Что такое findslide.org?

FindSlide.org - это сайт презентаций, докладов, шаблонов в формате PowerPoint.


Для правообладателей

Обратная связь

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Яндекс.Метрика

Презентация на тему Волновая и геометрическая оптика

Содержание

Тема 7 ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ И ВОЛНОВАЯ ОПТИКА.КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА.7.1 Оптическое излучениеСегодня: *7.2 Геометрическая оптика7.3Развитие взглядов на природу света7.4 Корпускулярно-волновой дуализм7.5 Основные характеристики световых волн7.6 Световые, или фотометрические величины
Кузнецов Сергей Иванович        доцент кафедры Тема 7 ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ И ВОЛНОВАЯ ОПТИКА.КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА.7.1 Оптическое излучениеСегодня: *7.2 Геометрическая 1. Оптическое излучение Оптический диапазон длин волн λ ограничен с одной стороны рентгеновскими лучами, а Эксперимент И. Ньютона Геометрическая оптика, не рассматривая вопрос о природе света, исходит из эмпирических Физическая оптика рассматривает проблемы, связанные с процессами испускания света, природой света и световых явлений. Устройство лазера Сознание человека преобразует информацию 80% - через  зрение Результаты физиологической оптики используются в медицине, физиологии, технике при разработке разнообразных 7.2 Геометрическая оптика 	Основные законы геометрической оптики известны ещё с древних времен. Геометрическая оптика является предельным случаем волновой оптики, когда длина световой Четыре закона геометрической оптики, установленные опытным путем:1. закон прямолинейного 	распространения света;2. закон Тень, отбрасываемая предметом, обусловлена прямолинейностью распространения световых лучей в оптически однородных средах Астрономической иллюстрацией прямолинейного распространения света и, в частности, образования тени и полутени Проявление прямолинейного распространения Прямолинейный ход световых лучей в оптических приборахИзображенные на фотопленке элементы микросхемы проецируются Огибание электромагнитными волнами препятствий и проникновение их в Ферма Пьер (1601 – 1665) – французский математик и физик. Родился в Принцип Ферма: свет распространяется между двумя точками по пути, для У горизонта Солнце кажется на  1−2 градуса выше, чем на самом деле Еще пример того же рода – мираж, который часто наблюдают путешественники на A2A1α0X1X2α1α2Модель неоднородной среды Криволинейное распространение луча в неоднородной среде 2. Закон независимости световых пучков:   эффект, производимый 3. Закон отраженияS1 - отражаюшая поверхность; S2 - плоскость падения; АО - Доказательство этого закона вытекает из принципа Гюйгенса.Принцип Гюйгенса	Каждая точка, до которой доходит нидерландский механик, физик и математикГаага, Нидерланды (Hague, Netherlands)Христиан ГюйгенсChristiaan Huygens14.04.1629 – 08.08.1695 французский физикБроли, Франция (Broglie, France)Ville-d'Avray, FranceОгюстен Жан ФренельAugustin Jean Fresnel10.05.1788 – 14.07.1827 Для доказательства закона отражения рассмотрим рисунок: угол падения i1 равен углу отражения Когда фронт волны (А В)достигнет отражающей поверхности в точке А, эта точка 4. Закон преломления: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть Тогда ВС = сΔt. За это же время фронт волны, возбуждаемой точкой Из симметрии этого выражения вытекает обратимость световых лучей:если обратить луч III, заставив Явление полного отражения. 	Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления С увеличением угла падения увеличивается угол преломления (рис. б, в), до тех Таким образом, при углах падения в пределах от iпр до Предельный угол inp определим из формулы при подстановке в Явление полного отражения исполь-зуется в призмах полного отражения. Показатель преломления стекла равен Рис.9.3Такие призмы применяются в оптических приборах (например, в биноклях, перископах), а также Явление полного отражения используется также в световодах представляющих  собой  тонкий, В волоконно - оптических деталях световые сигналы передаются по светопроводам с одной Таким образом, с помощью световодов можно как угодно искривлять Вопросы передачи световых волн и изображений изучаются в специальном разделе 7.3 Развитие взглядов на природу света 	Основные законы геометрической оптики известны ещё В конце XVII века, на основе многовекового опыта и развития представлений о постоянная равная отношению скорости света в средеИз представлений корпускулярной теории Ньютон легко Исаак Ньютон (Isaac Newton) физик, математик, астроном,  алхимик и философ Важнейшие нидерландский механик, физик и математикГаага, Нидерланды (Hague, Netherlands)Христиан ГюйгенсChristiaan Huygens14.04.1629 – 08.08.1695 французский физикБроли, Франция (Broglie, France)Ville-d'Avray, FranceОгюстен Жан ФренельAugustin Jean Fresnel10.05.1788 – 14.07.1827 Фраунгофер Йозеф (6.III.1787- 7.VI.1826) - немецкий физик. С 1823 года - профессор Араго Доминик Франсуа (26.II.1786 - 2.X.1853) - французский учёный, член Парижской академии Пуассон Симеон Дени (21.VI.1781 - 25.IV.1840) - французский механик, математик, физик, член Максвелл Джеймс Клерк (13.VI.1831 - 5.XI.1879) - английский физик, член Эдинбургского королевского Начало XIX в. характеризуется интенсивным развитием математической теории колебаний и 1841 г. О. Френель строит теорию кристаллооптических колебаний;  	1849 1900 г. Макс Планк показал, что излучение Макс Планк (1858 – 1947). С 1874 г. он изучал физику у В 1905 г. Альберт Эйнштейн объяснил закономерности фотоэффекта на основе 7.4 Корпускулярно – волновой дуализм Экспериментальное обнаружение методов генерации вынужденного излучения атомов и молекул – Оптический квантовый генератор (лазер) В современной физической оптике квантовые представления не противоречат волновым, а сочетаются на 7.5 Основные характеристики световых волн	Корпускулярно-волновой дуализм: свет в некоторых явлениях обладает свойствами, Световые волны:    Плоская волна:   Сферическая волна:	- вектор - для большинства прозрачных сред (μ ≈ 1) С П Е К Т Р spectrum (лат.) - вúдение. Видимый свет (в вакууме): λ = [400 (фиолетовый); Согласно теории цветового зрения Юнга - Гельмгольца ощущение любого цвета можно получить максимальная чувствительность глаза при дневном свете – на длине волны 555 Спектр оптического пропускания синтетического кварцевого стекла Suprasil 300, оптического стекла BK 7 Интенсивность света – модуль среднего по времени значения плотности потока энергии, переносимой Луч – линия, вдоль которой распространяется световая волна. В изотропных средах лучи В естественном свете колебания светового вектора совершаются во 7.6 Световые, или фотометрические величины Энергия, переносимая световыми лучами в единицу времени, Силой света источника I в заданном направлении называется световой поток, посылаемый им Освещенностью Е некоторой поверхности называется световой поток, падающий на единицу площади освещаемой Для протяженных источников вводятся следующие понятия:Яркостью L называется световой поток, исходящий из Светимостью М называется полный световой поток, посылаемый единицей светящейся поверхности в одну Лекция окончена!
Слайды презентации

