1. Световая волна, ее уравнение, основные параметры и скорость распространения. Взаимная ориентация электрического и магнитного полей в волне.св.волна- электромагнитная волна видимого диапазона длин

1. Световая волна, ее уравнение, основные параметры и скорость распространения. Взаимная ориентация электрического и магнитного полей в волне. св.волна- электромагнитная волна видимого диапазона длин волн. Частота световой волны определяет "цвет". Энергия, переносимая световой волной, пропорциональна квадрату ее амплитуды. Скорость распространения световых волн в среде зависит от их длины. Это явление называется дисперсией света. Приближенно скорость света можно считать равной 3·108 м/с. Электр и магнитное поля перпендикулярны

2. Интерференция световых волн (условия усиления и ослабления интенсивности). Когерентные источники. Разность фаз и разность хода волн. Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной. когерентность - согласованность нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Когерентные источники - такие источники, которые обеспечивают постоянную во времени разность фаз слагаемых волн в различных точках.Разность хода волн- это разность оптических длин путей световых волн, имеющих общие начальную и конечную точки

3. Интерференция света в тонких пленках. Роль толщины слоя. интерференция возникает при разделении первоначального луча света на два луча при его прохождении через тонкую плёнку, например плёнку, наносимую на поверхность линз у просветлённых объективов. Луч света, проходя через плёнку толщиной , отразится дважды — от внутренней и наружной её поверхностей. Отражённые лучи будут иметь постоянную разность фаз, равную удвоенной толщине плёнки, отчего лучи становятся когерентными и будут интерферировать. Полное гашение лучей произойдет при , где —длина волны. Явление интерференции наблюдается в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды), в мыльных пузырях, бензине, на крыльях бабочек

4. Дифракция света. Принцип Гюйгенса и Зоны Френеля. Дифракция света - явление огибания светом преграды или прохождения через узкое отверстие. Принцип Гюйгенса: Каждая точка, до которой доходит волновое 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. Зоны Френеля: предложил разбить волновую поверхность на кольцевые зоны такого размера, чтобы расстояние от краев до точки наблюдения отличалось на λ/2. Колебания от соседних зон проходит до точки наблюдения расстояние отличающееся на λ/2 и приходит к точке наблюдения в противоположной фазе по отношению к предыдущему колебанию и при наложении эти колебания будут ослаблять друг друга.

5. Дифракция света на отверстии (щели) и малом препятствии. Роль размеров отверстия и ширины щели. - пропустить свет от источника через очень малое отверстие или расположить экран на большом расстоянии от отверстия. Тогда на экране наблюдается сложная картина из светлых и темных концентрических колец.- или направить свет на тонкую проволоку, тогда на экране будут наблюдаться светлые и темные полосы, а в случае белого света – радужная полоса.

6. Дифракционная решетка. оптический прибор для измерения длины световой волны.Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.Если на решетку падает монохроматическая волна. то щели (вторичные источники) создают когерентные волны. За решеткой ставится собирающая линза, далее – экран. В результате интерференции света от различных щелей решетки на экране наблюдается система максимумов и минимумов. Отражательные: Штрихи нанесены на зеркальную (металлическую) поверхность, и наблюдение ведется в отражённом светеПрозрачные: Штрихи нанесены на прозрачную поверхность (или вырезаются в виде щелей на непрозрачном экране), наблюдение ведется в проходящем свете. Фронт световой волны разбивается штрихами решётки на отдельные пучки когерентного света. Эти пучки претерпевают дифракцию на штрихах и интерферируют друг с другом. Так как для разных длин волн максимумы интерференции оказываются под разными углами (определяемыми разностью хода интерферирующих лучей), то белый свет раскладывается в спектр.

