Главная страница
Навигация по странице:

  • 4. Линзы.Построения изображений в тонких линзах.Формала тонкой линзы.

  • 5. Микроскоп. Увеличение микроскопа.

  • 7. Сферич. и плоские зеркала. Формула сферич. зеркала.

  • 8. Формула одной сферич.поверхности линзы.

  • 9. Призма. Угол наименьшего отклонения. Угловая дисперсия призмы.

  • 10. Центрированные оптич. системы.

  • Интенсивность электромаг. волны.

  • 12. Объектив. фотометирч. величины.

  • §13. Энергетическая сила излучения.

  • Изотропный источник

  • §15. Энергетическая светимость (R). Излучательная способность.

  • Излучательная способность

  • §16. Энергетическая освещенность. Экспозиция.

  • §17. Субъективные фотометрические величины.

  • Шпора по физике5. 1. Структура оптики


    Скачать 1.08 Mb.
    Название1. Структура оптики
    АнкорШпора по физике5.doc
    Дата07.05.2017
    Размер1.08 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаШпора по физике5.doc
    ТипДокументы
    #2819
    КатегорияФизика
    страница1 из 5
      1   2   3   4   5

    1. Структура оптики


    Оптика – это раздел физики,изуч-ий оптич. излучение(свет),его распростр. в простр-е

    и взаимодействие света с вещ-ом. Оптика делится на разделы: 1)геометрич. оптика (лучевая);2)физическая(волновая);3)физиологическая. Геом. оптика решает задачи связанные с формированием световых пучков и построением изображений в оптич. системах. Волн.оптика исходит из представлений о природе света как волны, учитывает явл-ия интерференции, дифракции и полepизации. Волн.оптика хорошо выполняется для длин волн λ→0. Физиологич. оптика изуч. распростр. света в органах зрения жив.организмов.

    Корпускулярно волновой дуализм: Свет с одной стороны представляет собой поток корпускул(частиц), с др. стороны свет явл. электромагнит. волной. В некоторых

    явл-ях процессы легче описать исходя из корпус-ых cв-тв света, в др. из волн-ых

    cв-тв. Видимый свет лежит в диапазоне от λ= 4∙10-7м (фиолетовый) до λ=7,5∙10-7м (красный). Свет с λ меньше чем у фиолет. света наз. ультрофиолетовым. Свет с λ больше чем у красного наз. инфракрасным. Оптич. диапазон включает в себя ультрофиолет., видимуюи инфракрас. область. Свет явл. электомагнит. волной, распростр. в про-ве со скоростью с=3∙м/с

    с= =8,85∙ Ф/м =4π∙ Гн/м

    2.Основ. понятия геометр. оптики


    Точечный источник света – это такой источник, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием, на котором проявляется его действие( солнце, звезды).Протяженный источник света – множество точечных источников света.Световой луч. В геом. оптике полагается, что энергия световой волны распростр. вдоль световых лучей.Световой пучок - это множество световых лучей.Гомоцентрические лучи – это лучи исходящ. или сходящ. в одной точке. Параксиальные лучи (приосевые) – это лучи, углы м/у которыми пренебрежимо малы α→0, α ≈ sinα ≈tgα

    Паралл-ый пучок лучей - параксиал. лучи, у которых α=0.Элементы оптич. системы: линзы, зеркала, линзы.Оптич. системы – множество эл-ов оптич. системы(микроскоп, телескоп)

    Линза – это прозрач тело окружен. двумя сферич. поверхностями. Глав. оптич. ось – это прямая,

    проходящ. ч/з центр сферич. повер-ей линзы и .

    Побоч. оптич. ось – это любая прямая, проходящ. ч/з оптич. центр линзы О и несовпадающая с глав. Оптич. осью.

    3. Законы геометр. оптики.

    Закон отражения


    Падающий луч, отраженный

    луч и перпендик-р, восстановленный

    в т. падения луча границы раздела двух сред, лежат в одной пл-ти. Угол падения = углу отражения α=β.

