Оптика. Скорость света. Геометрическая оптика. Линзы

1. ОПТИКА

2.

Урок 1.
Скорость света.
Урок 2.
Геометрическая
оптика
Урок 3.
Линзы.
Для просмотра плаката использовать вкладки верхнего меню и меню на
страницах

3.

Оптика – раздел физики,
который изучает явления,
закономерности
возникновения,
распространения и
взаимодействия с веществом
световых электромагнитных
волн.

4.

Урок 1.

5.

О природе света размышляли с древних времен:
В XVI-XVII веках исходили из того,
что распространение света –
это распространение волн в среде.
Пифагор
(около 580-500 лет
до нашей эры):
«Свет – это истечение
«атомов» от предметов
в глаза наблюдателя».
Христиан Гюйгенс
Рене Декарт
Роберт Гук
(французский физик, (голландский физик, английский физик,
1629-1695)
1596-1650),
1635-1703),
Исаак Ньютон
(английский физик,
1643-1727)
Выдвигал
корпускулярную природу света,
т. е. считал, что свет – это излучение телами
определенных частиц и их распространение
в пространстве.

6.

Удалось на основе волновых представлений объяснить
все известные в то время оптические явления.
Волновая теория получила всеобщее признание,
а корпускулярная теория была забыта почти на столетие
Огюстен Френель
(1788-1827).
Выдвинул идею об электромагнитной природе света, согласно
которой свет представляет собой электромагнитные волны с
диапазоном от 0,4 до 0,75 мкм.
Основатель квантовой теории света.
Джеймс Максвелл
(1831-1879).
Макс Планк
(1858-1947).

7.

Свет обладает одновременно свойствами
непрерывных электромагнитных волн и
свойствами дискретных частиц, которые
называют фотонами или квантами света
– корпускулярно – волновой дуализм.

8.

Одна из первых попыток измерить скорость света принадлежала Галилео
Галилею.
На вершине двух холмов на расстоянии 1,5 км друг
от друга находились два наблюдателя с фонарями.
Первый наблюдатель подавал сигналя фонарем
другому, который, увидев свет, посылал сигнал своим
фонарем обратно.
Промежуток времени между посылкой и приемом
сигнала первый наблюдатель измерял по числу ударов
пульса.
Время получалось конечным и очень малым.
Галилей понял, что задержка ответного сигнала
связана со скоростью реакции нервной и мышечной Галилео Галилей
15 февраля 1564 – 8 января 1642
систем человека, а не с конечной скоростью света.
Не удалось измерить скорость света.

9. Астрономический метод измерения скорости света

Впервые скорость света удалось измерить датскому
учёному О. Рёмеру в 1676 году.
Для измерений он использовал расстояния между
планетами Солнечной системы.
Рёмер наблюдал затмения спутника Юпитера Ио.
Оле Кристенсен Рёмер
25 сентября 1644 – 19 сентября 1710
с=214300 км/с
Вначале измерения проводились
в то время,
Земля проходил
при своёмперед
Рёмер
видел, когда
как спутник
движении
вокругпогружался
Солнца ближе
планетой,
а затем
в еёвсего
тень и
подошлаизк поля
Юпитеру.
пропадал
зрения. Затем он опять
Такие же измерения
через
6 месяцев,
появлялся,
как мгновенно
вспыхнувшая
когда Земля удалилась от Юпитера
лампа.
на диаметр своей
орбиты.
Промежуток
времени
между двумя
Спутник опоздал
появиться
из тени28
вспышками
оказался
равным 42часа
на 22 минуты,
минут.
по сравнению с расчетом.

10. Лабораторные методы измерения скорости света

Впервые скорость света лабораторным
методом удалось измерить французскому
физику И. Физо в 1849 году.
Арман Иполлит Луи Физо
23 сентября 1819 – 18 сентября 1896
Свет от источника попадал на зеркало, затем направлялся на периферию
быстро вращающегося колеса.
Затем достигал зеркала, проходил между зубцами и попадал в глаз
наблюдателя.
Угловая скорость вращения подбиралась так, чтобы свет после отражения от
зеркала за диском попадал в глаза наблюдателю при прохождении через
соседнее отверстие.
с=313000 км/с

11. Конечность скорости света доказывается экспериментально прямым и косвенным методами.

