Уникальные учебные работы для студентов


Реферат на тему геометрическая оптика линзы

Теория Гюйгенса давала такое выражение для показателя преломления среды: Этот вывод был противоположен выводу, вытекающему из теории Ньютона. Невысокий уровень экспериментальной техники XVII века исключал возможность установить, какая из теорий верна. Многие сомневались в волновой теории Гюйгенса, но среди малочисленных сторонников волновых взглядов на природу света были М.

С исследований этих ученых теория Гюйгенса начала оформляться как теория волн, а не просто апериодических колебаний, распространяющихся в эфире. В 1801 году Т.

Юнг выполнил эксперимент, который изумил ученых мира рис. Э - экран; В и С - очень узкие щели, отстоящие друг от друга на 1-2 мм. По теории Ньютона на экране должны появиться две светлые полоски, на самом деле появились несколько светлых и темных полос, а прямо против промежутка между щелями В и С появилась светлая линия Р.

Опыт показал, что свет явление волновое. Юнг развил теорию Гюйгенса представлениями о колебаниях частиц, о частоте колебаний. Он сформулировал принцип интерференции, основываясь на котором, объяснил явление дифракции, интерференции и цвета тонких пластинок. Французский физик Френель соединил принцип волновых движений Гюйгенса и принцип интерференции Юнга.

Реферат на тему геометрическая оптика линзы этой основе разработал строгую математическую теорию дифракции. Френель сумел объяснить все оптические явления, известные в то время [2]. Основные положения волновой теории Френеля. При переходе из одной среды в другую упругость эфира не меняется, но меняется его плотность.

Относительный показатель преломления вещества. Поперечные колебания могут происходить одновременно по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространению волны. Работа Френеля завоевала признание ученых.

Вскоре появился целый ряд экспериментальных и теоретических работ, подтверждающих волновую природу света. В середине XIX века начали обнаруживаться факты, указывающие на связь оптических и электрических явлений. Фарадей наблюдал вращения плоскостей поляризации света в телах, помещенных в магнитное поле. Фарадей ввел представление об электрическом и магнитном полях, как о своеобразных наложениях в эфире.

Появился новый "электромагнитный эфир". Первым на эти взгляды обратил внимание английский физик Максвел. Он развил эти представления и построил теорию электромагнитного поля. Электоромагнитная теория света не зачеркнула механическую реферат на тему геометрическая оптика линзы Гюйгенса-Юнга-Френеля, а поставила ее на новый уровень. Суть ее состояла в следующем: Через пять лет после Планка вышла работа немецкого физика Эйнштейна о фотоэффекте. Бор опубликовал теорию атома, в которой объединил теорию квантов Планка-Эйнштейна с картиной ядерного строения атома.

Таким образом, появилась новая квантовая теория света, родившаяся на базе корпускулярной теории Ньютона. В роли корпускулы выступает квант. Основные положения - Свет испускается, распространяется и поглощается дискретными порциями - квантами. Находясь в стационарных состояниях, атом не излучает энергию.

С возникновением квантовой теории выяснилось, что корпускулярные и волновые свойства являются лишь двумя сторонами, двумя взаимосвязанными проявлениями сущности света. Они не отражают диалектическое реферат на тему геометрическая оптика линзы дискретности и континуальности материи, выражающейся в одновременном проявлении волновых и корпускулярных свойств.

Один и тот же процесс излучения может быть описан, как с помощью математического аппарата для волн, распространяющихся в пространстве и во времени, так и с помощью статистических методов предсказания появления частиц в данном месте и в данное реферат на тему геометрическая оптика линзы.

Обе эти модели могут быть использованы одновременно, и в зависимости от условий предпочтение отдается одной из них [2].

I. Геометрическая оптика как наука

Достижения последних лет в области оптики оказались возможными благодаря развитию, как квантовой физики, так и волновой оптики. В наши дни теория света продолжает развиваться. Оптика - раздел физики, изучающий свойства и физическую природу света, а также его взаимодействие с веществом.

Простейшие оптические явления, например возникновение теней и получение изображений в оптических приборах, могут быть понятны в рамках геометрической оптики, которая оперирует понятием отдельных световых лучей, подчиняющихся известным законам преломления и отражения и независимых друг от друга.

Для понимания более сложных явлений нужна физическая оптика, рассматривающая эти явления в связи с физической природой света. Реферат на тему геометрическая оптика линзы знания этих границ формальное применение законов геометрической оптики может в конкретных случаях привести к результатам, противоречащим наблюдаемым явлениям.

Поэтому нельзя ограничиваться формальным построением геометрической оптики, а необходимо смотреть на нее как на раздел физической оптики [3]. Понятие светового луча можно получить из рассмотрения реального светового пучка в однородной среде, из которого при помощи диафрагмы выделяется узкий параллельный пучок.

Чем меньше диаметр этих отверстий, тем уже выделяемый пучок, и в пределе, переходя к отверстиям сколь угодно малым, можно казалось бы получить световой луч как прямую линию. Но подобный процесс выделения сколь угодно узкого пучка луча невозможен вследствие явления дифракции. Таким образом, световой луч - это абстрактное математическое понятие, а геометрическая оптика является приближенным предельным случаем, в который переходит волновая оптика, когда длина световой волны стремится к нулю.

