .то є лінзу у якій її товщина АВ багато менше радіусів R1 і R2. Усі наступні міркування відносяться до тонкої лінзи. Як сферичні і плоскі дзеркала. лінзи створюють зображення джерел світла. Це означає, що світло виходячи з будь - якої точки предмета. після заломлення в лінзі знову збирається в одній точці (зображення), незалежно від того, через яку частину лінзи пройшли промені. У разі якщо пройшли через лінзу сходяться, вони утворюють дійсне зображення. Якщо минулі через лінзу промені розходяться, то перетинаються в одній крапці не самі промені. а їх продовження. зображення тоді є уявним.
Промені паралельні головній оптичній осі лінзи після заломлення розсіює лінзою будуть розбіжними, а їх продовження перетинаються в головному фокусі розсіює лінзи він є уявним і розташований на відстані F від лінзи
Другий мінімальний головний фокус знаходиться з іншого боку лінзи на тій же відстані якщо середовище по обидві сторони лінзи одна і та ж.
Точка в якій збираються після заломлення промені падають на лінзу називається головним фокусом лінзи, а відстань від фокуса до Лізи називається фокусною відстанню
Фокусів у лінзи два
Площина перпендикулярна головній до головної оптичної осі лінзи і проходить через фокус називається фокальною площиною.
Помістивши світиться тачку в будь-якому місці фокальній площині. отримаємо після заломлення паралельні промені.
Побудова зображення в лінзах
Властивості лінзи визначаються головним чином. розташуванням її фокусів. Це означає. що знаючи відстань від джерела до лінзи і фокусна відстань можна визначити відстань до зображення не розглядаючи ходу променів в лінзі.
При побудові зображення світиться точки (предмета) з усього потоку променів падаючих на лінзу. вибирають 2 променя:
1. Луч йде через оптичний центр. він проходить не заломлюючись.
2. Луч йде II будь-якої оптичної осі, після заломлення цей промінь пройде через фокус лежить на цій оптичної осі.
3. Луч. проходить через передній фокус лінзи. такий промінь після заломлення піде II головною оптичної осі.
4. Луч, що проходить через передній подвійний фокус, після заломлення цей промінь походить через задній подвійний фокус.
Хід цих 4 променів простежити найбільш просто. Найчастіше при побудові використовують перші два променя.
Якщо крапка, що світиться лежить на головній оптичній осі. то для її побудови необхідно повісті побічну оптичну вісь.
Квантові властивості світла
Світло можна уявити не тільки з хвильової точки зору, але і як потік своєрідних частинок - квантів світла (фотонів)
Основна характеристика кванта - це енергія. Монохроматичний світловий потік складається з фотонів з однаковою світловий енергією
Енергія фотона дорівнює
Де h = 6.62 X 10 -34 Дж сек - постійна Планка, # 957; -Частота світла (Гц), С- швидкість світла у вакуумі м / сек, Х-Довжина хвилі (м)
Явище. що полягає в тому, що металеві тіла, піддані опроміненню світлом випускають електрони називається фотоефектом. Фотоефект - це виривання електронів з поверхні металу під дією світла.
Теорія фотоефекту була створена великим німецьким фізиком Ейнштейном. Відповідно до цієї теорії енергія кванта світла h # 957; йде на здійснення роботи виходу А, тобто роботи, яку потрібно зробити для відриву електрона з поверхні металу, на повідомлення електрону кінетичної енергії.
Для кожного тіла фотоефект спостерігається лише в тому разі, якщо частота світла більше мінімального значення # 957; м. Це мінімальне значення називають червоною межею фотоефекту.