В настоящее время с помощью лазерной техники скорость света
определяется по измерениям длины волны и частоты радиоизлучения
независимыми друг от друга способами и вычисляется по формуле:
c
Вычисления дают:
c
1
0 0
электрическая
с=299792456,2 ±1,1 м/с
постоянння 0 8,854 10 12 Ф / м
магнитная
c 2,997925 108 м / с
постоянная 0 1,257 10 6 Гн / м
Измерение скорости света сыграли в физике огромную роль.
Способствовали доказательству
электромагнитной природы света.
Ни одно тело не может иметь
скорость , большую скорости
света в вакууме.

12.

Проверь себя.
1.Что изучает оптика?
2. В чем заключается корпускулярно - волновой дуализм?
3. Почему не удался опыт Галилея по измерению скорости света?
4. В чем состоит астрономический метод измерения скорости света?
5. В чем состоит лабораторный метод измерения скорости света?
6. Чему равна скорость света по современным данным?
7. Какое значение имело измерение скорости света?

13.

Урок 2
Раздел оптики, в котором
изучаются законы распространения
световой энергии в прозрачных
средах на основе представления о
световом луче, называется
геометрической оптикой.

14.

Источники света
Естественные
Искусственные

15.

Источники света
точечные
протяженные
S
S
размерами
можно
пренебречь.
В
размерами
нельзя
пренебречь
О
АSB – световой пучок.
SO – световой луч
А
Световой луч – это линия, указывающая
направление, вдоль которого
распространяется световая энергия.

16.

Закон прямолинейного распространения света.
В однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно.
Тень – область, в которую световая
энергия не поступает.
Полутень – область, в которую световая
энергия поступает частично.

17.

Закон независимости световых пучков.
Световые пучки при пересечении не оказывают ни какого влияния друг на
друга (не интерферируют) и распространяются после пересечения
независимо друг от друга.

18.

Закон отражения света.
Перпендикуляр к отражающей
поверхности, восстановленный
в точке падения луча
Угол
отражения
Угол
падения
Падающий
луч
С
D
12
3
Отраженный
луч
О
4
В
Явление, при рассмотрим
котором ODBи
свет,OCB
DB t
падающий
на
OC
t поверхность
ODB OCB тела,
3 4
Отражающая
OB или
общаяполностью
3 1
частично
поверхность
4 2
Отраженный
луч лежит в одной
плоскости
с
отражается
от этой
поверхности
падающим лучом и перпендикуляром к
в
ту
же
среду,
из
которой
он
отражающей поверхности, восстановленным
шел, называют
отражением
в точке падения
луча.
Угол отражения
света.равен углу падения.
1 2

19.

Построение изображения в плоском зеркале.
S
D ABSи ABS
C
AB общая
3 4 5 2
7
O
6
A
5
1
1 2
4
3
2
B
SAB 1800 7
S AB 1800 6
5 1
SAB S AB
6 7
ABS ABS
S'
Плоское зеркало дает мнимое изображение (возникает при пересечении
продолжений расходящихся лучей) и симметричное относительно
плоскости зеркала.

20.

21.

Зеркальное отражение

22.

Диффузное отражение

23.

Закон преломления света.
угол
падения
Падающий
луч
Перпендикуляр к границе раздела
двух сред, восстановленный
в точке падения луча
1
C
2
угол
преломления
абсолютный показатель
преломления света в среде
AD 2 t
CB 1 t
Преломленный луч
c
n1
1
c
n2
2
1
A
B
D
2
Явление изизменения
ACB AB CB sin направления
из ADB AB AD sin CB sin AD sin
t sin t sin
распространения света на AD
границе
t
sin
n
CB t
n
раздела
двух
сред
при
переходе
из
Преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим
sin
n
лучом
и перпендикуляром
границе раздела
двух сред,
одной
среды вк другую
называется
восстановленным в точке падения луча.
преломлением
света.
Отношение
синуса угла падения
к синусу угла преломления
2
1
1
2
1
2
21
2
есть величина постоянная для данных двух сред.
1

24. Зависимость угла преломления от вещества

Если n>1, то угол
преломления
меньше угла
падения.
Если n<1, то угол
преломления
больше угла
падения.

