Sarcini 12 clase

Solutia problemelor opticii geometrice, definirea parametrilor luminii
(Electromagnetică) valuri și procese val va fi util atât studenților și solicitanți

ramură Optikoynazyvaetsya a fizicii. în care fenomenele studiate și relațiile asociate cu apariția, distribuția și interacțiunea luminii cu materia undelor electromagnetice.
undele luminoase cuprind undele electromagnetice pe scară gama foarte mare situată în spatele undelor radio milimetrică ultrascurte și extinderea la cele mai scurte raze gamma - unde electromagnetice cu o lungime de undă λ mai mică de 0,1 nm (1 nm = 10 -9 m).
Optica poate fi împărțită în două subsecțiuni: geometricului (RAY) și fizică (val).

Soluția cu succes a problemelor de optică, în primul rând depinde de cunoașterea definițiilor și a legilor geometriei de bază.
----------------------------------------------------------------------------------------------------
Geometrici (raze) optica

1. propagarea rectilinie a luminii
Geometrici (raze) optice considerate legi de propagare a luminii în mediu transparent pe baza reprezentărilor luminii ca o multitudine de raze de lumină - liniile de-a lungul căreia energia luminoasă a undelor electromagnetice. În optica geometrice nu ia în considerare proprietățile zorile val difraktsionnyeyavleniya legate.

Miercuri numit optic omogen dacă indicele său de refracție este același peste tot. Într-un punct de vedere optic omogen razele directe medii: în acest mediu, lumina se deplaseaza in linii drepte. Acest lucru este confirmat de fenomenul de formare a umbrelor.
Mănunchiuri de raze de lumină se intersectează nu interferează și propaga, după trecerea în mod independent.

2. Atunci când razele de lumină cad pe o graniță perfect plană între două medii, ale căror dimensiuni sunt mult mai mari decât o lungime de undă, există fenomene de reflexie și refracție a luminii.
Direcția de propagare a luminii este schimbată la trecerea sa în al doilea mediu, cu excepția incidenței perpendiculara a razelor de pe interfața.
Unghiul Padeniyaα este unghiul dintre fasciculul incident și normala la interfața, la punctul de incidență vosstavlennym O.

Unghiul de reflexie γ este unghiul dintre raza reflectată și perpendiculara aceeași.
Unghiul de refracție β este unghiul dintre raza refractată și perpendiculara aceeași.

3.Absolyutnym indicele de refracție al mediului este raportul vitezei luminii în vid la υ vitezei luminii în mediu

Aici, ε și μ - permitivitatea relativă și permeabilitatea mediului, μ≈1 pentru mass-media nonferromagnetic. Pentru orice mediu, alta decât un vid, n> 1.

Valoarea n depinde de vA frecvența și starea mediului luminii (densitatea și temperatura).
Pentru gaze în condiții normale de n ≈1.
În sredahn anisotropic depinde de direcția de propagare a luminii și polarizarea.

4. Indicii relativi prelomleniyan21 doilea raport fluid cu prima este raportul dintre viteza de lumină υ 1 și υ 2, respectiv, în prima și a doua mass-media:

unde n1 și n2 - absolute indicii de refracție ai primului și al doilea media.
Dacă n21> 1, al doilea mediu este denumit optic mai dens decât primul mediu.

5. Legile reflectare a luminii:

a) fasciculul incident și fasciculul reflectat este perpendicular pe interfața a două medii, vosstavlenny în punctul de incidență află într-un singur plan.

b) Unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidență: α = γ.

Legile de reflecție sunt valabile în direcția inversă de deplasare a razelor de lumină. Beam propagă de-a lungul calea reflectată este reflectată pe calea razei incidente (reversibilitatea raze de lumină).

Reflectarea luminii care satisface aceste legi, numit oglinda. În cazul în care condiția de reflecție speculară nu este îndeplinită, legile de reflecție sunt nedrepte și lumina reflectată este numită difuză.

6. Legile refracția luminii:

a) razele incidente refractia și perpendicular pe interfața a două medii, vosstavlenny în punctul de incidență află într-un singur plan.

b) Raportul dintre sinus ale unghiurilor de incidență și refracție este o constantă egală cu indicele de refracție relativ al celor două medii (legea lui Snell):

Incident și refractate raze sunt reciproc reversibile: dacă fasciculul incident va fi lansat în direcția razei refractate, raza refractată va merge în direcția incidentului.