Чтобы показать это, среду, в которой распространяется свет надо считать прозрачной и однородной. Предполагая сначала, что она изотропна, нужно исключить из уравнений Максвелла 1. Для того, чтобы исключить вектор Н, следует уравнение 1. Такому же уравнению удовлетворяет вектор Н [3]. Реферат на тему геометрическая оптика линзы неоднородных сред уравнение 1. Но если интересоваться только интенсивностью волн, отвлекаясь от их поляризации, то оказывается, что в предельном случае геометрической оптики уравнение 1.

Поэтому даже в случае неоднородных сред предельный переход к геометрической оптике можно выполнить на основе волнового уравнения 1. Результаты такого метода применимы не только к световым, но и ко всем другим волнам, например акустическим. Условием применимости геометрической оптики является малость изменения амплитуды волны и ее первых пространственных производных на протяжении длины волны.

В том случае, если условие применимости не соблюдается, могут возникать заметные отступления от геометрической оптики. Это происходит, например, в следующих случаях: Конечной энергией могут обладать лучи, направления которых заполняют конечные телесные углы, величина этих углов может быть очень малой.

В поле излучения находится произвольная малая площадка dS. Линейные размеры этой площадки должны быть велики по сравнению с длинами волн излучения, чтобы к излучению можно было применять понятия и законы геометрической оптики. Полная плотность лучистой энергии U определяется выражением: Величины Реферат на тему геометрическая оптика линзы, I, U можно подвергнуть спектральному разложению по частотам или длинам волн.

Геометрическая оптика

Каждое излучение, обладающее конечной энергией, занимает конечный интервал частот или длин волн. Все приведенные энергетические характеристики излучения измеряются в механических единицах, например по произвольному или тепловому действию. Такие реферат на тему геометрическая оптика линзы применяются в теории теплового излучения, но в видимой области спектра характеризуют излучение по зрительному или световому ощущению, оцениваемому по действию света на глаз человека.

Соответствующие характеристики их единицы называются световыми, или фотометрическими. Силой света источника в заданном направлении называют световой поток посылаемый им в этом направлении и отнесенный к единице телесного угла. Единицей силы света источника в системе СИ служит кандела - это основная фотометрическая единица. Единица светового потока - люмен лм - это световой поток, посылаемый источником в 1 кд внутрь телесного угла в 1 стерадиан. Световой поток, приходящийся на единицу площади освещаемой поверхности, называется освещенностью Е этой поверхности.

Единица освещенности - люкс лк - освещенность, создаваемая световым потоком в 1 люмен, равномерно распределенным по площади 1 м2 [3].

реферат на тему геометрическая оптика линзы

Для протяженных источников вводится понятие яркости В. Яркость поверхности - световой поток dФ, исходящий из площадки dS в рассматриваемом направлении, отнесенный у единице телесного угла и к единице видимой величины площадки, т.

Это яркость плоской реферат на тему геометрическая оптика линзы, сила света которой в перпендикулярном направлении составляет одну канделу с каждого квадратного сантиметра.

Светимостью К называется полный световой поток, посылаемый единицей светящейся поверхности в одну сторону, т. Ее единица такая же, что и единица освещенности, т. Оптические явления связаны с явлениями, изучаемые в других разделах физики, а оптические методы исследования относятся к наиболее точным. Оптике на протяжении длительного времени принадлежала ведущая роль в очень многих фундаментальных исследованиях и развитии основных физических воззрений.

Изучение геометрической оптики в школе начинается обычно с изучения законов распространения, отражения и преломления света. Законы эти никак не обобщаются, границы применимости не оговариваются например, требование однородности изотропности среды для прямолинейного распространения света. В результате учащиеся допускают ошибки при объяснении таких явлений, как миражи. Этих недочетов можно избежать, если в преподавании основных понятий геометрической оптики использовать принцип Ферма.

При обсуждении законов геометрической оптики с учащимися, учитель применяет принцип Ферма, который заключается в утверждении, что действительный путь распространения света из одной точки в другую есть тот путь, для прохождения которого свету требуется минимальное или максимальное время по сравнению с любым другим геометрическим возможным путем между теми же точками. Отсюда сразу же следует справедливость закона прямолинейного распространения света, но при условии изотропности и однородности окружающей среды [5].

Другими словами, скорость света должна быть одинаковой во всех точках и во всех реферат на тему геометрическая оптика линзы. При нарушении этого условия свет перестает распространяться по прямой.

Поиск репетиторов

Пусть свет от источника попадает к наблюдателю Q отразившись от границы раздела сред АВ. Геометрически легко доказать, что из всех возможных траекторий светового луча 1, 2 и 3 самой короткой будет та, где углы, образуемые падающим SO и отраженным OQ лучами с перпендикуляром ON, восстановленным к границе раздела в точке падения равны, причем, оба луча и нормаль лежат в одной плоскости.

  • На этой основе разработал строгую математическую теорию дифракции;
  • В роли корпускулы выступает квант.

Пусть свет от источника S попадает в точку Q, проходя через реферат на тему геометрическая оптика линзы раздела сред АВ рис. Тогда длина пути света: Общее время прохождения луча от источника S до точки Q: Приравнивая первую производную по х к нулюнаходим минимум и получаем: Очевидно, что использование принципа Ферма позволяет дать общий подход к законам геометрической оптики и обеспечивает лучшее усвоение материала учащихся.

В рамках программы по физике для средней школы на изучение раздела "Световые явления" отводится 10 часов. Этот раздел включает темы:

VK
OK
MR
GP