Часть№7 /А15,16

Часть№7 /А15,16
ОПТИКА (А15, А16)
3.6. 1 Прямолинейное распространение света
2 Закон отражения света
3 Построение изображений в плоском зеркале
4 Закон преломления света
5 Полное внутреннее отражение
6 Линзы. Оптическая сила линзы
7 Формула тонкой линзы
8 Построение изображений в линзах
9 Оптические приборы. Глаз как оптическая система.
3.6.11 Дифракция света
3.6.12 Дифракционная решетка
3.6.13 Дисперсия света
Лабораторная работа №2
Измерение показателя преломления стекла.
Оборудование: плоскопараллельная пластинка,
транспортир, источник света.
ход работы:
1
n1 sin1= nст sinст
sin1
= nст
sinст
1 sin1 ст sinст nст
ст
30°
Вывод: показатель преломления стекла составляет …, это значит скорость
света в этом стекле меньше скорости света в вакууме в… раз.
sin1
nст
n
=
n
n
n
sin
=
n
sin
а
а
1 1,мм
ст
ст
ст,мм
= nст 1
sinст
n = n+n
1,5
а1
sin1 =
n
n
nmax
а
1
R
аст
1
sincт =
a = aв/a1
R
ст = aст/a2
ст
n = aст+aв
а1
R а1
=nст а =nст
аст
n = n/n
ст
R аст
а1,мм εав аcт,мм εаст εn n nmin nmax
ст
min
max
min
в
1мм
1мм
Вывод: реальное значение показателя преломления
этого
стекла лежит в интервале от nmin до nmax,
Вывод: показатель преломления стекла составляет 15, это значит скорость
относительная
погрешность
составляет
εnраз.
%.
света в этом стекле меньше
скорости света
в вакууме в 15
1
sin1
ст sinст nст
nсредн.
30°
45°
60°
nст nсредн. n nсред εnст
30° 45° 60° -
-
-
-
-
nmin
nmin= n- n
nmax= n+n
n
nmax
Вывод: реальное значение показателя преломления
этого стекла лежит в интервале от nmin до nmax,
относительная погрешность составляет εn%.
Лабораторная работа №3
ИЗМЕРЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ
ОПТИЧЕСКОЙ СИЛЫ
СОБИРАЮЩЕЙ
И
ЛИНЗЫ
.
Оборудование:
источник света, линза, линейка, экран.
Ход работы:
Получить три изображения
1. Уменьшенное
2. Прмерно равное
3. Увеличенное
Измерить расстояния от линзы до предмета d
и до изображения (экрана) f.
Используя формулу тонкой линзы, вычислить
фокусное расстояние
ИЗМЕРЕНИЕ ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ
И
ОПТИЧЕСКОЙ СИЛЫ
СОБИРАЮЩЕЙ ЛИНЗЫ
ЛР10
d=30см
Д,
F
d= см
F
f=
d= см
F
f= см
F
Д,
F
F
f=
Д,
см
см
=
D=
1
F
= d1
+
1
f

d,
№ см
f,
см
F,
см
1
2
3
4
24
43
15
18
10,91
11,12
10,31
10,64
20
15
33
26
D, Dср
дптр дптр
Fcр,
см
9,2
9,0
9,3 10,7
9,7
9,4
dFi, dFср, % F-dF, F+df,
см
см
см
см
10,5
11,0
ср.
откл. отн.
|F - Fcр| F погр. от …
до …
0,16
0,38
0,3
2,5
0,43
0,11
Вывод: реальное фокусное расстояние данной линзы лежит в интервале
от F-dF до F+dF см , относительная погрешность составляет ... %.
Оптическа сила данной линзы ... дптр.
Дополнительные вопросы.
1. Почему трудно определить фокусное расстояние рассеивающей
линзы?
2. Почему нельзя для определения фокусного расстояния собирающей
линзы использовать 4-е и 5-е положение предмета?
Лабораторная работа №4
Измерение длины световой волны, используя дифракционную
решетку.
Оборудование:
источник света, дифракционная решётка.
Ход работы:
Используя прибор и формулу максимумов
найдите длину волн красного и фиолетового света
d sin  = k , k=1
d sin  = k , k=1
sin = tg = b/L
d b/L = 
d
кр