7. Legile reflecției și refracției luminii sunt valabile pentru medii omogene izotrope în absența absorbție a luminii.

8. refracția luminii depinde de proprietățile optice ale presei în care se extinde.

Dacă lumina trece dintr-un mediu optic mai puțin dens la un punct de vedere optic mai dens, unghiul de refracție este întotdeauna mai mic decât unghiul de incidență, astfel încât raza refractată este aproape perpendicular, vosstavlennomu la granița dintre cele două medii.

Dacă lumina se propagă în mediu optic mai dens, cum ar fi sticla, și trece într-un punct de vedere optic mai puțin dense, cum ar fi în aer, fasciculul refractată 1 „se abate de la vosstavlennogo perpendicular pe granița dintre cele două medii.

Ca incidente crește unghiul și unghiul de refracție. La un anumit unghi de incidență α 0 a fasciculului de lumină 2 „alunecă de-a lungul interfeței dintre două medii.

Unghiul de refracție β în acest caz este de 90 °. Cu creșterea în continuare unghiul de incidență a razei refractate dispare fascicul și toate fasciculul de lumină 3 este reflectată de la interfața dintre cele două medii din interiorul marginii ferestrei 3“.

Un fenomen în care lumina incident de pe interfața dintre două medii transparente, reflectate în totalitate de ea se numește reflexie internă totală.

Unghiul de incidență la care fasciculul de lumină refractată diapozitive de-a lungul interfeței dintre două medii, numit unghiul de limitare de reflexie internă totală (unghiul α 0 în diagrama de mai sus).
La unghiul limită unghiului total de reflexie internă a refracției β = 90 °, atunci, în conformitate cu legea refracției:

9. În cazul în care trece prin lumina alba policroma prismă de pe ecran, instalat în spatele prismei, există o bandă irizate vizibilă constând din șapte culori, care este numit un spectru de dispersie.
Cel mai aproape de baza prismei sunt decalate violete, mai puțin - roșu. Deci, fasciculele de lumină colorate sunt refractate prismă în mod diferit. Acest lucru poate fi explicat doar prin faptul că indicele de refracție al materialului de construcție a prismei pentru grinzi de diferite culori sunt diferite.
Notăm indicele de refracție al sticlei, care este realizat dintr-o prisma pentru n1 roșie a fasciculului de lumină. și pentru violet - n2. Deoarece fascicul de prismă violet este deviat mai puternic decât roșu, apoi n2> n1. Având în vedere că

Această inegalitate poate fi scrisă ca:

unde v 1> υ 2. (υ la> v t), adică fascicul de lumină roșie se propagă în interiorul prismei la o rată mai mare de violet. Prin urmare, viteza de propagare a luminii într-una și aceeași substanță variază și depinde de lungimea de undă.
dependența ratei de undele de lumină ale lungimii de undă se numește dispersie a luminii.
Datorită dispersiei în tranziția de lumină dintr-un mediu la alta lungime de undă este direct proporțională cu viteza de propagare.

Deoarece lungimea de undă a radiației este direct proporțională cu viteza de propagare, vom ajunge la indicele de refracție absolut de o altă formulă:

unde Q0 lungimea de undă în vid.
---------------------------------------------------------------------------------------------------- Fizice (val) Optica

1. Distribuția energiei în interferența
Când călire valuri reciproc de energie nu este transformată în alte forme (de exemplu, căldură). Prezența unui minim la un anumit moment de model de interferență înseamnă că energia nu vine deloc aici. Din cauza redistribuirea energiei are loc interferențe în spațiul. Nu este distribuit uniform peste toate particulele mediului, și este concentrat la maxime datorită faptului că minimele nu sunt furnizate.

2. Condiții pentru maximele gratarului difracție:

unde d - zăbrele constantă, φ - unghiul de difracție, k = 0, 1, 2 - ordinea spectrului, λ - lungime de undă.

a reveni la o tehnică pentru rezolvarea problemelor

Rezolvarea problemelor enumerate mai jos, va fi capabil să înțeleagă mai bine natura proceselor val

Viteza luminii. Lungimea undei de lumină

1. Lungimea luminii roșii în aer este de 700 nm. Care este lungimea de undă a luminii în apă? 1.33 indice de refracție de apă.

