Лекция "Геометрическая оптика"

Геометрическая
оптика
Лекцию подготовил Волчков С.Н.
План лекции:
1. Оптика и свет.
2. Закон прямолинейного распространения
света.
3. Закон отражения света.
4. Закон преломления света.
5. Плоское зеркало.
6. Сферическое зеркало.
Оптика – это учение о свете и его
взаимодействии с веществом.
Светом называется электромагнитное
излучение с длиной волны от 400 до 760 нм.
Геометрической оптикой называется раздел оптики, в котором
изучаются законы распространения света в прозрачных средах
на основе представления о световом луче.
Под световым лучом
понимают линию, указывающую направление распространения
световой энергии.
К числу основных законов геометрической
оптики относятся:
1. Закон прямолинейного распространения
света.
2. Закон отражения света.
3. Закон преломления света.
4. Закон независимости световых пучков.
В оптически однородной среде свет
распространяется
прямолинейно.
Падающий луч, отраженный луч и
перпендикуляр к границе раздела двух
сред, восстановленный в точке падения
луча, лежат в одной плоскости; угол
отражения равен углу падения.
Если отражающая поверхность имеет вид
поверхности,
размеры
неровностей
которой гораздо меньше длины световой
волны, то она называется зеркальной.
Если размеры неровностей соизмеримы с
длиной волны, то такая поверхность
называется шероховатой.
От шероховатой поверхности происходит
рассеянное (диффузное) отражение.
Плоским зеркалом называют плоскую
поверхность, зеркально отражающую
свет.
Изображение точечного источника света
(предмета) в плоском зеркале и сам
источник
(предмет)
симметричны
относительно плоскости зеркала.
Линейные размеры изображения Н
протяженного предмета в плоском
зеркале
всегда
равны
линейным
размерам самого предмета.
Изображение точечного предмета в
плоском зеркале расположено в точке
пересечения продолжений отраженных
от зеркала лучей.
Такое изображение называется мнимым.
Принцип Ферма: Свет, идущий из
одной точки пространства в другую,
всегда распространяется по пути,
требующему минимального времени.
S
S
А
Отношение синуса угла падения α к
синусу угла преломления β есть
величина постоянная для данных двух
сред, не зависящая от угла падения.
sin α
 n  const
sin β
Зеркально отражающую поверхность
называют сферическим зеркалом, если
она представляет собой часть шаровой
поверхности.
Центр шаровой поверхности, служащей сферическим зеркалом, называют оптическим центром зеркала, а вершину
шарового сегмента –
полюсом.
Радиус зеркала R – это расстояние между его
оптическим центром и полюсом.
1 1 1
 
d f F
Формула сферического зеркала
d – расстояние от светящейся точки до зеркала
f – расстояние от изображения точки до зеркала
F – фокусное расстояние сферического зеркала
R
F
2
Фокусное расстояние
сферического зеркала
1 1 1
 
d f F
изображение и фокус зеркала
действительные
1 1 1
 
d f F
изображение мнимое, фокус
действительный
1 1
1
 
d f
F
изображение и фокус мнимые
У вогнутого зеркала фокус – действительный.
У выпуклого зеркала фокус – мнимый.
Величину, обратную фокусному
расстоянию, называют оптической силой сферического зеркала:
1 2
D 
F R
Единица оптической силы в СИ называется
диоптрией (дптр): 1 дптр = 1 м-1
Диоптрия равна оптической силе сферического
зеркала, фокусное расстояние которого равно 1 м.
Оптическая сила вогнутого зеркала считается
положительной, выпуклого – отрицательной.
Для построения изображения какой-либо точки А
предмета наиболее удобны следующие лучи:
1. Луч АОС, проходящий через оптический центр
зеркала; отраженный луч СОА идет по той же
прямой.
2. Луч АFК, идущий
отраженный
луч
оптической оси.
через фокус
параллелен
зеркала;
главной
3. Луч АР, падающий на зеркало в его полюсе;
отраженный луч симметричен с падающим
относительно главной оптической оси.
4. Луч АЕ, параллельный главной оптической
оси; отраженный луч EF проходит через фокус
зеркала.
А
E
F
P
А1
К
С
О
А1
А
О
F
P
А
А1
О
F
D
С
S
О
F
А
S
Отношение линейного размера
изображения Н к линейному
размеру предмета h называется линейным увеличением.
f
Г
d
H f

h d
Мякишев Г.Я., Синяков А.З.
«Физика: Оптика. Квантовая физика»
Учебник для углубленного изучения физики