Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
записывается следующим образом
и, sin а, = щ sina2
(4.1.1)
Картина преломления светового луча на границе раздела двух сред
показана на рис. 4.1.2. Здесь а, - угол падения, а2 ~ угол преломления,
и, - абсолютный показатель преломления первой среды, п2 - абсолютный
показатель пре-р 4)2 ломления второй среды. Величина п2
/ и,
есть относительный показатель преломления второй среды по отношению к
первой. Абсолютный показатель преломления среды равен отношению скорости
света в вакууме к скорости света в данной среде:
n-dv.
(4.1.2)
Ход лучей в призме. Преломление светового луча стеклянной призмой
показано на рис 4.1.3. Изменение направления луча на границах призмы
определяется на основании закона преломления света. Угол 0 , на который
призма отклоняет световой луч зависит от преломляющего угла призмы
(обозначен на рисунке буквой ср ), уг-
ла падения а и показателя преломления стекла, из которого изготовлена
призма.
Показатель преломления стекла зависит от длины волны падающе-
Определения, понятия и законы
225
го света (дисперсия света). Поэтому, если на призму падает пучок белого
света, она разлагает его на цветные компоненты (разлагает в спектр). При
этом коротковолновое излучение (фиолетовый цвет) преломляется призмой
сильнее, чем длинноволновое (красный цвет).
Явление полного (внутреннего) отражения. Рассмотрим преломление светового
луча на границе раздела двух сред в условиях, когда луч переходит из
среды с большим показателем преломления ( я, ) в среду с меньшим
показателем преломления ( п2 ), т.е. из оптически более плотной среды в
менее плотную. Согласно формуле (4.1.1), в этом случае угол преломления
будет больше угла падения. Угол падения, при котором угол преломления
равен прямому углу, называется критическим углом падения. Критический
угол падения выражается формулой
aKp=arcsin(/j,/я,). (4.1.3)
Если угол падения больше критического, то преломленный луч отсутствует, и
падающий луч полностью отражается от границы раздела.
Тонкие линзы. Линза представляет собой прозрачное тело, ограниченное
двумя сферическими поверхностями. В частном случае одна из поверхностей
может быть плоской. Примеры линз показаны на рис. 4.1.4. Линза, которая в
се- а) б) в) г) д) в)
редине толще, чем у краев, назы- Рис. 4.1.4
вается выпуклой или собирающей
(рис. 4.1.4 а, б, в). Линза, которая у краев толще, чем в середине,
называется вогнутой или рассеивающей (рис. 4.1.4 г, д, е).
Проходящие через линзу лучи преломляются дважды. Однако, если толщина
линзы много меньше, чем радиусы кривизны ограничивающих ее поверхностей,
при построении хода лучей преломление на обеих поверхностях можно
приближенно заменить одним преломлением в так называемой главной
плоскости линзы. Идеализи-
226
Геометрическая оптика
рованные линзы, удовлетворяющие такому условию, называются тонкими
линзами. Для тонкой линзы вершины преломляющих поверхностей сливаются в
одну точку, называемую центром линзы. Обозначения тонких линз в
оптических схемах представлены на рис. 4.1.5.
Прямая, проходящая через центр линзы, называется оптической осью линзы.
Оптическая ось, пересекающая главную плоскость линзы по нормали к ней,
называется главной оптической осью линзы. Остальные оси называются
побочными.
Фокусное расстояние и оптическая сила линзы. Если на тонкую собирающую
линзу направить пучок света, параллельный ее главной оптической оси, то
после преломления в линзе все лучи, образующие пучок, пройдут через одну
точку на главной оптической оси за линзой Эта точка называется главным
фокусом собирающей линзы.
Все лучи, параллельные главной оптической оси рассеивающей линзы, после
преломления в ней отклоняются от оптической оси так, что их продолжения
пересекаются в одной точке на главной оптической оси перед линзой. Эта
точка называется главным фокусом рассеивающей линзы. Главные фокусы
рассеивающей линзы мнимые, т.к. в действительности лучи света в них не
собираются.
Расстояние от фокуса до центра линзы называется фокусным расстоянием
линзы. Фокусное расстояние обозначают буквой / или F и измеряют в метрах.
Величина, обратная фокусному расстоянию, D = 11F , называется оптической
силой линзы и измеряется в диоптриях (дптр). Одна диоптрия - это
оптическая сила линзы с фокусным расстоянием в один метр. Оптическая сила
собирающей линзы положительна, оптическая сила рассеивающей линзы
отрицательна.
Два главных фокуса любой линзы лежат на главной оптической оси
Рис. 4.1.5. Обозначения тонких линз:
(а) собирающая, (б) рассеивающая
Определения, понятия и законы
227
на одинаковом расстоянии от центра линзы по разные стороны от нее.
Плоскости, проходящие через главные фокусы линзы перпендикулярно главной
оптической оси, называются фокальными плоскостями. Любая линза обладает
двумя фокальными плоскостями, расположенными симметрично относительно
линзы по разные стороны от нее.
Световые лучи, параллельные побочной оптической оси собирающей линзы,