L
•1. Посмотрите сквозь щель на нить лампы, расположенной против центрального
штриха на экране.
•2. Отойдите от экрана так, чтобы первый красный максимум был против края
экрана (b=5см)
3. Как же измерить ширину щели, которая меньше цены деления штангенциркуля?
4.1 Инвариантность скорости света. Принцип
относительности Эйнштейна
4.2 Полная энергия
4.3 Энергия покоя
4.4 Релятивистский импульс
m=
m0

E = mc2
E0 = m0c2
и дефект масс m =E/c2
Не только механические, но и электромагнитные
явления во всех инерциальных системах происходят
ОДИНАКОВО!!!
F1,2= k q1q2
2
R
8
c=310
м/с
2. Каким
быть угол падения светового луча, чтобы
1.
ЛУЧдолжен
падающий,
отраженный
луч составлял с падающим угол 60°? Ответ
ЛУЧ отражённый
введите
в градусах.
и …
 одной
плоскости
1 + 1=60°
30°

=
1
1
EN =
k Qc
2
1 + 1 =R

2. Как изменится угол между падающим и отраженным лучами
света, если угол падения уменьшится на 15°? Ответ введите в
градусах с минусом, если уменьшится….
30°
(1 -15°)+ (1 -15°)= -30°
А15,16 оптика,СТО
1.
ЛУЧ
падающий,
3. Перед вертикально поставленным плоским зеркалом на
ЛУЧ отражённый
расстоянии 2 м от его плоскости стоит человек. Чему равно
и
…

одной
расстояние между изображением человека и зеркалом?
=
плоскости
Ответ введите в метрах и сделайте чертёж.
2м
EN =
2м
4м
М, , =
v= 2,5 м/с
k Qc
2
R
А15,16 оптика,СТО
3. Перед вертикально поставленным плоским зеркалом стоит человек. Как
изменится расстояние между человеком и его изображением, если человек
удалится от плоскости зеркала на 2 м?
Ответ введите в метрах со
знаком минус, если уменьшится.
3. С какой скоростью удаляется изображение от человека, если человек
удаляется от плоскости зеркала со скоростью 2,5 м/с ?
Ответ введите в
метрах со знаком минус, если уменьшится.
1. ЛУЧ падающий,
ЛУЧ преломлённый
4. При переходе луча света из первой среды во вторую угол падения равен
35°, а угол преломления 50°. Чему равен относительный показатель
преломления второй среды относительно первой? Ответ введите с
точностью до десятых.
и …