Слайд 2 Тема 7 ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ И ВОЛНОВАЯ ОПТИКА.
КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА.
7.1

Тема 7 ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ И ВОЛНОВАЯ ОПТИКА.КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА.7.1 Оптическое излучениеСегодня: *7.2

Оптическое излучение
Сегодня: *
7.2 Геометрическая оптика
7.3Развитие взглядов на природу света
7.4

Корпускулярно-волновой дуализм

7.5 Основные характеристики световых волн

7.6 Световые, или фотометрические величины



Слайд 3 1. Оптическое излучение

1. Оптическое излучение

Слайд 4 Оптический диапазон длин волн λ ограничен с одной

Оптический диапазон длин волн λ ограничен с одной стороны рентгеновскими лучами,

стороны рентгеновскими лучами, а с другой – микроволновым диапазоном

радиоизлучения.

Такое ограничение условно и в значительной степени определяется общностью технических средств и методов исследования явлении в указанном диапазоне.


Слайд 5 Эксперимент И. Ньютона

Эксперимент И. Ньютона

Слайд 7 Геометрическая оптика, не рассматривая вопрос о природе

Геометрическая оптика, не рассматривая вопрос о природе света, исходит из

света, исходит из эмпирических законов его распространения и использует

представление о световых лучах, отражающихся и преломляющихся на границах сред с разными оптическими свойствами и прямолинейных в оптически однородной среде.

Слайд 12 Физическая оптика
рассматривает проблемы, связанные с процессами

Физическая оптика рассматривает проблемы, связанные с процессами испускания света, природой света и световых явлений.

испускания света, природой света и световых явлений.


Слайд 13 Устройство лазера

Устройство лазера

Слайд 15 Сознание человека преобразует информацию
80% - через

Сознание человека преобразует информацию 80% - через зрение

зрение


Слайд 16 Результаты физиологической оптики используются в медицине, физиологии,

Результаты физиологической оптики используются в медицине, физиологии, технике при разработке

технике при разработке разнообразных устройств – от осветительных приборов

и очков до цветного кино и телевидения.

Слайд 17 7.2 Геометрическая оптика
Основные законы геометрической оптики известны

7.2 Геометрическая оптика 	Основные законы геометрической оптики известны ещё с древних

ещё с древних времен. Так, Платон (430 г. до

н.э.) установил закон прямолинейного распространения света. В трактатах Евклида формулируется закон прямолинейного распространения света и закон равенства углов падения и отражения. Аристотель и Птоломей изучали преломление света. Но точных формулировок этих законов геометрической оптики греческим философам найти не удалось.