    Закон преломления

    Падающ. луч, преломлен.

    луч и перпен-р, вос-ый к границе раздела двух сред в т. падения луча, лежат в одной пл-ти. Отношение sin угла падения к sin угла прелом-я есть величина постоян. для двух дан. cред. =

    где n – показатель преломл-я среды, показ. во сколько раз скорость света в среде меньше чем в вакууме n=V=

    Закон независимости световых пучков


    Если 2 свет. пучка при своем распростр. ∩-ют друг друга, то они будут распростр. в первонач. направлении не возмущая друг друга

    Закон обратимости световых пучков

    Если свет пустить в обрат.направлении по направлению распростр. прямого луча, то он пойдет по той же траектории, что и прямой луч.

    Закон полного отражения


    Если световой луч пустить из оптически более плотной среды в оптич. менее плотную (из воды в воздух), то при некотором угле наз. углом полн. отражения свет. луч во вторую среду не выйдет, а пойдет вдоль границе раздела двух сред.
    = β=90˚ sin 90˚= 1 sinα=

    если = 1, то sin α=

    Закон прямолинейн. распростр. света


    В оптич. однород. среде свет распростр. прямолинейно

    Принцип Ферма


    При распростр. света из одной точки в др., свет идет по такому пути, для прохождения к-го требуется min время.


    4. Линзы.Построения изображений в тонких линзах.Формала тонкой линзы.

    Если направить в линзу ║-ный пучок света и если после прохождения линзы явл-ся гомоцентрич-ми, то центр этих вышедших из линзы лучей наз-ся задним фокусом линзы.

    Если на линзу

    падает гомоцентр-ий

    пучок лучей и после

    прохождения линзы лучи становятся ║-ми, то центр этих входящих в линзу лучей наз-ся

    передним фокусом линзы.

    Характерные лучи

    необходимые для

    построения изображения в линзах:

    1. луч, проходящий ч/з оптич. центр линзы преломления не испытывает

    2. луч, идущих ║-но глав. оптич. оси, после прохождения ч/з линзу проходит ч/з зад. фокус линзы

    3. луч, проходящий ч/з перед.фокус линзы, после прохождения ч/з нее идет ║-но глав. оптич. оси.

    Полученные изображения бывают:

    1. увелич-ми и уменьш-ми

    2. прямыми и перевернутыми

    3. действительными или мнимыми.

    Изображение действительное, если пересекаются сами лучи. Изображение мнимое, если пересекаются продолжения лучей.

    Г = =

    Линзы бывают выпуклыми, вогнутыми.Выпуклые линзы посередине толще, чем по краям. Вогнутые линзы посередине тоньше, чем по краям. Вогнутые линзы обычно бывают собирающими.

    Формула линзы:

    a – расстояние м/у предметом и линзой

    b – расстояние м/у линзой и изображением

    Линза наз. тонкой, если ее толщина много меньше радиусов сферич. поверх-ей , огранич-их линзу.

    Формула тонкой линзы:

    (

    – показатель преломления среды в которой находится линза

    – показ. прелом. материала линзы

    1 дптр – оптич. сила линзы, фокусное расст-ие которой равно 1м


    5. Микроскоп. Увеличение микроскопа.

    Микроскоп – это оптич. прибор, предназ-ый для рассмотрения микроскопич. объектов.

    Ход лучей в микроскопе:

    V=Vоб *Vок

    Vоб=; Vок =

    Vоб =;

    Vок =

    V=

    Микроскоп состоит из двух короткофокусных линз, наз.объективом и окуляром. Предмет помещается вблизи объектива перед передним фокусом. Изобр-ие, даваемое объективом, служит предметом для окуляра, причем оно должно получиться м/у перед.фокусом и самим окуляром. Изобр-ие, даваемое микроскопом, будет увеличенным, перевернутым мнимым.

    6. Телескоп.

    Телескоп, так же как и микроскоп, состоит из объектива и окуляра и служит для наблюдения удаленных объектов.