2. Care este lungimea lumina galbenă a undelor cu vapori de sodiu în sticlă, cu un indice de refracție de 1,56? Lungimea undei de lumină în aer este egală cu 589 nm.

3. Lungimea sodiu lungime de undă de culoare galben deschis, în vid de 590 nm și 442 nm în apă. Care este indicele de refracție al apei pentru această lume?

4. Lungimea de undă corespunzătoare unei linii spectrale roșu de hidrogen, vid este 656,3 nm. Găsiți lungimea de undă a luminii în sticlă, în cazul în care indicele de refracție de sticlă pentru lumină egală cu 1,6.

5. Cât timp este necesar pentru a undelor EM emise de către emițătorul de nave spațiale „Cassini“, situat în orbită în jurul lui Saturn pentru a ajunge la Pământ, dacă distanța dintre ele este 1279.4 × 10 6 km?

6. Pe suprafața picăturilor de apă fascicul de lumină roșie a cărei lungime de undă este de 760 nm. Care este lungimea de undă a luminii în apă? indice de refracție de apă pentru lumină roșie 1.33.

7. Cât timp lumina ponazhobitsya pentru a merge de la Soare la Pământ, dacă distanța dintre ele este de 150 × 10 6 km?

8. Care este viteza luminii, în cazul în care distanța până la lună, egal cu 3,84 x 10 5 km, trece peste o 1.28?

Interferența și difracția luminii

1. Găsiți cel mai mare spectru pentru galben linie de sodiu lungime de undă de 589 nm, în cazul în care perioada gratarului este de 2 microni.

2. poate interfera undele luminoase care provin din două becuri electrice?

3. Utilizarea unei difracție cu o perioadă de 0,02 mm obținută prin prima imagine de difracție la o distanță de 3,6 cm de centru, la o distanță de 1,8 m de zăbrele. Găsiți lungimea de undă a luminii.

4. Diferența cale a două fascicule de surse de lumină coerente sohodyaschihsya la un moment dat,
δr = 1,5 · 10 -6 m Ce se va întâmpla în acest moment. - atenuarea sau amplificarea luminii? Lungimea de undă a luminii λ = 6 · 10 -7 m.

5.Dlina val galben deschis a vaporilor de sodiu este de 589 nm. A treia imagine fantă de difracție atunci când sunt iluminate cu lumină răzuirea vapori de sodiu s-au dovedit distanțat de imaginea centrală, la o distanță de 16,5 cm de la rețea și a fost de 1,5 m. Care este perioada grilajul?

6. De ce aripile Dragonfly sunt colorat irizat? De ce sunt benzi iridescent într-un strat subțire de kerosen care plutește la suprafața apei?

7. Găsiți cea mai mare linie roșie, pentru spectrul de litiu, cu o lungime de undă de 671 nm în cazul în care perioada de grilajul 0,01 mm.

8. franjurii oglindă utilizare Fresnel obținute prin utilizarea luminii roșii. Cum se schimbă distanța dintre interferență franjele, dacă vom folosi lumina violet?

9. Spectrul a fost obținut utilizând o rețea de difracție, cu o perioadă de 0,005 mm.
O a doua imagine de difracție obținută la o distanță de 7,3 cm de la centru și la o distanță de 113 cm de grilaj. Se determină lungimea de undă de lumină.

10. Care este diferența dintre modelele de interferență obținute în lumina reflectată și transmise?

11. Lungimea luminii roșii de potasiu lungime de undă de 768 nm cu vapori. distanta din centrul imaginii fantei centrale a primei gratarului la imaginea de difracție de 13 cm de la grilajul 200 pentru a vedea imaginea. Găsiți o perioadă de grilaj.

12. Cele două valuri luminoase suprapuse una peste alta într-o anumită regiune a spațiului, sunt anulate reciproc. Asta înseamnă că energia luminoasă este transformată în alte forme?

a reveni la o tehnică pentru rezolvarea problemelor