Слайд 19 Геометрическая оптика является предельным случаем волновой

Геометрическая оптика является предельным случаем волновой оптики, когда длина световой

оптики, когда длина световой волны стремится к нулю.
Простейшие оптические

явления, например возникновение теней и получение изображений в оптических приборах, могут быть поняты в рамках геометрической оптики.

Слайд 20 Четыре закона геометрической оптики,
установленные опытным путем:
1. закон

Четыре закона геометрической оптики, установленные опытным путем:1. закон прямолинейного 	распространения света;2.

прямолинейного распространения света;
2. закон независимости световых лучей;
3. закон отражения;
4.

закон преломления света.

Слайд 22
Тень, отбрасываемая предметом, обусловлена прямолинейностью распространения световых лучей

Тень, отбрасываемая предметом, обусловлена прямолинейностью распространения световых лучей в оптически однородных

в оптически однородных средах
Если размеры препятствия

много больше длины волны, то волны за него не проникают, создается область тени

Слайд 23 Астрономической иллюстрацией прямолинейного распространения света и, в частности,

Астрономической иллюстрацией прямолинейного распространения света и, в частности, образования тени и

образования тени и полутени может служить затенение одних планет

другими, например затмение Луны, когда Луна попадает в тень Земли.


Вследствие взаимного движения Луны и Земли тень Земли перемещается по поверхности Луны, и лунное затмение проходит через несколько фаз:

Частные фазы лунного затмения


Слайд 24 Проявление прямолинейного распространения

Проявление прямолинейного распространения     света – образование тени.

света – образование тени.

Солнечное затмение

Слайд 25
Прямолинейный ход световых лучей в оптических приборах

Изображенные на

Прямолинейный ход световых лучей в оптических приборахИзображенные на фотопленке элементы микросхемы

фотопленке элементы микросхемы проецируются на кристалл кремния, где получается

подобное уменьшенное (с помощью системы линз) изображение микросхемы. Специальная обработка позволяет превратить это изображение в печатную микросхему

Слайд 26 Огибание электромагнитными волнами препятствий

Огибание электромагнитными волнами препятствий и проникновение их в область

и проникновение их в область геометрической тени наиболее отчетливо

обнаруживается в тех случаях, когда размер огибаемых препятствий соизмерим с длиной волны

Тщательные эксперименты показали, однако, что этот закон нарушается, если свет проходит через очень малые отверстия, причем отклонение от прямолинейности распространения тем больше, чем меньше отверстия.


Слайд 27
Ферма Пьер (1601 – 1665) – французский математик

Ферма Пьер (1601 – 1665) – французский математик и физик. Родился

и физик. Родился в Бомон-де-Ломань. Получил юридическое образование. С

1631 г. был советником парламента в Тулузе. Физические исследования относятся в


большинстве к оптике, где он установил (примерно в 1662 г.) основной принцип геометрической оптики (принцип Ферма). Аналогия между принципом Ферма и вариационными принципами механики сыграла значительную роль в развитии современной динамики и теории оптических инструментов.


Слайд 28 Принцип Ферма: свет распространяется между двумя

Принцип Ферма: свет распространяется между двумя точками по пути, для

точками по пути, для прохождения которого необходимо наименьшее время.




Слайд 29 У горизонта Солнце кажется на

У горизонта Солнце кажется на 1−2 градуса выше, чем на самом деле

1−2 градуса выше, чем на самом деле


Слайд 30
Еще пример того же рода – мираж, который

Еще пример того же рода – мираж, который часто наблюдают путешественники

часто наблюдают путешественники на раскаленных солнцем дорогах. Они видят

впереди оазис, а когда подходят туда, то кругом оказывается песок. Сущность явления в следующем. То, что мы видим в этом случае, это прошедший над песком свет. На рис. показано, как падающий на дорогу луч света попадает нам в глаз. Воздух сильно раскален над самой дорогой, а в верхних слоях холоднее. Горячий воздух, расширяясь, становится более разреженным и скорость света в нем больше, чем в холодном.



Слайд 32

A2

A1

α0
X1
X2

α1

α2
Модель неоднородной среды

A2A1α0X1X2α1α2Модель неоднородной среды

Слайд 33 Криволинейное распространение луча в неоднородной среде

Криволинейное распространение луча в неоднородной среде

Слайд 34 2. Закон независимости световых пучков:

2. Закон независимости световых пучков:  эффект, производимый отдельным


эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от

того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены.
Разбивая световой поток на отдельные световые пучки (например, с помощью диафрагм), можно показать, что действие выделенных световых пучков независимо.

Производимое одним пучком действие не зависит от наличия других пучков


Слайд 35 3. Закон отражения

S1 - отражаюшая поверхность; S2 -

3. Закон отраженияS1 - отражаюшая поверхность; S2 - плоскость падения; АО

плоскость падения; АО - падающий луч; ОВ - отраженный

луч; ON - нормаль к отражающей поверхности.

