Законы геометрической оптики. принцип Ферма. Закон прямолинейного распространения света: Часть 1

Видео

Конспект

Наиболее простой способ описания распространения света - использовать приближение геометрической оптики, в котором пренебрегают волновыми свойствами света, и опираются на представление о прямолинейных световых лучах.

Модели, с которыми мы будем работать в дальнейшем:

Точечный источник света - физическая модель, источник оптического излучения, не имеющий размеров, выбранный взамен источника, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.

Световые лучи - линии, вдоль которых распространяется свет. Мы считаем световые лучи одновременно достаточно узкими пучками света (по сравнению с характерными размерами препятствий), и достаточно широкими (по сравнению с длиной световой волны).

При описании прохождения света через вещество считается, что влияние прозрачного вещества в основном проявляется в замедлении хода световых лучей. Вещество в оптике характеризуется абсолютным показателем преломления, равным отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде:

n=\frac{c}{c_{\mathrm{cp}}}. Основные законы геометрической оптики:

Закон независимости световых лучей.

Будем считать, что отдельные лучи и пучки, встречаясь друг с другом, пересекаясь, не оказывают друг на друга влияния.

Закон прямолинейного распространения света.

В однородной среде свет распространяется между любыми двумя точками по прямой.

Закон отражения света.

Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения лежат в одной плоскости, угол падения равен углу отражения.

1.1 Закон преломления света.

Принции Ферма. Вывод законов геометрической оптики из принципа Ферма.

Этот принцип также может быть основой геометрической оптики, вместо перечисленных выше законов. Он утверждает, что свет распространяется по такому пути, на который требуется минимальное время. Точнее, это время должно быть экстремальным, т.е. минимальным, максимальным или стационарным (одинаковым для всех путей). В последнем случае все пути света являются таутохронными, т.е. требуют для своего прохождения одинаковое время (пример: линза).

Проверка понимания 1

Что представляет собой точечный источник света в рамках геометрической оптики?

A. Реальный источник, имеющий строго сферическую форму.

B. Физическая модель, размерами которой можно пренебречь в условиях данной задачи.

C. Источник, излучающий свет только в одном заданном направлении.

D. Источник, размеры которого значительно превышают длину световой волны.

Проверка понимания 2

Какое утверждение соответствует закону отражения света?

A. Угол падения света всегда меньше угла отражения.

B. Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр, восстановленный в точку падения, лежат в одной плоскости, причём угол падения равен углу отражения.

C. Падающий и отраженный лучи лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях.

D. Отраженный луч распространяется перпендикулярно поверхности отражения.