одной
n1sin
=
n
sin
1
2
2
v1
v2 =
1
n
sin
35°
2
n21= плоскости
=
1

2
n1 sin50°
EN =
k Qc
2
R
4.4.При
луча значении
света из первой
во вторую
Припереходе
некотором
α угласреды
падения,
лучаугол
света на
между
преломлённым
отраженным
лучами
равен
90°падения
. Чему к
границу
раздела двухи сред
отношение
синуса
угла
синусуотносительный
угла преломления
равно преломления
n. Чему равно
это отношение
равен
показатель
второй
среды
при
угла если
падения
3 раза? А. 3n.
Б.?1.73n.
В. n/ 3 Г.
относительно
уголвпреломления
30°
Ответ
2уменьшении
1 первой,
n.
Д. Среди
ответов А -до
Г нет
правильного.
введите
с точностью
десятых.
 +  ==90°
2 + 1= 90°
n1sin(90°-2) = n2 sin2
n1cos(2) = n2 sin2
Г, n
А15,16 оптика,СТО
n1 сtg2= n2
n21=
n sin = n sin
n2
n1
= сtg30°
ЛУЧ падает из более плотной среды,
2 90°
nугол
1>nпреломления
2
как бы
2.Угол
2  1падения ≥ предельного угла
0
полного
0 отражения
1.
2=90  sin2=1
n1 sin0= n2
E
n2
1 N
sin0= n = n
1
1
1  1
Предельный угол
полного
отражения
= k Qc
2
R
5. Показатели преломления относительно воздуха для
воды, стекла и алмаза соответственно равны 1,33, 1,5,
2,42. В каком из этих веществ предельный угол
полного отражения при выходе в воздух имеет
максимальное значение?
А15,16 оптика,СТО
6. На рисунке 1 изображены стеклянные линзы. Какие из
них являются рассеивающими?
В стекле
меньше
Дважды…!
№1,2,3
№4,5
ограниченное
Собирающие !!!
Прозрачное
тело,
… к основанию!
сферическими поверхностями
№1,5
А15,16 оптика,СТО
№2,3,4
7. На рисунке 2 представлен ход лучей света через
линзу, МN - главная оптическая ось линзы. Какая из
точек, отмеченных на рисунке, является главным
фокусом линзы?.
MN- главная оптическая ось
4- Оптический центр линзы
1-
Рассматриваемая точка
3- Изображение этой точка точка
H f=Г
=
h d
2- Мнимы фокус линзы
5- фокус линзы
4- Главный фокус линзы
1=1
D= F
d
А15,16 оптика,СТО
1
+f
4 - нет
А15,16 оптика,СТО
1
2
3
4
F
f
5
F
H f=Г
=
h d
d
М
1=1
D= F
d
8,9. Где находится изображение предмета, создаваемое
линзой? А. В области 1. Б. В области 4. В. В области 5..
Г. В области 2. Д. В области 3
Какое изображение предмета получится?
1
+f
8,9. На рисунке 4 показано положение главной оптической оси
линзы, ее главных фокусов и предмета MN. Какое изображение
предмета получится? А. Изображения не будет.
Б. Действительное, увеличенное. В. Мнимое, уменьшенное.
Г. Мнимое, увеличенное. Д. Действительное, уменьшенное.
Всегда уменьшенное
и
мнимое
В. Мнимое, уменьшенное.
H f=Г
=
h d
А1
А2
1=1 1
=
-D
+
М,
А15,16 оптика,СТО
-F d
-f
Всегда уменьшенное и мнимое
10.С помощью линзы на экране получено действительное изображение
электрической лампочки. Как изменится изображение, если закрыть
верхнюю половину линзы? А. Нижняя половина изображения исчезнет. Б.