    Различают 2 типа тел-ов: 1)телескопыпы рефракторы используют в качестве объектива линзы; диаметр окуляра соответствует диаметру зрачка в ночное время(5-8 мм).

    2) телескопыпы рефлекторы имеют в качестве объектива сферич. зеркало. Самый большой в мире тел.рефлектор имеет диаметр зеркала 6м.

    Объектив и окуляр располагаются таким образом в тел.рефракторах, чтобы зад. фокус об-ва совпадал с передним фокусом окуляра.

    Условное увеличение телескопа выражается: ;С другой стороны

    Так наз. “ труба Галелея” в качестве окуляра использует рассеивающую линзу.

    Разрешающая способность телескопа– это мин. угол м/у двумя объектами, к-ые можно раздельно разглядеть в телескоп. - эта формула справедлива и для глаза чел-а.Телескопп не дает линейного увеличения сильно удаленных объектов. Кажущееся увеличение связанно с психологией нашего восприятия. Тел-п служит для наблюдения слабых источников излучения, для их раздельного рассмотрения.


    7. Сферич. и плоские зеркала. Формула сферич. зеркала.

    Ход лучей в сферич. зеркалах:
    ,

    sinα tgα, , , , α 0, γ 0, β 0 , , , , ;

    - ф-ла сферич. зеркала.Из этой ф-лы легко получить ф-лу плоского зеркала ;ф-ла плоского зеркала -


    8. Формула одной сферич.поверхности линзы.

    Рассм. преломление луча на одной пов-ти сферич. линзы. Будем считать, что лучи, падающие на пов-ть линзы явл. панаксиальными.Пусть показатель преломления среды , показатель преломления линзы . Используем координатный метод:

    Запишем закон преломления:

    ;, ,, , , , , , ,

    ,. Если , тогда изобр-ие будет получено на зад. фокусе линзы.


    9. Призма. Угол наименьшего отклонения. Угловая дисперсия призмы.

    Пусть луч света падает на призму под углом и выходит из нее под углом. Угол м/у падающим лучом и выходящим наз. углом наименьшего отклонения. ,

    ,,

    .

    ε – прелом. угол призмы

    δ – угол наименьш. отклонения

    На практике призмы выбирают таким образом, чтобы углы и были м/у собой равны: , . Также ,

    ;.Применим для нашей задачи законы преломления:; ( * )

    Ф-ла позволяет опр-ть показатель преломления материала призмы по углам δ и ε. Показ. прелом-ия n явл. ф-й длины волны ,

    Угол наим. Отклонения

    призмы явл. ф-й длины

    волны.Найдем производную по от выражения ( * )

    ,,

    Угловая дисперсия призмы показывает вел-ну угла м/у лучами с длинами волн отличающимися на 1.

    Призмы используются

    в спектральных приборах.

    Причем больше , тем

    лучше.Призмы используются в спектральных приборах. Причем больше угол дисперсной призмы, тем лучше.


    10. Центрированные оптич. системы.

    Оптич. сис. наз. центрированной, если центры всех ее эл-ов лежат на одной прямой, к-ая наз. глав. оптич осью. Для того, чтобы построить изображение в центри-ой оптич. сис., необязательно послед-но строить ход лучей для каждого эл-та оптич. сис-ы. У оптич. сис. имеются 3 особые точки и 3 осбые пл-ти, задание к-ых полностью определит св-во сис-мы и позволит строить эти точки и пл-ти наз. 1)фокальные точки и и фокальные пл-ти и

    2)глав. точки и глав. пл-ти и, и ;

    3)узловые точки и пл-ти и , и

    Главные точки глав. пл-ти имеют такую особенность, что если предмет расположить в перед. глав. пл-ти, то его изображение получится на зад. глав. пл-ти по вел-не равной самому предмету ( увеличь V=1)

    Оптическая система и ее схематическое изображение:

    Узловые точки и пл-ти обладают такой особенностью, что сопряженные лучи, падающие на сис-му из узловой точки и выходящие из узловой точки,

    м/у собой ║-ны.