Угол падения равен углу отражения.
Отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, к границе раздела двух сред в точке падения.


Слайд 36 Доказательство этого закона вытекает из принципа Гюйгенса.

Принцип Гюйгенса
Каждая

Доказательство этого закона вытекает из принципа Гюйгенса.Принцип Гюйгенса	Каждая точка, до которой

точка, до которой доходит световое возбуждение, является в свою

очередь центром вторичных волн; поверхность, огибающая в некоторый момент времени эти вторичные волны, указывает положение к этому моменту фронта действительно распространяющейся волны.

Слайд 38 нидерландский механик, физик и математик
Гаага, Нидерланды (Hague, Netherlands)
Христиан

нидерландский механик, физик и математикГаага, Нидерланды (Hague, Netherlands)Христиан ГюйгенсChristiaan Huygens14.04.1629 – 08.08.1695

Гюйгенс
Christiaan Huygens
14.04.1629 – 08.08.1695


Слайд 39 французский физик
Броли, Франция (Broglie, France)
Ville-d'Avray, France
Огюстен Жан Френель
Augustin

французский физикБроли, Франция (Broglie, France)Ville-d'Avray, FranceОгюстен Жан ФренельAugustin Jean Fresnel10.05.1788 – 14.07.1827

Jean Fresnel
10.05.1788 – 14.07.1827


Слайд 40 Для доказательства закона отражения
рассмотрим рисунок:









угол падения

Для доказательства закона отражения рассмотрим рисунок: угол падения i1 равен углу

i1 равен углу отражения i’1 : i’1 =

i1.



Слайд 41 Когда фронт волны (А В)достигнет отражающей поверхности в

Когда фронт волны (А В)достигнет отражающей поверхности в точке А, эта

точке А, эта точка начнет излучать вторичную волну.


Слайд 42 4. Закон преломления:
отношение синуса угла падения к

4. Закон преломления: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления

синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред:
луч

падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости;

Слайд 43 Тогда ВС = сΔt. За это же время

Тогда ВС = сΔt. За это же время фронт волны, возбуждаемой

фронт волны, возбуждаемой точкой А в среде со скоростью

υ, достигнет точек полусферы, радиус которой AD = υΔt. Положение фронта преломленной волны в этот момент времени в соответствии с принципом Гюйгенса задается плоскостью DC, а направление ее распространения - лучом III. Из рис. следует, что






Слайд 44 Из симметрии этого выражения вытекает обратимость световых лучей:
если

Из симметрии этого выражения вытекает обратимость световых лучей:если обратить луч III,

обратить луч III, заставив его падать на границу раздела

под углом i2, то преломленный луч в первой среде будет распространяться под углом i1, т. е. пойдет в обратном направлении вдоль луча I.

Слайд 45 Явление полного отражения.
Если свет распространяется из среды

Явление полного отражения. 	Если свет распространяется из среды с большим показателем

с большим показателем преломления п1 (оптически более плотной) в

среду с меньшим показателем преломления п2 (п1 > п2), например из стекла в воду, то, согласно закону преломления, преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления i2 больше, чем угол падения i1 (рис. а).

п1 > п2


Слайд 46 С увеличением угла падения увеличивается угол преломления (рис.

С увеличением угла падения увеличивается угол преломления (рис. б, в), до

б, в), до тех пор пока при некотором угле

падения (i1 = iпр) угол преломления не окажется равным π/2.
Угол iпр называется предельным углом.
Если i1 = iпр, то интенсивность преломленного луча обращается в нуль, а интенсивность отраженного равна интенсивности падающего (рис. г).
При углах падения i > inp весь падающий свет полностью отражается (рис. г).

Слайд 47 Таким образом, при углах падения в

Таким образом, при углах падения в пределах от iпр до

пределах от iпр до π/2 луч не преломляется, а

полностью отражается в первую среду, причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы.
По мере приближения угла падения к предельному интенсивность преломленного луча уменьшается, а отраженного - растет.
Это явление называется полным отражением.



Слайд 48

Предельный угол inp определим из

Предельный угол inp определим из формулы при подстановке в

формулы

при подстановке в нее i2 = π

/2.
Тогда

Слайд 49 Явление полного отражения исполь-зуется в призмах полного отражения.

Явление полного отражения исполь-зуется в призмах полного отражения. Показатель преломления стекла


Показатель преломления стекла равен
n ≈ 1,5, поэтому предельный

угол для границы стекло – воздух
inp = arcsin (1/1,5) = 42°.
При падении света на границу стекло — воздух при i > 42° всегда будет иметь место полное отражение.
На рис. а — в показаны призмы полного отражения, позволяющие:
а) повернуть луч на 90°;
б) повернуть изображение:
в) обернуть лучи.

