Физика 11 класс

На сайте Сейчас67 гостейонлайн

Хвильова Оптика

Швидкість світла. Закони відбивання і заломлення світла. Повне відбивання

У 8 класі розглядаються закони відбивання світла і подається поняття залом-лення світла, але закони заломлення не розглядаються.

Швидкість світла у вакуумі хвильова оптика м/с, приблизно така ж вона і в повітрі. У більш густих, ніж повітря, прозорих середовищах хвильова оптика. При переході світлових променів з одного прозорого середовища в інше напрями променів змінюються (світло заломлюється).

Є два закони заломлення (так само, як і два закони відбивання).

Закони заломлення:

1) Відношення хвильова оптика стале для даних двох середовищ і називається відносним показником заломлення другого середовища відносно першого (наприклад, води відносно повітря): хвильова оптика.

2) Заломлений промінь, падаючий промінь і нормаль до поверхні поділу середовищ знаходяться в одній площині.

Крім відносного показника заломлення, в оптиці користуються поняттям і абсолютного показника заломлення.

Абсолютний показник заломлення речовини — відношення швидкості світла у вакуумі (або в повітрі) до швидкості світла в даній речовині: хвильова оптика, тоді хвильова оптика.

В оптиці користуються поняттям густини, яке не збігається з поняттям густини речовини в механіці (хвильова оптика). Із двох середовищ оптично більш густим є те, показник заломлення якого більший.

Якщо перше середовище оптично густіше за друге, то зі збільшенням кута падіння світла заломлений промінь, «опускаючись», наближується до межі поділу середовищ. При деякому значенні кута? (критичний або граничний кут хвильова оптика) заломлення не відбувається, промінь ковзає вздовж поверхні розподілу середовищ (промінь 3).

хвильова оптика

Якщо хвильова оптика, світловий промінь повертається в перше середовище, тобто відбувається лише відбивання світла всередину першого середовища, без виходу в друге. Значення критичного кута для різних пар середовищ різне. Оскільки критичному куту падіння відповідає прямий кут заломлення (хвильова оптика), то, скориставшись формулою відносного показника заломлення, умову повного відбивання можна записати так: хвильова оптика.

Як підсумок, можна сформулювати Закон повного відбивання світла: при переході світлового променя з оптично більш густого середовища в оптично менш густе на межі поділу цих середовищ може виникати повне відбивання променя за умови, що значення кута падіння перевищить деяке критичне значення, стале для даних двох середовищ.

На принципі повного відбивання світла функціонують волокнисті світловоди — пристрої, що використовуються у волоконній оптиці.

хвильова оптика

Когерентність. Інтерференція світла та її застосування в техніці

Когерентними називаються взаємозв’язані (узгоджені) хвилі.

Дві хвилі когерентні, якщо:

а) хвильова оптика;

б) фази хвиль або збігаються (хвильова оптика), або не збігаються (хвильова оптика), але хвильова оптикахвильова оптика.

Когерентні хвилі випромінюються лише лазерами. Когерентні світлові хвилі від інших джерел можна одержати штучно, розділяючи хвилю (промінь) на дві частини і забезпечуючи проходження ними різних шляхів до точки зустрічі. Для цього використовують подвійні щілини, дзеркала, лінзи, призми, напівпрозорі дзеркала.

Інтерференція хвиль — це явище, яке виникає в результаті процесу накладання декількох когерентних хвиль і полягає у збільшенні амплітуди коливань в одних ділянках простору і зменшенні — в інших.

Чергування інтерференційних максимумів і мінімумів утворюється шляхом перерозподілу в просторі енергії хвиль, які накладаються. Для випадку світлових хвиль воно має вигляд світлих і темних ділянок.

Сфери застосування інтерференції: наука (наприклад, в оптиці для дослідження структури спектрів, для визначення кутових розмірів небесних тіл), техніка (для поліпшення оптичних приладів шляхом просвітлення їх об’єктивів, для контролю якості шліфовки поверхонь деталей та ін.).

Дифракція світла. Дифракційна ґратка

ДифракціяХвиль — це явище огинання хвилями країв неоднорідностей на шляху хвиль. Для світлових хвиль дифракція — це потрапляння світла в ділянки геометричної тіні.

хвильова оптика

Дифракція чітко виявляється у випадку, коли розміри неоднорідності (наприклад, отвору) сумірні з довжиною хвилі (а). Якщо ж розміри завеликі, вона спостерігається лише на великих відстанях від неоднорідності (б).

Дифракційна ґратка (пристрій для вивчення закономірностей дифракції, дослідження спектрів і вимірювання довжин світлових хвиль) являє собою сукупність великого числа вузьких щілин однакової ширини, відокремлених непрозорими проміжками теж однакової ширини. (Принцип виготовлення сучасних ґраток такий: на загальному непрозорому фоні скла, вкритого тонким шаром алюмінію, мікрорізцем прорізують вузькі «вікна».)

Різні за якістю дифракційні ґратки мають від 300 до 1200 штрихів на міліметр (скла чи алюмінієвого покриття). Сума ширини прозорої ділянки ґратки і ширини непрозорої ділянки — це Стала дифракційної ґраткиD.

Формула дифракційної ґратки хвильова оптика, де хвильова оптика — ціле число.

хвильова оптика

Світлова картина, яка утворилась би при використанні однієї щілини, була б суто дифракційною, а при використанні ґратки утворюється інтерференційна картина як наслідок накладання променів від різних щілин. Отже, даний вираз відповідає умові, якій має задовольняти різниця ходу інтерферуючих променів для утворення інтерференційного максимуму.

Дисперсія світла

ДисперсієюСвітла називається явище залежності швидкості світла (а отже, і показника заломлення n світла речовиною) від довжини хвилі (частоти) світла.

Показник n тим більший, чим менша хвильова оптика. Треба пам’ятати, що хвильова оптика: хвильова оптика нм, хвильова оптика нм (1 нм == 10–9 м).

Якщо на скляну призму спрямувати промінь сонячного світла, то на виході з призми буде спостерігатися розширена світлова смуга із забарвленням, що безперервно (плавно) змінюється. Ця смуга називається Спектром.

хвильова оптика