7. Дифракция рентгеновских лучей на микроструктурах и ее использование для анализа этих структур. рассеяние рентгеновских лучей кристаллами (или молекулами жидкостей и газов), при котором из начального пучка лучей возникают вторичные отклонённые пучки той же длины волны, появившиеся в результате взаимодействия первичных рентгеновских лучей с электронами вещества; направление и интенсивность вторичных пучков зависят от строения рассеивающего объекта. Дифрагированные пучки составляют часть всего рассеянного веществом рентгеновского излучения. Наряду с рассеянием без изменения длины волны наблюдается рассеяние с изменением длины волны - так называемое комптоновское рассеяние Структурный фактор зависит от симметрии расположения атомов в элементарной ячейке. Интенсивность дифрагированного луча зависит также от размеров и формы объекта, от совершенства кристалла и прочего.

8. Поляризация света. Закон Малюса. Поляризация света – процесс упорядочения колебаний вектора напряжённости электрического поля световой волны при прохождении света сквозь некоторые вещества (при преломлении) или при отражении светового потока. Закон Малюса — физический закон, выражающий зависимость интенсивности линейно-поляризованного света после его прохождения через поляризатор от угла между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора.

,где — интенсивность падающего на поляризатор света, — интенсивность света, выходящего из поляризатора, —коэффициент пропускания поляризатора.

Поляризатор – вещество (или устройство) служащее для преобразования естественного света в плоскополяризованный.

Плоскость поляризации – плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направление распространения этой волны.

9. Вращение плоскости поляризации. Сахариметрия. Вращ. пл-ти поляр.-явление, происходящее с лучами поляризованного света, проходящими через некоторые кристаллы, жидкости и пары, находящиеся в естественном состоянии или же под влиянием магнетизма. Световые лучи, исходящие от самосветящихся тел (солнце, пламя свечи или газа и т. п.) по своим физическим свойствам считаются типическими и нормальными. После отражения или преломления нормальные лучи, например солнечные, приобретают некоторые особенности, выступающие особенно отчетливо в случае преломления лучей света в кристаллах, обладающих способностью двойного лучепреломления (см. это слово), каковы, например, кристаллы исландского шпата. Если пропустить солнечный луч сквозь небольшое отверстие, сделанное в непрозрачной пластинке, за которой помещен кристалл исландского шпата, то из кристалла выйдут два луча равной силы света. Солнечный луч разделился, с небольшой потерей силы света, в кристалле на два луча равной световой силы, но по некоторым свойствам отличные от неизмененного солнечного луча и друг от друга. Сахариметрия, метод определения концентрации растворов оптически-активных веществ (главным образом сахаров) путём измерения угла вращения плоскости поляризации (ВПП) света, пропорционального концентрации раствора.

10. Зрительное восприятие света (сетчатка глаза). Дифракция света на зрачке и острота зрения (разрешающая способность глаза). В сетчатке глаза позвоночных содержатся два типа фоторецепторных клеток: палочки и колбочки. Палочки чувствительны к свету, а колбочки отвечают за восприятие цвета. Сетчатка (лат. retína) — внутренняя оболочка глаза, являющаяся периферическим отделом зрительного анализатора; содержит фоторецепторные клетки, обеспечивающие восприятие и преобразование электромагнитного излучения видимой части спектра в нервные импульсы, а также обеспечивает их первичную обработку. Световой импульс активирует превращение зрительного пигмента, запуская возникновение рецепторного потенциала, который распространяется вдоль аксона к синапсу, где вызывает выделение нейромедиатора. Этот процесс приводит к возбуждению нейронов сетчатки, которые осуществляют первичную обработку зрительной информации. Далее эта информация предается по зрительному нерву в зрительные центры головного мозга.
Важным фактором, определяющим разрешающую способность (или остроту зрения) является способность рецепторных клеток сетчатки к угловому различению. Определение остроты зрения - численное выражение способности глаза воспринимать раздельно две точки, расположенные друг от друга на определенном расстоянии.Условно принято считать, что глаз с нормальной остротой зрения способен увидеть раздельно две далекие точки, если угловое расстояние между ними равно одной угловой минуте (1/60 градуса).