Слайд 51

Рис.9.3
Такие призмы применяются в оптических приборах (например, в

Рис.9.3Такие призмы применяются в оптических приборах (например, в биноклях, перископах), а

биноклях, перископах), а также в рефрактометрах, позволяющих определять показатели

преломления тел
(по закону преломления, измеряя iпр, определяем относительный показатель преломления двух сред, а также абсолютный показатель преломления одной из сред, если показатель преломления второй среды известен.

Слайд 52 Явление полного отражения используется также в световодах представляющих

Явление полного отражения используется также в световодах представляющих собой тонкий, произвольным

собой тонкий, произвольным образом изогнутые нити (волокна)

из оптически прозрачного материала.



В волоконных деталях применяют стеклянное волокно, световедущая жила (сердцевина) которого окружается стеклом —оболочкой из другого стекла с меньшим показателем преломления.

Свет, падающий на торец световода под углами, большими предельного, претерпевает на поверхности раздела сердцевины и оболочки полное отражение и распространяется только по световедущей жиле.


Слайд 53 В волоконно - оптических деталях световые сигналы передаются

В волоконно - оптических деталях световые сигналы передаются по светопроводам с

по светопроводам с одной поверхности (торца светопровода) на другую

(выходную), как совокупность элементов изображения, каждый из которых передается по своей светопроводящей жиле.
В волоконных деталях обычно применяют стеклянное волокно, световедущая жила которого (сердцевина) имеет высокий показатель преломления и окружена стеклом (оболочкой) с более низким показателем преломления. Вследствие этого на поверхности раздела сердцевины и оболочки лучи претерпевают полное внутреннее отражение и распространяются только по световедущей жиле. Коэффициент пропускания светопроводов в видимой области спектра составляет 30...70 % при длине 1 м.

Слайд 54 Таким образом, с помощью световодов

Таким образом, с помощью световодов можно как угодно искривлять

можно как угодно искривлять путь светового пучка. За счет

многократного полного отражения свет может быть направлен по любому прямому или изогнутому пути



Диаметр световедущих жил лежит в пределах от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Для передачи изображений, как правило, применяются многожильные световоды.




Этот телефонный провод содержит 144 оптические нити

Слайд 55 Вопросы передачи световых волн и изображений

Вопросы передачи световых волн и изображений изучаются в специальном разделе

изучаются в специальном разделе оптики — волоконной оптике, возникшей

в 50-е годы XX столетия.
Световоды используются при создании телеграфно-телефонных кабелей большой емкости. Кабель состоит из сотен и тысяч оптических волокон, тонких, как человеческий волос. По такому кабелю, толщиной в обычный карандаш, можно одновременно передавать до восьмидесяти тысяч телефонных разговоров.
Световоды используются так же в электронно-лучевых трубках, в электронно-счетных машинах, для кодирования информации, в медицине (например, диагностика желудка), для целей интегральной оптики

Слайд 56 7.3 Развитие взглядов на природу света
Основные законы

7.3 Развитие взглядов на природу света 	Основные законы геометрической оптики известны

геометрической оптики известны ещё с древних времен. Но ни

Платон ни Евклид ни Аристотель и Птолемей не смогли дать точных формулировок этих законов.



Слайд 57
В конце XVII века, на основе многовекового опыта

В конце XVII века, на основе многовекового опыта и развития представлений

и развития представлений о свете возникли две мощные теории

света – корпускулярная (Ньютон-Декарт) и волновая (Гук-Гюйгенс).

Слайд 58 постоянная равная отношению скорости света в среде
Из представлений

постоянная равная отношению скорости света в средеИз представлений корпускулярной теории Ньютон

корпускулярной теории Ньютон легко вывел законы отражения и преломления:

;

(угол падения равен углу отражения);

(отношение синуса угла падения к синусу угла преломления – величина

к скорости света в вакууме с).

Рисунок 7.1 Рисунок 7.2

Таким образом, Ньютон ошибочно утверждал, что скорость света в веществе больше скорости света в вакууме.


Слайд 59 Исаак Ньютон
(Isaac Newton)
физик, математик, астроном,

Исаак Ньютон (Isaac Newton) физик, математик, астроном, алхимик и философ Важнейшие

алхимик и философ
Важнейшие работы
закон всемирного тяготения

дифференциальное и интегральное исчисления изобрел зеркальный телескоп

развил корпускулярную теорию света


Слайд 62 нидерландский механик, физик и математик
Гаага, Нидерланды (Hague, Netherlands)
Христиан

нидерландский механик, физик и математикГаага, Нидерланды (Hague, Netherlands)Христиан ГюйгенсChristiaan Huygens14.04.1629 – 08.08.1695

Гюйгенс
Christiaan Huygens
14.04.1629 – 08.08.1695


Слайд 63 французский физик
Броли, Франция (Broglie, France)
Ville-d'Avray, France
Огюстен Жан Френель
Augustin

