ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.04.2024
Просмотров: 18
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
величину Ф = 1 обратную фокусному расстоянию, — оптической силой линзы. Единицей оптической силы является диоптрия (дптр): 1 дптр — это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м.
Положив в формуле тонкой линзы (17.16) d= оо, d' = /, получим
17.13 Построение изображений в тонкой линзе.
1. Пусть точка А находится на расстоянии d > 2F от тонкой собирающей линзы MN (рис. 1). Из этой точки выходит световой пучок; часть его, заштрихованная на рисунке, вырезается линзой. Этот пучок собирается в точке А', которая служит изображением точки А. Чтобы найти положение точки А', выберем два луча, ход которых нам известен:
рис.1
2. Итак, имеется три характерных луча, ход которых нам известен:
С помощью любых двух лучей из этих трех можно построить изображение А или В' любой точки А или В и тем самым изображение А В' предмета АВ как совокупности точек.
17.14 Глаз как оптическая система.
1. Органом зрения является глаз. Его устройство схематически изображено на рис. 1
Наружную оболочку глазного яблока образует склера 7; она защищает внутреннее содержимое глаза и сохраняет его жесткость. На передней поверхности склера переходит в тонкую прозрачную роговицу 3, через которую в глаз проникает свет. За роговицей расположена радужная оболочка 2 с отверстием — зрачком 4. Радужная оболочка представляет собой мышечное кольцо, окрашенное пигментом. Это кольцо, растягиваясь или сжимаясь, меняет размеры зрачка и тем самым световой поток, попадающий в глаз.
рис.1
Сетчатка 8 представляет собой полусферу, состоящую из рецепторных клеток, имеющих форму колбочек или палочек. Всего в глазу 125 млн. палочек и 6,5 млн. колбочек. Эти светочувствительные клетки находятся на задней поверхности сетчатки
, которая лежит на сосудистой оболочке 9. В некоторой области сбоку от оптической оси нервные клетки сетчатки объединяются и образуют зрительный нерв 12, выходящий из глаза. В этом месте нет ни палочек, ни колбочек, поэтому оно образует нечувствительное к свету слепое пятно 11. В центре сетчатки, на оптической оси, находится центральная ямка 10 — область наибольшей остроты зрения. Здесь сосредоточены светочувствительные колбочки, с помощью которых глаз ощущает цвета. В остальных участках сетчатки расположены в основном палочки.
2. Глаз должен одинаково хорошо видеть предметы, расположенные на разных расстояниях от него. При изменении расстояния от предмета до глаза на сетчатке должно получиться четкое изображение. Согласно формуле линзы, такое возможно лишь в том случае, если одновременно с этим меняется фокусное расстояние / оптической системы. Изменение оптической силы глаза D и его фокусного расстояния происходит за счет изменения радиусов кривизны поверхности хрусталика. Это явление называют аккомодацией.
3. Две точки изображения будут восприниматься раздельно, если они попадут на две разные светочувствительные клетки сетчатки. В противном случае они будут возбуждать лишь одну клетку. Принято говорить, что глаз не разрешает две разные точки предмета, если их изображения получаются на одном светочувствительном элементе сетчатки. Разрешающая способность глаза оценивается по минимальному углу зрения <р0, под которым при хорошем освещении две точки еще видны отдельно.
рис.2
17.15 Телескоп.
1. Телескоп служит для увеличения утла зрения при рассмотрении деталей удаленных предметов. Существуют различные конструкции телескопов. Рассмотрим ход лучей в трубе Кеплера (рис. 1).
Пусть предмет ЛВ расположен далеко от объектива с фокусным расстоянием foQ, причем точка В расположена на оптической оси системы, точка А — над осью. Предмет виден невооруженным глазом под углом зрения (р0. Изображение А'В' предмета возникает практически в фокальной плоскости объектива. Пусть h — размер этого изображения (АВ' = И).
Расположим теперь окуляр с фокусным расстоянием f0K таким образом, чтобы передний фокус окуляра совпал с задним фокусом объектива Уоб. Тогда через окуляр в глаз попадает параллельный пучок света под углом зрения (р > (р0.
Угловое увеличение телескопа
Для получения значительных увеличений в телескопах используют длиннофокусные объективы и короткофокусны окуляры.
рис.1
2. Весь световой поток, выходящий из окуляра, должен попасть на сетчатку. Следовательно, нужно подобрать такие диаметры объектива и окуляра, чтобы выходящий из трубы пучок света перекрыл либо весь зрачок глаза, либо его часть. Если пучок окажется шире зрачка, то часть энергии будет бесполезно рассеиваться радужной оболочкой глаза и фактически изображение будет давать не весь объектив, а лишь часть его.
3. Телескопы, объективом которых служат линзы, называют рефракторами (от лат. refractus — преломленный). Рефракторы изготавливаются с максимальным диаметром 1 м. Изготовление линз с большими диаметрами наталкивается на огромные технические трудности.
Телескопы с зеркальным объективом называют рефлекторами (от лат. reflecte — отражать). Первый зеркальный телескоп построил Ньютон в 1671—1672 гг. Схема телескопа Ньютона показана на рис.2. Параллельный пучок света от далекого источника попадает на зеркало 3 отразившись от него, а затем от вспомогательного зеркала С, которое поворачивает лучи на 90°, пучок фокусируется в точке F, где возникает действительное изображение. Окуляр О работает так же, как и в рефракторе.
рис.2
4. Обычно справедливо говорят, что телескоп нужен «для увеличения». Попытаемся уточнить, что он увеличивает в разных случаях.
