2020-05-12
202
Геометрическая оптика рассматривает световые явления в приближении, когда длина волны l намного меньше размеров предметов. В этом приближении распространение волн описывается лучами – линиями, перпендикулярными волновым поверхностям. В основу геометрической оптики положены следующие законы:
- прямолинейности (в однородной среде свет распространяется прямолинейно);
- независимости (лучи при пересечении не взаимодействуют);
- отражения (угол падения равен углу отражения: 
, рис. 2.2);
- преломления (отношение синусов углов падения и преломления равно относительному показателю преломления второй среды: 
);
-
| a |
| β |
| γ |
| n 1 |
| n 2 |
| Рис. 2.2 |
Вся геометрическая оптика может быть построена на принципе Ферма: между двумя точками 1 и 2 свет распространяется за минимальное время
, 
.
Здесь L – оптическая длина пути луча света. Законы прямолинейности, отражения, преломления и обратимости выводятся из принципа Ферма.
|
|
|
В плоском зеркале изображение симметрично относительно плоскости зеркала. В сферическом зеркале радиусом R расстояния от предмета до зеркала a и от изображения до зеркала b связаны с фокусным расстоянием f формулой
, 
.
Формула линзы связывает расстояние от предмета а, расстояние до изображения b и фокусное расстояние f линзы
, 
где n – показатель преломления стекла, R 1 и R 2 – радиусы кривизны передней и задней поверхностей линзы.
Линейное увеличение b линзы и сферического зеркала равно
.
Контрольные вопросы
2.1.1. Что такое линза?
2.1.2. Виды линз. Характеристики линз
2.1.3. Перечислите основные законы геометрической оптики.
2.1.4. Что такое фокус линзы?
2.1.5. Что такое аберрации?
2.1.6. Что такое собирающая линза?
2.1.7. Что такое рассеивающая линза?
2.1.8. Что такое полное отражение?
2.1.9. Принцип Ферма.
2.1.10. Формула тонкой линзы.
2.2. Открытые задания
(вставьте пропущенное слово)
2.2.1. Свет в оптически однородной среде распространяется ….
2.2.2. Отраженный луч лежит в одной плоскости с … … и …, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения.
2.2.3. Угол падения равен … ….
2.2.4. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для данных двух сред … ….
2.2.5. Явление при котором падающий луч не преломляется, а полностью отражается от границы раздела сред называется явлением … … ….
2.2.6. По свои оптическим свойствам линзы делят на … и ….
|
|
|
2.2.7. Если толщина линзы значительно меньше радиусов поверхностей, которые ограничивают линзу, такая линза называется ….
2.2.8. Плоскости проходящие через фокусы линзы перпендикулярно ее главной оптической оси называют – ….
2.2.9. Любая прямая, проходящая через оптический центр линзы и не совпадающая с главной оптической осью называется – ….
2.2.10. Единица измерения оптической силы линзы – ….
2.2.11. Величина равная отношению синуса угла падения к синусу угла преломления называется … … ….
2.2.12. Величина равная отношению скорости электромагнитных волн в вакууме к их фазовой скорости в среде называется … … ….
2.2.13. Плоская поверхность, зеркально отражающая свет называется … ….
2.2.14. Погрешность оптической системы называется ….
2.2.15. Увеличением линзы называют величину, которая определяется отношением размеров предмета к размерам ….
Закрытые задания
(с одним правильным ответом)
2.3.1. Относительный показатель преломления записывается в виде:
(α – угол падения, γ – угол преломления)
а) 
; б) 
; в) 
; г) 
2.3.2. Абсолютный показатель преломления записывается в виде:
(c – скорость электромагнитных волн в вакууме, ν – фазовая скорость волн в среде)
а) 
б) 
в) 
г) 
2.3.3. Явление полного отражения имеет место только при падении света:
а) из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную;
б) из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную;
в) из одной среды в другую с одинаковой оптической плотностью
г) в ваккуме.
2.3.4. Прямая, проходящая через центры кривизны поверхностей линзы, – это:
а) фокус линзы; б) главная оптическая ось;
в) фокусное расстояние; г) оптический центр линзы.
2.3.5. Точка, лежащая на главной оптической оси, в которой пересекаются лучи, распространяющиеся параллельно главной оптической оси
а) фокус линзы; б) главная оптическая ось;
в) фокусное расстояние; г) оптический центр линзы.
2.3.6. Точка, лежащая на главной оптической оси, через которую лучи проходят не преломляясь
а) фокус линзы; б) главная оптическая ось;
в) фокусное расстояние; г) оптический центр линзы.
2.3.7. Формула тонкой линзы
а) 
б) 
в) 
г) 
2.3.8. Оптическая сила линзы
а) б) 
в) г)
2.3.9. Изображение в плоском зеркале
а) увеличенное; б) мнимое; в) действительное; г) уменьшенное.
