Toolyard

Оптика: учебное руководство

Главные идеи

Геометрическая оптика прослеживает свет как лучи. Лучи преломляются при переходе границы между материалами, а линзы и зеркала используют это преломление для получения изображений.

  • Закон Снелла n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂ связывает углы, отсчитываемые от нормали. При входе в более медленную среду с большим показателем преломления свет приближается к нормали.
  • Полное внутреннее отражение происходит, когда свет идёт из среды с большим показателем в среду с меньшим под углом больше предельного, sin θ_c = n₂ ÷ n₁.
  • Для тонкой линзы или зеркала 1 ÷ f = 1 ÷ dₒ + 1 ÷ dᵢ, а увеличение m = −dᵢ ÷ dₒ. Отрицательное m означает перевёрнутое изображение.
  • Скорость света в среде равна c ÷ n, а оптическая сила линзы с фокусным расстоянием f (в метрах) равна 1 ÷ f в диоптриях.

Основные формулы

  • n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
  • sin θ_c = n₂ ÷ n₁
  • 1 ÷ f = 1 ÷ dₒ + 1 ÷ dᵢ
  • m = −dᵢ ÷ dₒ
  • P = 1 ÷ f (diopters)
  • v = c ÷ n

Разобранный пример

Предмет находится в 30 см от собирающей линзы с фокусным расстоянием 10 см. 1 ÷ dᵢ = 1 ÷ 10 − 1 ÷ 30 = 2 ÷ 30, поэтому dᵢ = 15 см по другую сторону (действительное изображение). Увеличение m = −15 ÷ 30 = −0,50: изображение перевёрнутое и вдвое меньше предмета.

Частые ошибки

  • Отсчёт углов от поверхности, а не от нормали.
  • Неверный знак у мнимых изображений. В обычном соглашении расстояние до мнимого изображения отрицательно.
  • Ожидание полного отражения при переходе света из среды с меньшим показателем в среду с большим. Оно возможно только в обратную сторону.

Практика

Проверьте себя на тренировочных вопросах по этой теме: Оптика

Инструменты из этого руководства

Другие руководства

Закон Снеллиуса, преломление и полное внутреннее отражениеАтомные орбитали: s, p, d и fКак работает гель-электрофорез и как читать гель с ДНКФазы Луны, приливы и затменияБиномиальное распределение, колоколообразная кривая и доска ГальтонаПоследовательные и параллельные цепиКак работают буферы: уравнение Хендерсона — Хассельбаха и буферная ёмкостьМитоз и мейоз: фазы, кроссинговер и нерасхождениеКак работает парниковый эффектРяды Фурье: как собрать волну из синусоидЗакон Бернулли: неразрывность, расходомеры Вентури и трение в трубахКак работает электромагнитная индукция: закон Фарадея, правило Ленца, генераторы и трансформаторыКак работает хроматография: Rf, колонки и разрешениеЗакон Бугера — Ламберта — Бера: оптическая плотность, спектрофотометры и калибровочные кривыеКак идёт синтез белка: транскрипция, трансляция и мутацииФотосинтез и лимитирующие факторы: свет, углекислый газ и температураЦиклы хищников и жертв: уравнения Лотки — ВольтеррыЭпидемические модели SIR и SEIR: R₀, коллективный иммунитет и сглаживание кривойЖизненный цикл звезды и диаграмма Герцшпрунга — РасселаКристаллические решётки, элементарные ячейки и рентгеновская дифракцияСтроение клетки и органоиды: учебное руководствоМембраны и транспорт: учебное руководствоКлетки и транспорт: учебное руководствоДыхание и фотосинтез: учебное руководствоКлеточный цикл и мейоз: учебное руководствоЭкспрессия генов и синтез белка: учебное руководствоЭволюция и естественный отбор: учебное руководствоЭкология и поток энергии: учебное руководствоФизиология человека: учебное руководствоНервы и мышцы: учебное руководствоБиология растений: учебное руководствоИммунитет и эпидемиология: учебное руководствоФерменты и белки: учебное руководствоБиотехнология и молекулярные методы: учебное руководствоРост и подсчёт микроорганизмов: учебное руководствоСтроение атома и свет: учебное руководствоКинетика реакций: учебное руководствоХимическое равновесие: учебное руководствоСвободная энергия и самопроизвольность: учебное руководствоВероятность и распределения: учебное руководствоОрбиты и свет звёзд: учебное руководствоЗемлетрясения, плиты и датирование: учебное руководствоНоменклатура (названия соединений): учебное руководствоФункциональные группы: учебное руководствоСтроение и связи: учебное руководствоУглеводороды: алканы, алкены и алкины: учебное руководствоСпирты, фенолы и простые эфиры: учебное руководствоАльдегиды и кетоны: учебное руководствоКарбоновые кислоты и их производные: учебное руководствоАмины: учебное руководствоАроматические соединения: учебное руководствоСтереохимия: учебное руководствоЗамещение, отщепление и карбокатионы: учебное руководствоФизические свойства и кислотность: учебное руководствоЯМР- и ИК-спектроскопия: учебное руководствоЛабораторные методы: учебное руководствоКинематика: учебное руководствоЭлектромагнитная индукция: учебное руководствоСовременная физика: учебное руководствоДвижение брошенного тела: учебное руководствоРабота, энергия и мощность: учебное руководствоИмпульс и столкновения: учебное руководствоДвижение по окружности и гравитация: учебное руководствоКолебания: учебное руководствоЖидкости и газы: учебное руководствоВолны и звук: учебное руководствоЭлектростатика: учебное руководствоМагнетизм: учебное руководство