Для учнів 9-го класу !Увага готуємся до контрольної роботи №2 з теми " Світлові явища".

Лінза. Розв'язування задач. Збільшення лінзи

Збільшенням лінзи називається відношення висоти зображення до висоти предмета.

 ,

де Н - висота зображення,

h - висота предмета.

Розв'яжемо задачу:

Відстань між предметом та його зображенням 72 см. Збільшення лінзи дорівнює 3. Знайти фокусну відстань лінзи.

Розв'язання

Оскільки збільшення лінзи Г>1, то висота зображення більша, ніж висота предмета. Збільшення зображення може дати лише збірна лінза.

Випадок 1: (збільшене дійсне зображення)

Дано: d + f = 72 см; Г = 3;
F   -  ?

Випадок 2 (збільшене уявне зображення)

Дано: f – d = 72 см; Г = 3;
F   -  ?

ІІ.  Побудуємо хід довільного променя в лінзі:

Пучок паралельних променів перетинається в побічному фокусі.

Пучок паралельних променів розсіюється так, що продовження їх перетинаються в побічному фокусі по той жі бік лінзи, звідки падають промені.

Інтреактивна вправа "Відбивання й заломлення світла. Закони заломлення світла"

Інтерактивний кросворд "Вивчаємо оптику)"

Інтерактивна вправа "Лінзи. Оптична сила лінзи"

ІЧ та УФ випромінювання

Методи реєстрації:

1)  Тепловий (чутливий термометр).

2)  Фотоелектричний (ІЧ→ел. Струм; фотоелемент),

3)  Люмінофорний (ІЧ→видиме).

4)  Фотографічний.

Оптичні властивості:

- багато речовин, котрі прозорі у видимій та УФ ділянках спектру – непрозорі у ІЧ області, та навпаки;

- прозорість атмосфери Землі для Іч променів важлива для теплового обміну між випромінюванням Сонця, що падає на Землю, та ІЧ випромінюванням Землі у Всесвіт;

- Іч промені селективно поглинаються парами Н₂О, СО₂, О₃,… що зумовлює парниковий ефект.

Застосування:

- прилади нічного бачення;

- теплопеленгатори;

- фото- та кінозйомка (криміналістика);

- сушка дерев, автомобілів та ін..;

- системи самонаведення куль на ціль.

Видимий - інфрачервоний

2. Ультрафіолетове випромінювання.

Ультрафіолетові промені – невидиме випромінювання з довжиною електромагнітної хвилі

10нм < λ < 400нм

Відкрив: 

 у 1801 році німецький фізик Йоган Ріттер (1776-1810), як промені, що діють на деякі хімічні сполуки.

Ультрафіолетовий рай

Джерела:

- сильно нагріті тіла;

- електрична дуга;

- Сонце; …

Методи реєстрації:

1) Фотографічний.

2)  Фотоелектричний.

3)  Люмінофорний.

Властивості випромінювання та його дії:

- біологічна дія…;

- висока хімічна активність:

- викликає люмінесценцію;

- спричиняє фотоефект;

- сильно поглинається склом (на відміну від кварцу);

- озоновий шар та наслідки озонової діри в атмосфері Землі.

Поляризована електромагнітна хвиля та її характеристики.

Камера обскура

        Камера обскура (від латинського «темна камера» ) – це світлонепроникна коробка з невеликим отвором у стінці і екраном (матове скло або калька) на протилежній стороні. 

        Принцип її дії надзвичайно простий: промені світла, відбиті від об’єкта, проходять крізь малий отвір закритої коробки і падають на протилежну стінку – екран, на котрому формують перевернуте зменшене зображення. Така камера була відома давно, і її використовували митці та художники в своїй роботі. Користувався нею також відомий італійський вчений та художник епохи Відродження Леонардо да Вінчі.

        Сконструювати камеру неважко. В дерев’яній або картонній коробці слід випиляти одну стінку, і закріпити замість неї матове скло або напівпрозорий папір (кальку). Навпроти екрану зробити маленький отвір. Тепер якщо поставити недалеко перед отвором лампу (яскравий об’єкт), то на матовому склі побачимо її перевернуте зображення. Із зменшенням розміру отвора буде збільшуватися різкість зображення і, водночас, падати його яскравість.

        Камера обскура дозволяє намалювати освітлений предмет в зменшеному масштабі. Даний пристрій вважається першим фотоапаратом.

Інтерференція світла

Основні формули та поняття

Інтерференційна картина

Інтерференцією світла називають  суперпозицію світлових хвиль, що йдуть від двох або більше когерентних джерел, що приводить до перерозподілу інтенсивності світла в просторі.

Когерентними вважають джерела, які: 

- випромінюють світло однакової частоти ω₁ = ω₂; 

- випромінюють світло однакової поляризації; 

- інтерферуючі хвилі мають сталу в часі різницю фаз.

Інтерференція характеризується інтерференційною картиною – чергуванням світлих та темних смуг (максимумів та мінімумів інтенсивності).

Умовою стабільності інтерференційної картини є  суперпозиція когерентних хвиль.

Когерентні хвилі  на практиці отримують від джерела, розділивши світло, що випромінюється ним на два пучки, наприклад,  заломлений та відбитий.

Дослід Юнга (утворення когерентних джерел)

Оптичною довжиною шляху називають шлях світла у вакуумі, пройдений за той самий час, що і у речовині.

Оптична довжина шляху чисельно дорівнює добутку геометричної довжини шляху світла на абсолютний показник заломлення середовища:

L = nl.

Оптична різниця ходу променів Δ, дорівнює різниці їхніх оптичних довжин шляху:

Δ = L₁ – L₂.

Різниця фаз Δφ інтерферуючих променів пропорційна їх оптичній різниці ходу

Δφ = 2π∙Δ/λ.

Максимум інтенсивності світла в інтерференційній картині  спостерігається в тих місцях, для яких оптична різниця ходу інтерферуючих променів дорівнює парному числу півхвиль:

Δ = ±kλ  (k = 0,1,2,…).

Мінімум інтенсивності спостерігається при оптичній різниці ходу, що дорівнює непарному числу на півхвиль:

Δ = ±(2k+1)λ/2.

Смуги рівного нахилу

Інтерференційні смуги рівного нахилу спостерігаються при відбиванні розсіяного світла від двох поверхонь тонкої плоскопаралельної пластинки. Смуги рівного нахилу локалізовані в нескінченості і для їх спостереження на екрані  необхідна фокусуючи лінза.

Оптична різниця ходу світлових хвиль, що виникає при відбиванні монохроматичного світла від тонкої плівки:

де     d – товщина плівки, 

 n – показник заломлення плівки, 

і – кут падіння, 

±λ/2 – зміна довжини хвилі при відбиванні від більш густого оптичного середовища.

Смуги рівної товщини спостерігаються при освітленні тонкої пластини зі змінною товщиною паралельним пучком світла. Смуги рівної товщини локалізовані поблизу поверхні пластини.

Смуги рівної товщини

Якщо роль пластини змінної товщини відіграє повітряний прошарок між лінзою з великою фокусною відстанню і плоско паралельною пластинкою, то інтерференційну картину називають кільцями Ньютона.

Кільця Ньютона та їх утворення

Радіуси світлих кілець  Ньютона у відбитому світлі:

де k – номер світлого кільця, R -  радіус кривизни лінзи.

Радіуси темних кілець  Ньютона у відбитому світлі:

Радіуси темних кілець  Ньютона у прохідному світлі:

Радіуси світлих кілець  Ньютона у прохідному світлі:

 

За допомогою кілець Ньютона можна визначити радіус кривизни лінзи або довжину світлової хвилі.

Просвітлення оптики

Поліпшення якості лінз за рахунок зменшення втрат інтенсивності  при відбиванні називається просвітленням оптики. 

Для просвітлення оптики використовуються тонкі плівки, матеріал яких підбирається так, щоб при нанесенні їх на поверхню лінзи для відбитих променів виконувалася умова мінімуму інтенсивності. Для просвітлення оптики показник заломлення плівки  повинен бути трохи меншим за показник заломлення того матеріалу з якого виготовлено лінзу.

У випадку «просвітлення оптики» інтерферуючі промені у відбитому світлі гасять один одного за умови:

n = (n_c)^1/2, 

де n_c -  показник заломлення скла;  n – показник заломлення плівки.

Товщина плівки, що просвітлює, кратна чверті довжини хвилі. 

Явище інтерференції  використовується для точного визначення: 

- довжин світлових хвиль, 

- показника заломлення, 

- швидкості світла, 

- малих кутів.

Прилади, що використовують явища інтерференції для оптичних вимірів, називаються інтерферометрами.