Дифракционная решётка

Дифракционная решётка — это спектральный прибор, котоый представляет собой тонкую стеклянную пластинку, на которую нанесены параллельные штрихи с промежутками между ними.

Картинки по запросу дифракционная решётка

Ширина щели и штриха обозначается d и называется постоянной решётки или периодом решётки.

 

Дисперсия света

Опыты И. Ньютона по разложению белого света в спектр

Впервые опыт по разложению света в спектр был сделан Исааком Ньютоном в 1666 году. Он проделал маленькое отверстие в оконном ставне и в солнечный день получил узкий пучок света, на пути которого поставил треугольную стеклянную призму. Пучок преломился в ней, и на противоположной стене появилась цветная полоса, где расположились в определённом порядке все цвета радуги: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. Эту цветную полосу Ньютон назвал спектром (от латинского «спектрум» — видимое).

Похожее изображение

 

Наименьшего отклонения от первоначального направления падения испытывают красные лучи, а наибольшего — фиолетовые.

После такого эксперимента Ньютон сделал первый вывод: разложение белого света в цветной спектр означает, что белый свет имеет сложную структуру, то есть является составным, то есть смесью всех цветов радуги.

Второй вывод Ньютона состоял в том, что свет разных цветов характеризуется разными показателями преломления в определённой среде. Это означает, что абсолютный показатель преломления для фиолетовых цветов больший, чем для красных.

Зависимость показателя преломления света от его цветов Ньютон назвал дисперсией (от латинского слова dispersio — «рассеивание»).

Однако Ньютон был сторонником корпускулярной теории и объяснить явление дисперсии не мог.

Дисперсия света

Согласно волновой теории цвета света определяются частотой электромагнитной волны, которой является свет. Наименьшую частоту имеет красный свет, наибольшую — фиолетовый. Исходя из опытов Ньютона и опираясь на волновую теорию света, следует вывод: показатель преломления света зависит от частоты световой волны.

Дисперсия света — это явление разложения света в спектр, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления среды от частоты световой волны.

Что от чего зависит.?

Разным скоростям распространения волн соответствуют разные абсолютные показатели преломления среды
показ.прелом.

То есть

 попре

Значит, луч красного цвета преломляется меньше из-за того, что он имеет в веществе наибольшую скорость, а луч фиолетового цвета — наименьшую.

Картинки по запросу опыт ньютона по разложению белого света в спектр

Частота и длина волны связаны между собой

длина волны

Из формулы видно, что длина волны прямо пропорциональна скорости света и обратно пропорциональна частоте. Отсюда следует то, что длина волны больше в той среде, где скорость волны больше (при заданной частоте).

Из формул видно, что

 ajhv

Поэтому можно утверждать, что абсолютный показатель преломления уменьшается соответственно к увеличению длины световой волны и увеличивается соответсвенно к уменьшению длины световой волны.

Следовательно, во время перехода из одной среды в другую скорость распространения световой волны, а значит и длина волны, изменяется, а частота, а значит и цвет света, остаётся неизменной.

Как глаз различает цвета?

На сетчатке глаза расположены светочувствительные элементы – нервные окончания, которые называют «палочками» и «колбочками». Палочки отличают только светлое от тёмного. Колбочки есть трёх типов – их условно называют «красные», «зелёные» и «синие». Потому что «красные» колбочки наиболее чувствительны к красному цвету, «зелёные» — к зелёному, а «синие» — к синему. И всё многообразие видимых нами цветов обусловлено «сигналами», посылаемыми в мозг всего тремя типами колбочек.

Сложение цветов

 

Вычитание цветов

 

Миражи

Мираж (фр. mirage) — оптическое явление, состоящее в том, что кроме предметов в их истинном положении видны их мнимые изображения; при мираже предметы, скрытые за горизонтом, становятся видимыми; могут являться результатом искривления световых лучей в неравномерно нагретых слоях воздуха.