11. Законы преломления и отражения света. Закон отpажения. Угол падения pавен углу отpажения. Закон пpеломления. Отношение синуса угла падения к синусу угла пpеломления для монохpоматического света есть величина вполне опpеделенная, не зависящая от угла падения. Это отношение называется показателем пpеломления сpеды.

12. Как изменяются параметры световой волны при ее переходе из одной среды в другую? На границе двух сред свет меняет направление своего распространения. Часть световой энергии возвращается в первую среду, т.е. происходит отражение света. Если вторая среда прозрачна, то свет частично может пройти через границу сред, также меняя при этом, как правило, направление распространения. Это явление называется преломлением света. Преломление света при переходе из одной среды в другую вызвано различием в скоростях распространения света в той и другой среде.

13. Какой физический смысл имеет показатель преломления? Постоянная величина, входящая в закон преломления света, называется относительным показателем преломления или показателем преломления второй среды относительно первой.Он равен отношению скоростей света в средах, на границе между которыми происходит преломление: . Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, т. е. от температуры вещества его плотности, наличия в нем упругих напряжений. Показатель преломления зависит также и от характеристик самого света. Для красного света он меньше, чем для зеленого, а для зеленого - меньше, чем для фиолетового.

14. Полное внутреннее отражение. Световод и эндоскоп. Полное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. Коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит от длины волны. Яркий блеск многих природных кристаллов, а в особенности — огранённых драгоценных и полудрагоценных камней объясняется полным внутренним отражением, в результате которого каждый вошедший в кристалл луч образует большое количество достаточно ярких вышедших лучей, окрашенных в результате дисперсии. Световод (волновод оптический) - закрытое устройство для направленной передачи света. В открытом пространстве передача света возможна только в пределах прямой видимости и ограничивается нач. расходимостью излучения, поглощением и рассеянием в атмосфере. Переход к С. позволяет значительно уменьшить потери световой энергии при её передаче на большие расстояния, а также передавать световую энергию по криволинейным трассам. Эндоско́п - группа оптических приборов различного назначения. Различают медицинские и технические эндоскопы. Современные эндоскопы подразделяют на жёсткие эндоскопы (лапароскопы и др.) — с линзовыми, градиентными или волоконными трансляторами изображения, или без них (без трансляторов изображения делают т. н. тубусные эндоскопы — ректоскопы, амниоскопы) и гибкие фиброскопы (например, эзофагогастроскопы), которые относятся к приборам волоконной оптики. С помощью последних можно осмотреть и те органы, которые при использовании жёстких эндоскопов остаются недоступными для осмотра (например, двенадцатиперстная кишка).

15. Линзы и построение изображений. От чего зависит фокусное расстояние линзы? Линза- деталь из оптически прозрачного однородного материала, ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической. Собирающие: 1 — двояковыпуклая,2 — плоско-выпуклая.3 — вогнуто-выпуклая.Рассеивающие: 4 — двояковогнутая, 5 — плоско-вогнутая,6 — выпукло-вогнутая. Фок. расст. зависит от величины радиусов кривизны R ₁ и R ₂, ограничивающих ее сферических поверхностей, от величины показателя преломления п и материала линзы относительно окружающей среды. Эта зависимость имеет вид:

или

.

Величина называется оптической силой линзы.