    Если показатели

    прелом-ия сред.

    по обе стороны оптич. сис. одинаковы, то узловые и главные пл-ти совпадают. Если перед. и заднии фокусы лежат на ∞, то оптич. сис-а наз. афокальнойили телескопичной.

    Пример построения изображения в оптич. сис-ме.


    11. Фотомнтрия. Основы фотометрии. Интенсивность э/м волны.

    Фотом-ия – это раздел оптики, изуч-ий св-ва излучения, связанные с его энергетич. проявлениями. Подразделяется на объективную и субъек-ую.

    Объектив. фотом-ия изуч. энергетич. св-ва света по их воздействию на приборы.

    Субъектив. фотом-ия изуч. энергетич. св-ва света, оцениваемые по зрительному восприятию. [ср] (стерадиан)

    ,(ср)-телесный угол полупространства.ΔΩ(омега) – телесный угол.Получим ф-лу для элемента телесного угла dΩ.




    , ,,

    ; , θ – полярный угол

    φ – азимутальный угол. . Интенсивность электромаг. волны.

    Если к-л физ. величина оканчивается на “-сть”(скорость, плотность, яркость и т.д), тогда речь идет о некоторой величине, приходящийся на единицу другой.

    Спектральная плотность относится к некоторой величине связанной с излучением и приходящийся на ед-цу длин волн или частот. Т.к. свет явл. э/м волной, то энергия света складывается из энергии электрич. поля и энергии магнит. поля. Из курса электродинамики известно, что объем. пл-ть электрич. поля опред-тся выражением: , а объем. пл-ть магнит. поля . Известно, что эти пл-ти м/у собой равны, тогда объем. пл-ть энергии э/м волны можно опр-ть как:

    Чаще всего рассм. среду – вакуум (ε =1) .

    Напряженность электрич. поля световой волны изменяется по гармонич. закону

    ωГц. Поэтому прибор регистрирует лишь сред. значения напряж-и поля

    ,<>=, - пл-ть энергии электромаг. волны. Рассм. волну падающую на площадку площадью S. За ед-цу времени ч/з эту площадку S пройдет энергия, содержащаяся в объеме V=S * c,где с=3 *м/с.

    Тогда энергия,

    заключенная в
    объеме V равна .Интенсивность э/м волны опр-ся как - энергия проходимая ч/з единич. площадку за ед. времени. I [Дж/с] = [Вт/].Потоком излучения( Р[Вт] ) наз. физ. величина, численно равная энергии, переносимой волной за ед. времени ч/з площадку произвол. площади.Пусть точеч. источник света излучает во всех напр-ях, опр-им полн. поток, даваемый этим источником, т.е. энергию, распростр. источником во всех напр-ях.

    Пусть на расст-ииr от источника напряж-ть электр.поля равна , тогда полн. поток .Полн. мощность источника не должна зависеть от вида пов-ти, ч/з к-ую находим полн. поток .

    Если излучение распростр.

    в поглощающей среде, то с

    увелич-ем расст-ия от него

    полн. поток уменьшается.

    Волновые пов-ти от точеч. источников имеют вид сферы. Пусть на расст-ии 1м амплитуда вектора напряж-ти равна . На расст-ии r амплитуда вектора напряж-ти равна , тогда

    , ( * )..Из ( * ) видно, что напряж-ть э/м волны, даваемой точеч. источником, обратно пропорциональна расст-ию до него.



    12. Объектив. фотометирч. величины.

    Объективные фотометрические величины часто сопровождаются словами : “энергетический” или “излучение”. Энергетич. поток – это объектив. ф/м в-на. Субъектив. ф/м в-ны сопровождаются словами: “свет”, “световой”. Например, световой поток или сила света. Кроме того, если в одной и той же задачи встречаются и объектив. и субъектив. ф/м в-ны, тогда субъектив. ф/м в-ны сопровождаются индексом v (- сила света). Если в задачи рассм-ся один из видов ф/м в-н, то индексы обычно не ставятся. Рассм. Объектив. ф/м в-ны. Любое излучение, кроме лазерного, содержат в-ны широкого диапазона, включая инфракрасное и ультрафиолетовое. На излучение различ. длин волн приходится разная интенсивность.