25.

Полное внутреннее отражение
воздух
0
sin 0 1
0
sin 90
n
среда
1
sin 0
n
Угол полного
внутреннего отражения
Вещество
Показатель
преломления
Предельный угол
полного отражения
Вода
1,33
48,5º
Стекло
1,51
42º
Алмаз
2,64
24,5º

26.

27.

Проверь себя.
1. Сформулируйте закон прямолинейности распространения света и
приведите примеры его проявления.
2. Сформулируйте закон независимости световых пучков и приведите
примеры его проявления.
3. Сформулируйте закон отражения света света и приведите примеры его
проявления.
4. Сформулируйте закон преломления света света и приведите примеры
его проявления.
5. Какое отражение называется зеркальным?
6. Какое отражение называется диффузным? В чем его причина?
7. Какое изображение дает прямое зеркало?
8. Каков физический смысл абсолютного показателя преломления
вещества?
9. Какую среду называют оптически более плотной?
10. Какую среду называют оптически менее плотной?
11. Сравните углы падения и преломления при переходе светового луча из
среды оптически менее плотной в среду оптически более плотной и
наоборот.
12. Что вы можете сказать о лучах падения и отражения, падения и
преломления?
13. Что мы называем предельным углом полного отражения?
14. Где используется явление полного отражения?

28.

Урок 3.

29.

• Линза (нем. Lime, от лат. lens — чечевица) — деталь из
оптически прозрачного , однородного материала,
ограниченная двумя полированными преломляющими
поверхностями вращения, например, сферическими или
плоской и сферической. В настоящее время всё чаще
применяются и «асферические линзы», форма
поверхности которых отличается от сферы.
• В качестве материала линз обычно используются
оптические материалы, такие как стекло, оптическое
стекло, оптически прозрачные пластмассы и другие
материалы.
• Линзами также называют и другие оптические приборы
и явления, которые создают сходный оптический
эффект, не обладая указанными внешними
характеристиками.

30. Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями.

31.

Линзы, преобразующие
параллельный пучок световых
лучей в
сходящийся.называются
собирающими.
Линзы, преобразующие
параллельный пучок световых
лучей в расходящийся,
называются рассеивающими.
v
^

32.

Основные геометрические характеристики линзы.
главная плоскость линзы
F
оптический центр линзы
побочный фокус линзы
главный фокус линзы
F
O
F
главная оптическая ось
фокальная плоскость
фокусное расстояние
побочная оптическая ось

33.

Ход лучей в собирающей линзе.
F
2F
F
O
F
2F

34.

Ход лучей в рассеивающей линзе.
2F
F
O
F
F
2F

35.

Построение изображений в собирающей линзе.
B
B
2F
F A A O
F
2F
Характеристика изображения: мнимое;
прямое;
увеличенное.
Мнимое изображение получается, если преломленные лучи не
пересекаются, но находится в точке пересечения продолжений
лучей ( невозможно получить на экране).

36.

Построение изображений в собирающей линзе.
B
A
2F
F
O
F
2F
Характеристика изображения: изображения нет
(уходит в бесконечность).

37.

Построение изображений в собирающей линзе.
B
A
2F
A
F
O
F
Характеристика изображения: действительное;
перевернутое;
увеличенное.
2F
B
Действительное изображение получается, если преломленные лучи
пересекаются в одной точке ( можно получить на экране).

38.

Построение изображений в собирающей линзе.
B
A
A
2F
F
O
F
2F
B
Характеристика изображения: действительное;
перевернутое;
равное.

39.