16. Оптическая система глаза. Глаз представляет собой шаровидное тело (глазное яблоко), почти полностью покрытое непрозрачной твердой оболочкой (склерой). В передней части глаза оболочка переходит в выпуклую и прозрачную роговицу. Склера и роговица обуславливают форму глаза, защищают его и служат местом крепления глазодвигательных мышц. Диаметр всего глазного яблока около 22-24 мм, масса 7-8 г.Тонкая сосудистая пластинка (радужная оболочка) является диафрагмой, ограничивающей проходящий пучок лучей. Через отверстие в радужной оболочке (зрачок) свет проникает в глаз. В зависимости от величины падающего светового потока диаметр зрачка может изменяется от 1 до 8 мм. Поток излучения, отраженный от наблюдаемого предмета, проходит через оптическую систему глаза и фокусируется на внутренней поверхности глаза – сетчатой оболочке, образуя на ней обратное и уменьшенное изображение (мозг «переворачивает» обратное изображение, и оно воспринимается как прямое). Оптическую систему глаза составляют роговица, водянистая влага, хрусталик и стекловидное тело. Преломление света в глазе происходит главным образом на его внешней поверхности – роговой оболочке, или роговице, а также на поверхностях хрусталика. Радужная оболочка определяет диаметр зрачка, величина которого может изменяться непроизвольным мышечным усилием от 1 до 8 мм. Оптическая сила глаза вычисляется как обратное фокусное расстояние:

,

где – заднее фокусное расстояние глаза, выраженное в метрах.

17. Коррекция недостатков зрения (очки). Наиболее распространены два недостатка глаза – близорукость(-дптр) и дальнозоркость(+дптр).Близоруким называется такой глаз, у которого фокус при спокойном состоянии глазной мышцы лежит внутри глаза. Близорукость может быть обусловлена большим удалением сетчатки от хрусталика по сравнению с нормальным глазом. Если предмет расположен на расстоянии 25 см от близорукого глаза, то изображение предмета получится не на сетчатке, а ближе к хрусталику, впереди сетчатки. Чтобы изображение оказалось на сетчатке, нужно приблизить предмет к глазу. Поэтому у близорукого глаза расстояние наилучшего видения меньше 25 см. Дальнозорким называется глаз, у которого фокус при спокойном состоянии глазной мышцы лежит за сетчаткой. Дальнозоркость может быть обусловлена тем, что сетчатка расположена ближе к хрусталику по сравнению с нормальным глазом. Изображение предмета получается за сетчаткой такого глаза. Если предмет удалить от глаза, то изображение попадёт на сетчатку, отсюда и название этого недостатка - дальнозоркость. Люди, имевшие в молодости нормальное зрение, в пожилом возрасте становятся дальнозоркими. Это объясняется тем, что мышцы, сжимающие хрусталик, ослабевают и способность к аккомодации уменьшается. Происходит это и из-за уплотнения хрусталика, теряющего способность сжиматься. У близорукого глаза изображение получается внутри глаза впереди сетчатки. Чтобы оно передвинулось на сетчатку, нужно уменьшить оптическую силу преломляющей системы глаза. Для этого применяют рассеивающую линзу. Оптическую силу системы дальнозоркого глаза нужно, наоборот, усилить, чтобы изображение попало на сетчатку. Для этого используют собирающую линзу. Очки́ — самый распространённый из оптических приборов, предназначенный для улучшения человеческого зрения при оптических несовершенствах глаза, либо для защиты глаз от различных вредных воздействий.

Очки состоят из линз, стеклянных или пластиковых, удерживаемых оправой, с прикрепленными к ней дужками. Изредка вместо дужек, которые закрепляются за ушами, используется лента или ремешок, охватывающий голову.

18. Дисперсия света и ее проявления. Диспе́рсия све́та (разложение света) — это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Белый свет разлагается на спектр и в результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции). Дифракционный и призматический спектры несколько отличаются: призматический спектр сжат в красной части и растянут в фиолетовой и располагается в порядке убывания длины волны: от красного к фиолетовому; нормальный (дифракционный) спектр — равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному. Радуга, чьи цвета обусловлены дисперсией, — один из ключевых образов культуры и искусства. Благодаря дисперсии света, можно наблюдать цветную «игру света» на гранях бриллианта и других прозрачных гранёных предметах или материалах.

Дата добавления: 2015-08-29