Изображение останется на том же самом месте, но будет менее ярким. В.
Изображение сместится вверх. Г, Изображение сместится вниз. Д. Верхняя
половина изображения исчезнет.
F
H f=Г
=
h d
1=1
D= F
d
А15,16 оптика,СТО
1
+f
11. Оптические приборы
4 - нет
в микроскопе? В. L ≈ F
Оптические приборы.
1
2
3
4
F
f
5
F
H f=Г
=
h d
d
М
5 - лупа
1
1
1
1
= =
= d=+
DD
F
f
F d
1
А15,16 оптика,СТО
1
+f
12. На рисунке 5 представлены схемы хода лучей в глазе
человека при нормальном зрении, близорукости,
дальнозоркости и при исправлении этих недостатков зрения с
помощью очков. Какие из этих схем соответствуют случаю
дальнозоркости с очками и без очков? А. 1 и 4. Б. 1 и 2. В. 2 и 3.
Г. 2 и 5. Д. 4 и 5
5-нормальный
В. 3 и 4.
близорукость…
H f=Г
=
Б.h
1 и 2.d
дальнозоркость…
1=1
D= F
d
РАЗДВИНУТЬ
СОБРАТЬ
1
+f
А15,16 оптика,С
13. С помощью собирающей линзы получили изображение
светящейся точки. Чему равно фокусное расстояние линзы, если
d = 4 м, f = 1 м? Ответ введите в метрах с точностью до десятых.
1
F
= d1
+
1
f
1
F
= 41
+
1
1
14. По условию предыдущей задачи определите, чему
равно увеличение. Ответ введите с точностью до
сотых.
H f Г
h= d =
H f=Г
=
h d
1=1
D= F
d
А15,16 оптика,СТО
1
+f
15.Оптическая сила линзы равна 4 дптр. Чему равно фокусное
расстояние этой линзы?
Ответ введите в сантиметрах с точностью до целых
D0 ( ) D0 (расс.)
1
1
1
D= F = d + f
0 Д0 Д0
0 М0 М0
1м - 1 дптр
2м - 0,5
H f=Г
=
h d
1=1
D= F
d
А15,16 оптика,СТО
1
+f
Построить точку лежащую на главной оптической оси
В
В1
H f=Г
=
h d
А1
А15,16 оптика,СТО
1=1
D= F
d
А2
1
+f
1.
ЛУЧ
падающий,
Найти
высоту
столба H, зная свой рост h. (зеркальце)
ЛУЧ отражённый
S
и …  одной
=
плоскости
H
О
S
h
f
H f
h= d = Г
d
EN =
k Qc
2
R
А15,16 оптика,СТО
Построение изображений в тонкой линзе
А1
В2
Д,
5 видов изображений
В1
А2
H f=Г
=
h d
А1
А2
1=1
=
D
М,
А15,16 оптика,СТО
F d
Всегда уменьшенное..
1
+f
№4
Не пересекутся = изображения НЕТ
F
F
Чем ближе к фокусу,
тем больше
М,
H f=Г
=
h d
F
1
1
D=F F =
d
А15,16 оптика,СТО
1
+f
Всегда уменьшенное и мнимое
А1
А2
2F
А15,16 оптика,СТО
6см
0,166
D=
1
1
= d
F
1м - 1 дптр
2м - 0,5
+
1
f
D=
1
F
=
1
=
16,6
0,06
А15,16 оптика,СТО
v1+v2
v= 1+ v v /c2
1 2
Ex. v1= c, v2= c v -?
c+c Ответ: v = c
v= 1+ cc/c2
А15,16 оптика,СТО
№1.Определить смещение луча
1
в пластинке.
1=45°
nст= 1,5
D=5см
x=?
n1 sin1= nст sinст
sin45°= 1,5 sinст
A
sinст=0,47 ст=28°
γ=45°- 28°=17°
ст γ
sin45°=0,71
АСВ АВ=D/cos28°
D
x
β
C
АВ=5cм/0,88=5,7см
B
АDВ x=АВ×sin17°=5.7см×0,29=1,65см
β=90°-1
(y= x/sin β).
Ответ: смещение луча составит 1,65 см,
стараясь попасть в т. В промахнёмся на
y см
y
К
№2 На сколько поднимется
мнимое
изображение т.А из-за преломления света?
n sin= nв sinв
1 sin= 1,33 sinв

