Шпора по физике - файл n1.doc

приобрести
Шпора по физике
скачать (230.2 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1105kb.24.06.2008 16:32скачать

n1.doc

  1   2   3   4

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 ??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 ?= 4∙10-7м (фиолетовый) до ?=7,5∙10-7м (красный). Свет с ? меньше чем у фиолет. света наз. ультрофиолетовым. Свет с ? 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 =4?∙ 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 ??0, ? ? sin? ?tg?

Паралл-ый пучок лучей - параксиал. лучи, у которых ?=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 ?=?.

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.
= ?=90˚ sin 90˚= 1 sin?=

если = 1, то sin ?=

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:
,

sin? ~ tg?, , , , ? ~ 0, ? ~ 0, ? ~ 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. ,

,,

.

? – прелом. угол призмы

? – 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 ? и ?. 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. афокальной или 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.?Ω(омега) – телесный угол.Получим ф-лу для элемента телесного угла dΩ.


, ,,

; , ? – полярный угол

? – 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 (? =1) .

Напряженность электрич. поля световой волны изменяется по гармонич. закону

?~Гц. 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-ии r 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 d?, 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



;




  1   2   3   4


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации