Подготовьтесь к сдаче ЕГЭ интересно и эффективно!
Оптика как раздел физики: теория, основные понятия и формулы
3738

Оптика как раздел физики: теория, основные понятия и формулы

Содержание:





С понятием «оптика» многие связывают оптические приборы: очки, бинокли, микроскопы и их части, например, в фототехнике. Это на уровне потребителя. Для разработки этих и иных устройств нужен массив знаний в разных областях. Рассмотрим основные понятия и формулы раздела физики «Оптика». Они помогут быстро освежить знания перед экзаменом или контрольной работой.

Что такое оптика в физике

Оптикой называется раздел физики:

  • изучающий связанные с видимым для человеческого глаза спектром электромагнитных волн и сопряжённых с ним (инфракрасное и рентгеновское излучения);
  • объясняющий появление, распространение света, эффекты и явления, связанные с ним.

В переводе с греческого – это наука о зрительных восприятиях.

Различают пару оптических моделей:

  • геометрическую – свет представляется в виде пучка лучей, передвигаемых по прямой и изгибаемых вследствие обхода препятствий;
  • физическую – рассматривает видимое излучение как электромагнитную волну, обладающую дифракцией и интерференцией, также демонстрирующую корпускулярные свойства.

Развившаяся в XX веке квантовая оптика объясняет свет с точки зрения квантовой механики. 



Оптика: все формулы и основные понятия

При изучении видимых электромагнитных волн следует знать и помнить несколько законов, правил, принципов, на которых базируется наука.

Основные формулы оптики по физике:

Коэффициент преломления

n = c : v

  • с – скорость света в вакууме,
  • v – в исследуемой среде.
Закон преломления электромагнитных волн

n12 = n: n2

  • n – коэффициенты преломления двух сред.
Закон преломления волн

sin sin i : sin sin r = n12

  • i и r – углы падения и преломления соответственно.
Тонкая линза в воздухе

Тонкая линза в воздухе

  • F – фокусное расстояние,
  • d – дистанция от объекта до линзы,
  • f – расстояние от линзы до сформированного изображения.
Сила линзы

Сила линзы

  • R1, R2 – радиусы кривизны обеих линз.
Оптическая длина пути

Lопт =  L * n12

Оптическая разность хода Δ = |L1n1 – L2n2|
Интерференционный максимум

dsinφ = mλ

  • m = 0, 1, 2, 3… 
Разрешение дифракционной решетки

Разрешение дифракционной решетки

Дисперсия среды Дисперсия среды


Теоретические основы оптики в физике без формул

Свет – видимая человеческим глазом часть спектра электромагнитных волн длиной ~400-760 нм. Более длинные волны называются инфракрасными, короткие – ультрафиолетовыми. Вследствие распространения света возникают потоки электромагнитной энергии, что применяется для передачи данных в оптоволоконных системах связи. Свет может вести себя как электромагнитная волна и как элементарная частица – корпускула.

Геометрическая оптика

Основной постулат – свет на границе перехода между средами частично отражается и преломляется, причём угол отражения луча равняется углу падения. Основа геометрической оптики представлена:

  • Приближением – рассматриваются лучи, идущие под малыми углами к основной оптической оси.

  • Отражением: зеркальным – когда формируется зеркальная картина, блестят поверхности и диффузионным – отражение не глянцевыми поверхностями.

  • Преломлением – преодоление светом области перехода между средами с разным коэффициентом преломления.

  • Линзами – оптическими устройствами, которые создают расходящиеся либо сходящиеся лучи.

 

Физическая оптика

Раздел базируется на распространении света в виде волны, а не потока частиц.

  • Интерференция – при наложении когерентных волн наблюдается перераспределение светового потока с появлением максимумов и минимумов интенсивности.

  • Дифракция – процесс огибания волнами встречающихся на пути преград.

  • Дисперсия – зависимости коэффициента преломления от длины волны. Следствие дисперсии – разложение белого света на составляющие при прохождении через призму.

  • Эффект Доплера – при удалении источника и приемника излучения наблюдается красное смещение – сдвиг колебаний в область с пониженной частотой.

  • Поляризация – явление, когда направления колебания вектора света упорядочено определённым образом.

  • Двойное лучепреломление – раздвоение луча определёнными кристаллами, например, шпата.

На стыке оптики создан десяток наук, таких как: оптоэлектроника, фотоника, нанофотоника, биооптика и прочие.

Поделитесь в социальных сетях:
9 октября 2021, 08:41


Как вы считаете, материал был полезен?

Для оценки комментариев необходимо «войти на сайт».