Свет распространяется по прямой лишь в однородной среде. На границе двух сред луч света преломляется, то есть несколько отклоняется от первоначального пути. Такой неоднородной средой является, в частности, воздух земной атмосферы: плотность его возрастает у земной поверхности. Луч света искривляется, и в результате светила выглядят несколько смещенными, «приподнятыми» относительно своих истинных положений на небе. Это явление называется рефракцией (от лат. refractus — «преломленный»). Вследствие рефракции в атмосфере могут появляться мнимые изображения отдельных объектов — миражи.

Атмосферные миражи делятся на три класса: озерные, или нижние; верхние (они возникают прямо в небе) или миражи дальнего видения; боковые миражи. Более сложный вид миража называется «Фата-Моргана».

 

Источник www.getaclass.ru

Разрешающая способность глаза

Теоретические сведения

Глаз человека – это оптическая система. Как оптический прибор глаз обладает большой чувствительностью, особенно к перепаду освещенности (контрастности). Одной из главных характеристик глаза, как оптического прибора, является разрешающая способность. Две точки изображения воспринимаются раздельно, если попадают на две разные светочувствительные клетки глаза.

Разрешающей способностью глаза или оптического прибора называется величина обратная минимальному углу между направлениями на две точки, при котором получаются их раздельные изображения. Она определяется дифракцией света на входном зрачке глаза или объективе оптического прибора.

Дифракция Фраунгофера от круглого отверстия имеет вид центрального светлого пятна (кружок Эйри), окруженного чередующимися темными и светлыми кольцами. Соответствующий расчет дает, что первый дифракционный минимум находится на угловом расстоянии от центра дифракционной картины, равном

формула1(1)

где D – диаметр зрачка или входного отверстия объектива, λ – длина световой волны. На практике (для телескопа, глаза) мы имеем D>>λ, и формула (1) принимает более простой вид

 формула2 (2)

Лабораторная работа
Определение разрешающей способности человеческого глаза

Цель: научиться определять угловую разрешающую способность человеческого глаза
Оборудование: линейка с делениями
Порядок выполнения работы:
1) Определите цену деления линейки С.
2) Поместите линейку перед глазами. Линейка должны быть хорошо освещена. Наблюдая одним глазом и отдаляясь от линейки, определите расстояние ℓ, на котором два соседних деления перестают быть видимыми по отдельности.
3) Искомый минимальный угол определите по формулеформула3Так как величина угла получена в радианах, переведите ее в минуты дуги по формуле

формула44) Проведите теоретический расчет φmin, используя данные, приведенные в приложении к работе. При расчетах по формуле (2) длина волны света берется равной 550 нм.
5) Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

таблица

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные составляющие оптической системы глаза.
2. Что называется разрешающей способностью оптического прибора?
3. Меняется ли разрешающая способность глаза в зависимости от внешней освещенности? Если меняется, то как и почему
4. Какие дефекты зрения вам известны?
5. Почему человек может достаточно точно оценить расстояние «на глаз»?
6. Почему близорукие люди, рассматривая отдалённые предметы, прищуривают глаза?
7. Какой человек лучше видит под водой: с нормальным зрением, близорукий или дальнозоркий? Почему?
8. Имея в виду предыдущий вопрос, объясните тот факт, что человек в маске с плоским стеклом довольно хорошо видит под водой.

Приложение  (справочное)

Оптические характеристики глаза человека

Наименьшая световая энергия, которую способен воспринимать привыкший к темноте (адаптированный) глаз  ≈ 10–17 Дж
Наименьший световой поток, воспринимаемый адаптированным глазом (соответствует энергии нескольких десятков фотонов в секунду) ≈ 2·10–5 Вт
Высота полета самолета, с которой летчик в ясную безлунную звездную ночь может увидеть свет свечи ≈ 4…9 км
Наименьшая освещенность, при которой адаптированный глаз отличает белую поверхность от черной ≈ 10–6 лк
Диаметр зрачка при освещении
сильном до 2 мм
слабом до 7 мм
Диаметр хрусталика около 10 мм
Фокусное расстояние полной системы глаза:
переднее 17,055 мм
заднее 22,78 мм
Фокусное расстояние хрусталика 69,9 мм
Преломляющая сила:
полной системы глаза 58,64 мм
хрусталика 19,11 мм