французский физикБроли, Франция (Broglie, France)Ville-d'Avray, FranceОгюстен Жан ФренельAugustin Jean Fresnel10.05.1788 – 14.07.1827

Jean Fresnel
10.05.1788 – 14.07.1827


Слайд 64 Фраунгофер Йозеф (6.III.1787- 7.VI.1826) - немецкий физик. С

Фраунгофер Йозеф (6.III.1787- 7.VI.1826) - немецкий физик. С 1823 года -

1823 года - профессор Мюнхенского университета. Научные работы относятся

к физической оптике (6.III.1787- 7.VI.1826) - немецкий физик. С 1823 года - профессор Мюнхенского университета. Научные работы относятся к физической оптике. Внёс существенный вклад в исследование дисперсии и создание

ахроматических линз. Фраунгофер изучал дифракцию в параллельных лучах (так называемая дифракция Фраунгофера) сначала от одной щели, а потом от многих. Большой заслугой учёного является использование(с 1821 года) дифракционных решетоклинз. Фраунгофер изучал дифракцию в параллельных лучах (так называемая дифракция Фраунгофера) сначала от одной щели, а потом от многих. Большой заслугой учёного является использование(с 1821 года) дифракционных решеток для исследования спектров (некоторые исследователи считают его даже изобретателем первой дифракционной решетки).


Слайд 65 Араго Доминик Франсуа (26.II.1786 - 2.X.1853) - французский

Араго Доминик Франсуа (26.II.1786 - 2.X.1853) - французский учёный, член Парижской

учёный, член Парижской академии наук (с 1809 года), с

1830 года - непременный секретарь Парижской АН и директор Парижской обсерватории. Научные работы относятся к

астрономии, физике, математике, метеорологии. Автор многих открытий в области оптики и электромагнетизма. По указаниям Араго французские физики И. Физоастрономии, физике, математике, метеорологии. Автор многих открытий в области оптики и электромагнетизма. По указаниям Араго французские физики И. Физо и Ж. Фукоастрономии, физике, математике, метеорологии. Автор многих открытий в области оптики и электромагнетизма. По указаниям Араго французские физики И. Физо и Ж. Фуко экспериментально измерили скорость света, а французский астроном У. Леверьеастрономии, физике, математике, метеорологии. Автор многих открытий в области оптики и электромагнетизма. По указаниям Араго французские физики И. Физо и Ж. Фуко экспериментально измерили скорость света, а французский астроном У. Леверье теоретически, "на кончике пера", открыл планету Нептунастрономии, физике, математике, метеорологии. Автор многих открытий в области оптики и электромагнетизма. По указаниям Араго французские физики И. Физо и Ж. Фуко экспериментально измерили скорость света, а французский астроном У. Леверье теоретически, "на кончике пера", открыл планету Нептун. Араго с 1829 года член Петербургской академии наук.


Слайд 66 Пуассон Симеон Дени (21.VI.1781 - 25.IV.1840) - французский

Пуассон Симеон Дени (21.VI.1781 - 25.IV.1840) - французский механик, математик, физик,

механик, математик, физик, член Парижской академии наук (с 1812

года). Физические

исследования относятся к магнетизму, капиллярности, теории упругостиисследования относятся к магнетизму, капиллярности, теории упругости, гидромеханикеисследования относятся к магнетизму, капиллярности, теории упругости, гидромеханике, теории колебанийисследования относятся к магнетизму, капиллярности, теории упругости, гидромеханике, теории колебаний, теории света. Член Петербургской академии наук (с 1826 года).


Слайд 67 Максвелл Джеймс Клерк (13.VI.1831 - 5.XI.1879) - английский

Максвелл Джеймс Клерк (13.VI.1831 - 5.XI.1879) - английский физик, член Эдинбургского

физик, член Эдинбургского королевского общества (с 1855 года) и

Лондонского королевского общества (13.VI.1831 - 5.XI.1879) - английский физик, член Эдинбургского королевского общества (с 1855 года) и Лондонского королевского общества (с 1861 года). Под руководством Максвелла создана известная Кавендишская

лабораториялаборатория в Кембридже, которую он и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамикелаборатория в Кембридже, которую он и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамике, молекулярной физикелаборатория в Кембридже, которую он и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистикелаборатория в Кембридже, которую он и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистике, оптикелаборатория в Кембридже, которую он и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистике, оптике, механикелаборатория в Кембридже, которую он и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистике, оптике, механике, теории упругостилаборатория в Кембридже, которую он и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистике, оптике, механике, теории упругости. Самым большим достижением Максвелла является созданная им в 1860-1865 годах теория электромагнитного полялаборатория в Кембридже, которую он и возглавлял до конца жизни. Научные труды посвящены электродинамике, молекулярной физике, общей статистике, оптике, механике, теории упругости. Самым большим достижением Максвелла является созданная им в 1860-1865 годах теория электромагнитного поля, которую он сформулировал в виде системы нескольких уравнений, выражающих все основные закономерности электромагнитных явлений.


