Тема: Оптика
Урок: Законы геометрической оптики
1. Введение
Геометрическая оптика является самой древней частью оптики как науки.
Геометрическая оптика – это раздел оптики, в котором рассматривают вопросы распространения света в различных оптических системах (линзах, призмах и т. д.) без рассмотрения вопроса о природе света.
Одним из основных понятий в оптике и, в частности, в геометрической оптике, является понятие луча.
Световой луч – линия, вдоль которой распространяется световая энергия.
Световой луч – это пучок света, толщина которого много меньше расстояния, на которое он распространяется. Такое определение близко, например, к определению материальной точки, которое дается в кинематике.
Первый закон геометрической оптики (Закон о прямолинейном распространении света): в однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно.
По теореме Ферма: свет распространяется по такому направлению, время распространения по которому будет минимально.
Второй закон геометрической оптики (Законы отражения):
1. Отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред.
2. Угол падения равен углу отражения (см. Рис. 1).
|
∟α = ∟β |
Рис. 1. Закон отражения
Третий закон геометрической оптики (Закон преломления) (см. Рис. 2)
1. Преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным в точку падения.
2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина, постоянная для данных двух сред, которая называется показателем преломления (n).
Интенсивность отраженного и преломленного луча зависит от того, какова среда и что собой представляет граница раздела.
|
|
Рис. 2. Закон преломления
Физический смысл показателя преломления: 
Показатель преломления является относительным, так как измерения проводятся относительно двух сред.
В том случае, если одна из сред – это вакуум:
С – скорость света в вакууме,
n – абсолютный показатель преломления, характеризующий среду относительно вакуума.
Если свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную среду, то скорость света уменьшается.
Оптически более плотная среда – среда, в которой скорость света меньше.
Оптически менее плотная среда – среда, в которой скорость света больше.
Закон полного внутреннего отражения
Существует предельный угол преломления – наибольший угол падения луча, при котором еще имеет место преломление при переходе луча в менее плотную среду. При углах падения больше предельного происходит полное внутреннее отражение (см. Рис. 3).
|
|
Рис. 3. Закон полного внутреннего отражения
Границы применимости геометрической оптики заключаются в том, что необходимо учитывать размер препятствий для света.
Свет характеризуется длиной волны, равной примерно 10-9 метра
Если препятствия больше длины волны, то можно использовать размеры геометрической оптики.
Список рекомендованной литературы
- Физика. 11 класс: Учебник для общеобразоват. учреждений и шк. с углубл. изучением физики: профильный уровень / А.Т. Глазунов, О.Ф. Кабардин, А.Н. Малинин и др. Под ред. А.А. Пинского, О.Ф. Кабардина. Рос. акад. наук, Рос. акад. образования. – М.: Просвещение, 2009.
- Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений. – М.: Дрофа, 2005.
- Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 2010.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
- Санкт-Петербургская Школа (Источник).
- AYP.ru (Источник).
- Техническая и учебно-методическая документація (Источник).
Рекомендованное домашнее задание
Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10–11 кл. – М.: Дрофа, 2010. – № 1023, 1024, 1042, 1054.
- Зная скорость света в вакууме, найдите скорость света в алмазе.
- Почему, сидя у костра, мы видим предметы, расположенные напротив, колеблющимися?
- Прокомментируйте опыт: положите монетку на стол и поставьте на нее пустую стеклянную банку (см. Рис. 4). Посмотрите на монетку сбоку сквозь стенку банки (или попросите кого-нибудь смотреть на монетку). Налейте воды полную банку и посмотрите вновь сбоку на дно банки. Куда исчезла монетка?
Рис. 4.
