СВЕТОВЫЕ ВОЛНЫ
РАЗВИТИЕ ВЗГЛЯДОВ НА ПРИРОДУ СВЕТА

Уже в XVII веке возникли две, казалось бы, взаимоисключающие теории света: корпускулярная и волновая.

Корпускулярная теория, в которой свет моделируется потоком частиц, хорошо объясняет прямолинейное распространение, отражение, преломление, но не в состоянии объяснить явления интерференции и дифракции света.

Волновая теория объясняет интерференционные и дифракционные явления, но встречает трудности при объяснении прямолинейного распространения света.

В XIX веке Максвеллом, Герцем и другими исследователями доказано, что свет - это электромагнитная волна. Однако, в начале XX века было установлено, что при взаимодействии с веществом свет проявляет себя как поток частиц.

Таким образом, свет имеет двойственную корпускулярно-волновую природу: при интерференции и дифракции проявляются, главным образом, волновые свойства света, а при излучении и поглощении - корпускулярные.

ЗАКОН ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА.

Опыт показывает, что при падении света на границу раздела двух прозрачных сред свет частично отражается и частично преломляется.

Закон отражения

Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости; угол отражения равен углу падения.

ЗАКОН ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА

Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная и называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой:

Если свет переходит в прозрачную среду из вакуума, то относительный показатель преломления называется абсолютным.

Абсолютный показатель преломления вакуума, очевидно, равен nвак = 1. Измерения показали, что nвоз = 1,00029, то есть почти такой же, как вакуума.

Физический смысл относительного показателя преломления заключается в том, что он равен отношению скоростей света в граничащих средах (экспериментальный факт):

Отсюда следует, что

ЛИНЗЫ

1. Линза прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями.

Главная оптическая ось линзы - прямая, на которой лежат центры сферических поверхностей.

Оптический центр линзы - точка, проходя через которую лучи не преломляются.

Фокус линзы - точка, в которой пересекаются вышедшие из линзы лучи светового пучка, падающего на линзу параллельно главной оптической оси.

В фокусе собирающей линзы пересекаются реальные лучи, поэтому он называется действительным, в фокусе рассеивающей линзы пересекаются не сами лучи, а их мнимые продолжения, поэтому он называется мнимым.

2.Формула тонкой линзы

где D - оптическая сила (измеряется в диоптриях), F - фокусное расстояние линзы, d и f - расстояния от оптического центра линзы до предмета и изображения соответственно.

Правила знаков:

Фокусное расстояние F собирающей линзы положительно, рассеивающей - отрицательно.

Если предмет действительный, то расстояние до него d положительно, если мнимый - отрицательно.

Если изображение действительное, то расстояние до него  f положительно, если мнимое - отрицательно.

ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА

Дифракционная решетка - экран с параллельными щелями равной ширины, разделенными одинаковыми непрозрачными промежутками. Период решетки d - расстояние между серединами соседних щелей.

Если дифракционную решетку осветить пучком монохроматического света, то на расположенном в фокальной плоскости линзы экране возникает дифракционная картина: центральный максимум нулевого порядка и симметричные относительно него максимумы ±1, ±2,... порядков.

Направления на максимумы дифракционной картины от решетки даются условием:

Так как при любом k , за исключением k = 0, угол зависит от длины волны , то при освещении дифракционной решетки белым светом наблюдается белый центральный максимум и спектры ±1, ±2,... порядков.

Дифракционные спектры тем шире, чем меньше период решетки, и тем качественнее, чем больше щелей содержит решетка.

Пример. Определите положение изображения предмета, находящегося на расстоянии 15 см от собирающей линзы с оптической силой 5 дптр.

Фокусное расстояние линзы F = 1/D = 1/5 = 0,2 м больше, чем расстояние d от предмета до линзы, поэтому линза дает мнимое, увеличенное и прямое изображение действительного предмета. Из формулы тонкой линзы:

Знак "-" перед  обусловлен тем, что изображение мнимое. Отсюда

Ответ: предмет расположен на расстоянии 8,6 см от линзы.

Рекомендации к теме

В работе 4 изучаются Электромагнитные колебания. Световые волны являются частным случаем электромагнитных колебаний, поэтому рассматриваются отдельно.

При выполнении задач обратите внимание на тему Алгебры "Тригонометрические функции и их преобразования" и "Производная".

Повторите тему "Движение тела по окружности" (Повторить понятия "период", "частота", "угловая скорость").

Вспомните, пожалуйста, доказательства равенства и подобия треугольников из курса Геометрии для решения задач по геометрической оптики.

Для решения задач по оптике необходим рисунок. Пожалуйста, при построении пользуйтесь линейкой, потому что неточный чертеж может исказить саму задачу. Точность и аккуратность построения поможет Вам найти правильный ход решения задачи.