Для малых углов
sin=tg
1 tg= 1,33tgв
BСD tg=CD/BC
АСD tgв=CD/АC
1 CD/BC = 1,33×CD/АC
АC= 1,33×BC
H=1,33×x
x=H/1,33
C
В
А
D
В
Задача№3
n1 sin1= n2 sin2
n2 sin2=n3 sin3
n3 sin3= n1 sin4
n1 sin1= n1 sin4
1= 4
1
2
3
4
Выйдет параллельно себе
при любом количестве пластин
4. На каком расстоянии от места расположения п/л
её ещё увидят с вертолёта?
nв sin0= n=1
1,33 sin0= n=1
sin0=1/1,33
Полное отражение
x-?
sin0=0,75
0=49°
tg49° =x/H
1,15 =x/H
x =11,5м
0
x <11,5м
n1 sin1= n2 sin2
sin45°= 1,5 sin2
sin45°=0,71
sin2=0,47 2=28°
γ2=90°-28°=62°
γ3=180°-62°-40°=78°
β2=90°-78°=12°
n2 sinβ2=n1sinβ1
1,5sin12° =1sinβ1
1,5×0,21 =sinβ1
0,31 =sinβ1
18° = γ1
45°-28°=17° 3=17°+6°=23°
2=18°-12°=6°
3
1
1=
2
C
γ
40°
45°
1
А
γ2
γ3
2
D
β2
β1 18°
В
Задача№5
Задачи на формулу тонкой
Оптическая «сила»
D0 ( ) D0 (расс.)
d
h
F
1
1
D= F = d + f
0 Д0 Д0
0 М0 М0
линзы
1
H
увеличение
H f Г
h= d =
А если наоборот!!!
f
Задача№6
4. Собирающая линза дает на экране четкое изображение
предмета, которое в 3 раза больше этого предмета.
Расстояние от предмета до линзы на 4см превышает ее
фокусное расстояние.
Найти
расстояние
от
линзы
до
d
экрана.
1 1
1
=
D F= d + f H = f = Г
h
h d
Г=3
F
d=F+4cм
H f 3
h= d =
H
f-?
f=3d
F=d-4cм
f
1
1
1
= +
d-4 d
3d
Задача№7
6. Высота предмета равна 10 см. Линза дает на экране изображение
высотой 30 см. Предмет передвинули на 1,5 см от линзы и,
передвинув экран на некоторое расстояние, снова получили
изображение высотой 10 см. Найти фокусное расстояние линзы.
d
Г1=3
Г2=1
1
h
F
H2=10см
h=10см
H1=30см
d2=d1+1,5cм
F-?
1
1
D = F= d + f
H
f
1
1
1
=
F d1 + 3d1
f1=3d1
f2=d2
d2
h
H f Г
h= d =
F
H2
1
1
1
=
F d2 + d 2
f2
d2=d1+1,5cм
Задача№8
Г*. С помощью собирающей линзы на экране получено
уменьшенное изображение. Размер предмета равен 10 см, размер
изображения 5 см. Оставляя экран и предмет неподвижными, линзу
перемещают в сторону предмета. Определить величину второго
f1=2d1
четкого изображения.
H f
d
f2
F
F
H
h2
f
d2
h
H2
Г1=2
H2=?
h=10см
H1=5 см
Г
h= d =
d2=f1
d1=f2
d2+f2=d1+f1
d2+f2=d1+2d1
d2+f2=3d1
d2+d1=3d1
d2=2d1
d1=f2
Г2=0.5
Задача№9
СПЕКТРОСКОП …ГРАФ
Ньютон "дисперсия"
(белый = сложный )
к о жзгсф
белый = сложный nф  nкр
Цвета тел
Красный галстук зелёный Чёрный – поглощает все…
растения зеленые!?
vк vф (в среде)
с
nкр= vкр
с
nф= vф
в вакууме vк =vф = с
1. Какую среду называют
диспергирующей?
2. Будет ли происходить дисперсия света
при прохождении через вакуум?
7. Длина волны красного цвета в воде равна
длине зеленого в вакууме. Какой цвет увидит
человек в воде, если она освещена красным
светом?
8. Почему грязный снег быстрее тает?
9. Почему зрачок кажется черным?
10. Почему не видно лица человека закрытого
частой сеткой, а он сам все видит?
нити
ДИФРАКЦИЯ !
отверстия
шляпа…
спутник…
диска
Здравый смысл
ДИФРАКЦИЯ ! Свет  волна!
дифракционный
сложение
много…
сильнее красный
Более равномерный
дисперсионный
разложение
один
сильнее фиолетовый
Растянута красная…
5. На какой из схем (рис. 3) правильно представлен
ход лучей при разложении пучка белого света
стеклянной призмой?
А.1. Б.2. В. 3.Г.4. Д. На всех схемах неправильно.
6. На рисунке 4 представлена схема устройства
спектрографа. С помощью какого элемента
спектрографа осуществляется выделение узкого
светового пучка? А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. 5.
1. выделение узкого пучка
2. линза
3. Призма /разложение света
4. линза
5. Плёнка/матрица
дифракционная решетка
Период 1мм/100
d

d= dsin
2 max dsin = 
= 0, k=0,
1max для всехбелый!
0
1
2
13. На
Какое
дифракционную
из приведенных
решетку
ниже выражений
падает монохроматический
является условием
наблюдения
свет
с длинойглавных
волны λмаксимумов
(рис, 6). В точке
в спектре
D наблюдается
дифракционной
ПЕРВЫЙ
решетки с ГЛАВНЫЙ
периодом d МАКСИМУМ.
под углом  ? Чему равен отрезок АС?
max dsin = 
dsin = 
ddsin
= const
2 
 /2
T
T/2
/2
/4
T/4
дифракционная решетка
Период 10мкм
max dsin = 
sin = tg = b/L
d
10–5b/L = 60010–9

L=200см
d= dsin
0
b=