Слайд 68 Начало XIX в. характеризуется интенсивным развитием

Начало XIX в. характеризуется интенсивным развитием математической теории колебаний и

математической теории колебаний и волн и ее приложением к

объяснению ряда оптических явлений. В связи с работами Т. Юнга и О. Френеля, победа временно перешла к волновой оптике:
1801 г. Т. Юнг сформулировал принцип интерференции и объяснил цвета таких пленок;
1818 г. О. Френель получает премию Парижской Академии за объяснение дифракции;
1840 г. О. Френель и Д. Арго исследуют интерференцию поляризованного света и доказывают поперечность световых колебаний;

Слайд 69 1841 г. О. Френель строит теорию

1841 г. О. Френель строит теорию кристаллооптических колебаний; 	1849 г.

кристаллооптических колебаний;
1849 г. А. Физо измерил скорость

света и рассчитал по волновой теории коэффициент преломления воды


, что совпало с

экспериментом;

1848 г. М. Фарадей открыл вращение плоскости поляризации света в магнитном поле (эффект Фарадея);
1860 г. Дж. Максвелл основываясь на открытии Фарадея пришел к выводу, что свет есть электромагнитные, а не упругие волны;


Слайд 70 1900 г. Макс

1900 г. Макс Планк показал, что излучение абсолютно

Планк показал, что излучение абсолютно черного тела можно объяснить,

если предложить, что свет излучается не непрерывно, а порциями, квантами с энергией

ν – частота, h – постоянная Планка.

, где

1888 г. Г. Герц экспериментально исследовал электромагнитное поле и подтвердил, что электромагнитные волны распространяются со скоростью света с = 3*108 м/с

1899 г. П.Н. Лебедев измерил давление света.


Слайд 71 Макс Планк (1858 – 1947). С 1874 г.

Макс Планк (1858 – 1947). С 1874 г. он изучал физику

он изучал физику у Густава Кирхгофа и Германа Гельмгольца

в Мюнхенском университете. В 1930 г. Макс Планк возглавил Институт физики кайзера

Вильгельма (теперь Институт Макса Планка) и занимал этот пост до конца жизни. В 1900 г. в работе, посвященной равновесному тепловому излучению, Планк впервые ввел предположение о том, что энергия осциллятора принимает дискретные значения, пропорциональные частоте колебаний, чем положил начало квантовой физики. Также Макс Планк внес большой вклад в развитие термодинамики.


Слайд 72 В 1905 г. Альберт Эйнштейн объяснил

В 1905 г. Альберт Эйнштейн объяснил закономерности фотоэффекта на основе

закономерности фотоэффекта на основе представления о световых частицах –

«квантах» света, «фотонах», масса которых


Это соотношение связывает корпускулярные характеристики излучения – массу и энергию кванта – с волновыми – частотой и длиной волны.
Работы Планка и Эйнштейна явились началом развития квантовой физики.


Слайд 73 7.4 Корпускулярно – волновой дуализм

7.4 Корпускулярно – волновой дуализм

Слайд 77 Экспериментальное обнаружение методов генерации вынужденного излучения

Экспериментальное обнаружение методов генерации вынужденного излучения атомов и молекул –

атомов и молекул – создание оптического квантового генератора (лазера)

- наиболее важное событие в современной оптике (А.М. Прохоров, Н.Г. Басов и Ч. Таунс 1954 г.).



Слайд 78

Оптический квантовый генератор (лазер)


Оптический квантовый генератор (лазер)

Слайд 79 В современной физической оптике квантовые представления не противоречат

В современной физической оптике квантовые представления не противоречат волновым, а сочетаются

волновым, а сочетаются на основе квантовой механики и квантовой

электродинамики.

Слайд 80 7.5 Основные характеристики световых волн
Корпускулярно-волновой дуализм:
свет в

7.5 Основные характеристики световых волн	Корпускулярно-волновой дуализм: свет в некоторых явлениях обладает

некоторых явлениях обладает свойствами, присущими частицам (корпускулярная теория),
в

других явлениях свойствами, присущими волнам (волновая теория).
В данном разделе будем рассматривать свет как электромагнитные волны.

Слайд 81 Световые волны:
Плоская волна:

Световые волны:  Плоская волна:  Сферическая волна:	- вектор напряженности электрического

Сферическая волна:

- вектор напряженности электрического поля;

Е0 – амплитуда;
r – расстояние до источника ;
k – волновое число;
φ – начальная фаза.

Световой вектор - вектор напряженности электрического поля.
Его колебаниями обусловлено физиологическое, фотохимическое и т.д. действие света.


Слайд 82






- для большинства прозрачных сред (μ ≈ 1)

- для большинства прозрачных сред (μ ≈ 1)

Слайд 83 С П Е К Т Р spectrum (лат.) -

С П Е К Т Р spectrum (лат.) - вúдение.