2.3.10. Солнечный свет, падающий на поверхность озера летним утром
а) полностью отражается; б) полностью преломляется;
в) не изменяет своего направления; г) отражается и преломляется.
2.3.11. При переходе луча из одной среды в другую угол падения равен 60◦, а угол преломления 30◦. Чему равен относительный показатель преломления второй среды относительно первой?
а) 0,5 б) 
в) 
г) 2.
2.3.12. Абсолютные показатели преломления для воды, стекла и алмаза соответственно равны 1,33, 1,5 и 2,42. В каком из этих веществ граничный угол полного внутреннего отражения минимальный?
а) в воде; б) в стекле; в) в алмазе; г) одинаков для всех трех сред.
2.3.13. 
Предмет, расположенный на двойном фокусном расстоянии от тонкой собирающей линзы, передвигают к фокусу линзы (см. рисунок). Его изображение при этом движется от двойного фокуса …
а) к фокусу; б) к положению на расстоянии 1,5 F от линзы;
в) в бесконечность; г) к положению на расстоянии 3,5 F от линзы.
|
|
|
2.3.14. Фокусное расстояние линзы измеряют в …
а) диоптриях; б) Герцах; в) радианах; г) метрах.
2.3.15. Оптическую силу линзы измеряют в …
а) диоптриях; б) герцах; в) радианах; г) метрах.
2.3.16. Фокусные расстояния линз равны: F1=0,25 м, F2=0,05 м, F 3= 0,1 м, F4=0,2 м. У какой линзы оптическая сила максимальна?
а) 1; б) 2; в) 3; г) 4.
2.3.17. Оптическая сила линзы равна 5 дптр. Чему равно фокусное расстояние линзы?
а) 5 см; б) 20 см; в) 2 см; г) 0,5 м.
2.3.18. На каком расстоянии от собирающей линзы нужно поместить предмет, чтобы его изображение было действительным?
а) большем, чем фокусное расстояние;
б) большем, чем двойное фокусное расстояние;
в) при любом указанном расстоянии изображение будет действительным;
г) при любом указанном расстоянии изображение будет мнимым.
2.3.19. 
На рисунках представлены предмет S и его изображение S', полученное с помощью четырёх различных собирающих тонких линз. Максимальной оптической силой обладает линза
а) 1; б) 2;
в) 3; г) 4.
2.3.20. Что является изображением предмета B в тонкой линзе с фокусным расстоянием F?
а) 1; б) 2; в)3; г) 4.
2.3.21. Чему равен угол падения светового луча на стекло (n=1,6), чтобы угол преломления был вдвое меньше угла падения.
а) 53°; б) 74°; в) 30°; г) 38°; д) 46°.
2.3.22. Изображение предмета, расположенного на расстоянии 40 см от собирающей линзы, является действительным и увеличенным в 1,5 раза. Определите фокусное расстояние линзы.
а) 28 см; б) 24 см; в)15 см; г) 20 см; д) 30 см.
2.3.23. Оптическая сила линзы равна 5 дптр. Расстояние между линзой и предметом составляет 60 см. Определите, во сколько раз изображение меньше предмета.
а) 2; б) 3; в) 4; г) 5; д) 6.
2.3.24. Расстояние между свечой и стеной 1м. На каком расстоянии от свечи нужно разместить линзу, фокусное расстояние которой 9см, чтобы на стене появилось четкое изображение свечи.
|
|
|
а) 20 см; б) 80 см; в) 90 см; г) 100 см; д) 1см.
2.3.25. Выберите формулу, по которой можно рассчитать увеличение линзы.
а) Г=d\f; б) Г=f∙d; в) Г=h\H; г) Г=H\h; д) Г=D – f.
2.3.26. Солнечные лучи падают на земную поверхность под углом 60° к горизонту. Определите угол, под которым к вертикали нужно расположить плоское зеркало, чтобы направить лучи горизонтально.
а) 60°, б) 80°, в) 20°, г) 45°, д) 15°.
2.3.27. Укажите, какие изображения может давать собирающая линза.
а) только действительные; б) только увеличенные; в) только мнимые;
г) одинакового размера; д) и прямые, и обратные.
2.3.28. Определите граничный угол полного внутреннего отражения для алмаза.
а) 45°; б) 40°; в) 24°; г) 49°; д) 29°.
2.3.29. Размер изображения дома на фотопленке равен 1,5 см. Найдите увеличение линзы, если высота дома 4,5 м.
а) 30; б) 300; в)1/ 30; г) 1/300.
2.3.30. Оптическая сила стеклянной линзы в воздухе равна 3 дптр, а в воде 1 дптр. Определите показатель преломления стекла линзы.
а) 1,6; б) 1; в)2,5; г) 1,2.