    Спектральной пл-тью интенс-ти наз. физ. в-на , численно равная интен-и излучения, приходящаяся на ед. длин волн или частот. Спектр-ая пл-ть интенс-и зависит от длины в-ны или частоты.

    Если взять

    Интервал

    длин волн

    не единич.,

    а произвол.

    Длины dλ, тогда интен-ть излучения, принадлежащая дан. интервалу, будет опр-ся . Полная интен-ть излучения, принадлежащая всему интервалу длин волн, опр-ся .Аналогично можно говорить о спектр-ых областях др. ф/м величин. Например,




    §13. Энергетическая сила излучения.

    Понятие энергетической силы излучения применима лишь к точечным источникам излучения либо к источникам небольших размеров.Если точечный источник света излучает телесный угол энергетический поток dP, тогда энергетическая сила света есть.;Данная запись применяется лишь тогда, когда сила излучения по разным направлениям различна. В общем случае сила излучения J является функцией полярного угла и азимутального угла , которые в свою очередь определяют направление телесного угла.;; Полный поток, даваемый точечным изотропным источником. Сила света измеряется в J (Кандела)

    Изотропный источник – это источник сила света, которого по всем направлениям одинакова.

    §14. Энергетическая яркость излучения.

    Понятие яркости вводится только для протяженных источников света и характеризует излучение с различных участков поверхности, изучающего тела.

    Если участок поверхности составляет угол с направлением линии наблюдения, тогда эта площадка имеет размер

    Если площадка излучает

    телесный угол и составляет угол и, если излучает поток этой площадки равен dP, тогда энергетическая яркость излучения определяется по формуле:;Яркость излучения зависит от углов и .Источник света яркость, которых не зависит от направления наблюдения наз. ламбертами, для них B=const (поверхность солнца, экран кинотеатра и т.д). очевидно что в этом случае можно сделать вывод что сила света пропорциональна ;


    §15. Энергетическая светимость (R). Излучательная способность.

    - это физ.величина численно равная потоку излучения с единицы поверхности тела по всем направлениям, т.е телесный угол ;

    ;Излучательная способность является спектральной плотностью энергетической светимости.

    ;Для Ламбердовых источников яркость В и светимость R связаны соотношениями ;Т.к к Ламбертовым источникам можно отнести не только источники излучения, но и излучаемые предметы если они рассеивают падающее излучение по всем направлениям одинаково.

    Докажем соотношение



    ;




    §16. Энергетическая освещенность. Экспозиция.

    Рассмотрим поверхность , освещаемую точечным источником.

    ;Если два источника силой расположены на расстоянии , соответственно, от освещенной оси дают одинаковую освещенность , тогда , по этой формуле работают большинство фотометрических приборов.

    Экспозицией Н называется

    произведение энергетического

    потока Р на время излучения t

    Иногда под экспозицией понимают произведение освещенности на время излучения.


    §17. Субъективные фотометрические величины.

    Основной фотометрической объективной величиной является поток излучения Р. Зная, поток можно определить все основные фотометрические величины.Основной субъективной фотометрической величиной является сила света ;Кандела является основной величиной в системе СИ. Вместе с такими величинами как м, кг, А, К, моль. Эталон имеется и у единицы силы света Кандела.
    Эталоном 1 Канделлы явл.сила света, даваемая поверхности абсолютно черного излучателя в направлении нормали при температуре затвердевания платины Т=2045 К.

    Сила света других источников определяется из соотношений:;Сила света, даваемая солнцем ;

    Р, Вт

    15

    60

    100

    150

    300

    J, Кд

    10

    54

    103

    173

    388
      1   2   3   4   5

    написать администратору сайта