вúдение.


Слайд 84
Видимый свет (в вакууме): λ = [400 (фиолетовый);

Видимый свет (в вакууме): λ = [400 (фиолетовый);


760 нм (красный)]

Шкала электромагнитных волн


Слайд 85 Согласно теории цветового зрения Юнга - Гельмгольца ощущение

Согласно теории цветового зрения Юнга - Гельмгольца ощущение любого цвета можно

любого цвета можно получить смешиванием спектрально чистых излучений красного,

зеленого и синего цветов

Слайд 86 максимальная чувствительность глаза при дневном свете –

максимальная чувствительность глаза при дневном свете – на длине волны

на длине волны 555 нм,
при сумеречном

свете - на длине волны 510 нм.

Кривая видности -
относительная спектральная чувствительность глаза к излучениям различных длин волн


Слайд 87 Спектр оптического пропускания синтетического кварцевого стекла Suprasil 300,

Спектр оптического пропускания синтетического кварцевого стекла Suprasil 300, оптического стекла BK

оптического стекла BK 7 и обычного стекла.
(кварцевое стекло

вследствие малого количества примесей обладает чрезвычайно широким спектром пропускания и малым поглощением света (обычное оконное стекло поглощает столько же света, сколько и кварцевое стекло толщиной в 100 метров)).

Слайд 88 Интенсивность света – модуль среднего по времени значения

Интенсивность света – модуль среднего по времени значения плотности потока энергии,

плотности потока энергии, переносимой световой волной:



– вектор

Пойнтинга

В случае однородной среды (n = const) интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды световой волны


Слайд 89 Луч – линия, вдоль которой распространяется световая волна.

Луч – линия, вдоль которой распространяется световая волна. В изотропных средах

В изотропных средах лучи перпендикулярны к волновым поверхностям
В

анизотропных средах лучи не ортогональны волновым поверхностям


Слайд 90 В естественном свете колебания

В естественном свете колебания светового вектора совершаются во всех

светового вектора совершаются во всех направлениях, перпендикулярных к лучу.
Излучение

тела обусловлено волнами, испускаемыми его атомами:
длительность излучения атома ~ 10–8 с, за это время образуется цуг волн (набор горбов и впадин) длиной ~ 3м.
Плоскость колебаний каждого цуга ориентирована случайным образом.
В результирующей волне (суперпозиции цугов от разных атомов) все направления равновероятны.

Слайд 91 7.6 Световые, или фотометрические величины
Энергия, переносимая световыми

7.6 Световые, или фотометрические величины Энергия, переносимая световыми лучами в единицу

лучами в единицу времени, называется потоком энергии (лучистым потоком),

проходящим через площадку dS в телесный угол dΩ.
Если нормаль к площадке dS образует с направлением излучения угол α, то необходимо рассматривать ее проекцию – видимую величину площадки, если ее рассматривать под углом α к нормали:

Слайд 92 Силой света источника I в заданном направлении называется

Силой света источника I в заданном направлении называется световой поток, посылаемый

световой поток, посылаемый им в этом направлении и отнесенный

к единице телесного угла. Единицы измерения: [I] = кд (кандела)
Световой поток для точечного источника


1 люмен – это световой поток, посылаемый источником с силой света в 1 канделу внутрь телесного угла в 1 стерадиан:
1 лм = 1 кд · 1 ср








Слайд 93 Освещенностью Е некоторой поверхности называется световой поток, падающий

Освещенностью Е некоторой поверхности называется световой поток, падающий на единицу площади

на единицу площади освещаемой поверхности:


[E] = лк (люкс):

Для точечного источника

- освещенность, создаваемая точечным источником, обратно пропорциональна квадрату расстояния до него и прямо пропорциональна косинусу угла между направлением падающих лучей и нормалью к освещаемой поверхности.

- закон обратных квадратов:


Слайд 94 Для протяженных источников вводятся следующие понятия:
Яркостью L называется

Для протяженных источников вводятся следующие понятия:Яркостью L называется световой поток, исходящий

световой поток, исходящий из площадки dS в заданном направлении,

отнесенный к единице телесного угла и к единице ее видимой величины:


Источники, яркость которых одинакова по всем направлениям, называются ламбертовскими (косинусными):
dI ~ cos α

где

- сила света площадки dS в том же направлении


Слайд 95 Светимостью М называется полный световой поток, посылаемый единицей

Светимостью М называется полный световой поток, посылаемый единицей светящейся поверхности в

светящейся поверхности в одну сторону (в телесный угол Ω

= 2π):

Световой поток с единицы поверхности в телесный угол dΩ равен

Тогда



Для ламбертовских источников (L = const):


  • Имя файла: volnovaya-i-geometricheskaya-optika.pptx
  • Количество просмотров: 191
  • Количество скачиваний: 0