Построение изображений в собирающей линзе.
B
A
A
2F
F
O
F
2F
B
Характеристика изображения: действительное;
перевернутое;
уменьшенное.

40.

Построение изображений в рассеивающей линзе.
B
B
2F
F
A A O
F
Характеристика изображения: мнимое;
прямое;
уменьшенное.
2F

41.

Построение изображений в рассеивающей линзе.
B
B
A
2F
F
A O
F
2F
Характеристика изображения: мнимое;
прямое;
уменьшенное в два раза.

42.

Построение изображений в рассеивающей линзе.
B
B
2F
A
F
A
O
F
Характеристика изображения: мнимое;
прямое;
уменьшенное.
2F

43.

Построение изображений в рассеивающей линзе.
B
B
A
2F
F A
O
F
2F
Характеристика изображения: мнимое;
прямое;
уменьшенное.
В рассеивающей линзе чем ближе предмет к линзе,
тем больше изображение.

44.

Формула тонкой линзы.
d
f
F
- расстояние от предмета до линзы.
- расстояние от линзы до изображения предмета.
- фокусное расстояние.
B
K
h
2F
A
A
BAOи B A O - подобны
AB OA
A B OA
KOFи FA B
- подобны
KO OF
A B FA
AB KO
1 1 1
1 1 1
F f d
F d f
O
F
F
2F
d
H
F
OA OF
OA FA
OA d
OA f
f
OF F
FA f F
B
d
F
d f F fF
f
f F
df
dF
fF
df dF fF
dfF dFf
fFd
Собирающая линза:F>0
- формула тонкой линзы. Рассеивающая линза: F>0
Знак слагаемых определяется
характером изображения:
(+) - действительное;
(-) - мнимое.

45.

Увеличение и оптическая сила тонкой линзы.
.
B
.
h
A
K
2F
A
F
F
d
O
A B OA
AB OA
AB h;
A B H ;
OA d ;
OA f
H
F
BAOи B A O - подобны
2F
f
B
H f
Г
h d
- увеличение линзы
Г 1
Г 1
1
D
F
D 0
D 0
- увеличение предмета;
- уменьшение предмета;
- оптическая сила линзы
- собирающая линза:F>0
- рассеивающая линза: F>0
D 1
м
дптр диоптрия

46. Виды линз

47.

• Собирающие:
• Двояковыпуклая
• плоско-выпуклая

48.

• Рассеивающие:
• двояковогнутая
• плоско-вогнутая

49.

Подумай и установи соответствие физических величин и
буквенных обозначений.
Величина.
1
Фокусное расстояние.
А
n
2
Расстояние от предмета до линзы.
Б
Г
3
Абсолютный показатель преломления
В
D
4
Расстояние от линзы до изображения.
Г
v
5
Увеличение линзы.
Д
H
6
Оптическая сила линзы.
Е
h
7
Скорость света в вакууме.
Ж
F
8
Скорость света в среде.
З
f
9
Размера предмета.
И
c
Размер изображения.
К
d
10
Заполни
таблицу.
Буквенное
обозначение.
Номер
вопроса
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Литер ответа
Ж
К
А
З
Б
В
И
Г
Е
Д

50.

Подумай и установи соответствие физических величин и
формулой по которой она определяется.
Величина
Заполни
таблицу.
Формула
c
1
Закон отражения.
А
n
2
Закон преломления.
Б
D
3
Абсолютный показатель
преломления
В
4
Относительный
показатель преломления
Г
5
Увеличение линзы.
Д
6
Оптическая сила линзы.
Е
7
Формула тонкой линзы.
Ж
arcsin 1/ n
8
Формула нахождения
размера изображения.
З
sin
n
2
sin
n1
9
Формула нахождения
размера предмета.
И
n
10
Предельный угол полного
отражения
К
1
F
f
Г
d
1
1
1
F
d
f
H
fh
d
1
n
2
2
n1
h
Hd
f
Номер
вопроса
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Литер ответа
Д
З
А
И
В
Б
Г
Е
К
Ж