Оказывается, что если рассматривается удаленный земной предмет или планета, то действие телескопа сводится к увеличению угла зрения, а это, в свою очередь, приводит к увеличению разрешающей способности
Пусть на линзу падает свет от удаленных точечных источников. Если угловое расстояние между двумя источниками мало, то дифракционные изображения обоих источников частично перекроют- ся и может случиться, что мы не сможем различать картины, относящиеся к разным точкам. На рис.3, а сфотографированы три источника и два из них дают сливающееся изображение.
В этом случае говорят, что линза не разрешает (не позволяет различить) изображения двух точек. Заметим, что последующее увеличение этого изображения уже ничего не дает. если изображения двух или нескольких точек не разрешаются хотя бы в одной линзе
, то и весь прибор их не разрешает. Однако если увеличить диаметр линзы, то разрешающая способность увеличится
рис.3
17.16 Призма.
1. Представим себе, что на грань призмы падает параллельный пучок света. Пусть призма изготовлена из вещества оптически более плотного, чем окружающая среда. Тогда пучок, дважды преломившись в призме, отклонится от первоначального направления на некоторый угол в сторону основания призмы.
Рис.1
Рис.2
этого случая изображен на рис. 1, а. Если призма изготовлена из вещества, оптическая плотность которого меньше, чем у окружающей среды, то пучок отклонится в сторону вершины, как это показано на рис. 1, б.
В предыдущем изложении мы полагали, что луч падает на вторую грань призмы под углом, меньшим предельного. Если же окажется, что этот угол больше предельного, то свет от второй грани полностью отразится . Явление полного отражения применяют в оборотных призмах, ход лучей в которых изображен на рис. 2. Призмы с полным внутренним отражением широко применяют в оптических приборах вместо зеркал.
2. Призма является основной частью спектроскопа. Спектроскопом (рис.3) называют прибор, предназначенный для визуального исследования спектрального состава света, испускаемого некоторым источником. Если регистрация спектра происходит на фотопластинке, то прибор называют спектрографом. Спектральное разложение производится либо с помощью дифракционной решетки , либо с помощью призмы. Для исследований в видимой области спектра применяют стеклянную оптику, а для ультрафиолетовой или инфракрасной области — оптику из кварца, флюорита или каменной соли.
17.17 Голография
Для получения голограммы пучок света 1 направляют на полупрозрачное зеркало М, которое разделяет его на два пучка. Опорный пучок 2 попадает непосредственно на фотопластинку
Положив в формуле тонкой линзы (17.16) d= оо, d' = /, получим
17.13 Построение изображений в тонкой линзе.
1. Пусть точка А находится на расстоянии d > 2F от тонкой собирающей линзы MN (рис. 1). Из этой точки выходит световой пучок; часть его, заштрихованная на рисунке, вырезается линзой. Этот пучок собирается в точке А', которая служит изображением точки А. Чтобы найти положение точки А', выберем два луча, ход которых нам известен:
-
луч AM, параллельный главной оптический оси; после преломления в линзе он пройдет через ее задний фокус F' -
луч AN, проходящий через передний фокус линзы F; после преломления в ней он окажется параллельным ее главной оптической оси. На пересечении этих лучей и находится точка А'.
рис.12. Итак, имеется три характерных луча, ход которых нам известен:
-
луч, параллельный главной оптической оси линзы, после преломления в ней идет через ее фокус; -
луч, идущий через фокус линзы, после преломления в ней идет параллельно ее главной оптической оси; -
луч, проходящий через центр тонкой линзы (побочная оптическая ось), идет далее не преломляясь.
С помощью любых двух лучей из этих трех можно построить изображение А или В' любой точки А или В и тем самым изображение А В' предмета АВ как совокупности точек.
17.14 Глаз как оптическая система.
1. Органом зрения является глаз. Его устройство схематически изображено на рис. 1
Наружную оболочку глазного яблока образует склера 7; она защищает внутреннее содержимое глаза и сохраняет его жесткость. На передней поверхности склера переходит в тонкую прозрачную роговицу 3, через которую в глаз проникает свет. За роговицей расположена радужная оболочка 2 с отверстием — зрачком 4. Радужная оболочка представляет собой мышечное кольцо, окрашенное пигментом. Это кольцо, растягиваясь или сжимаясь, меняет размеры зрачка и тем самым световой поток, попадающий в глаз.
рис.1Сетчатка 8 представляет собой полусферу, состоящую из рецепторных клеток, имеющих форму колбочек или палочек. Всего в глазу 125 млн. палочек и 6,5 млн. колбочек. Эти светочувствительные клетки находятся на задней поверхности сетчатки
, которая лежит на сосудистой оболочке 9. В некоторой области сбоку от оптической оси нервные клетки сетчатки объединяются и образуют зрительный нерв 12, выходящий из глаза. В этом месте нет ни палочек, ни колбочек, поэтому оно образует нечувствительное к свету слепое пятно 11. В центре сетчатки, на оптической оси, находится центральная ямка 10 — область наибольшей остроты зрения. Здесь сосредоточены светочувствительные колбочки, с помощью которых глаз ощущает цвета. В остальных участках сетчатки расположены в основном палочки.
2. Глаз должен одинаково хорошо видеть предметы, расположенные на разных расстояниях от него. При изменении расстояния от предмета до глаза на сетчатке должно получиться четкое изображение. Согласно формуле линзы, такое возможно лишь в том случае, если одновременно с этим меняется фокусное расстояние / оптической системы. Изменение оптической силы глаза D и его фокусного расстояния происходит за счет изменения радиусов кривизны поверхности хрусталика. Это явление называют аккомодацией.
3. Две точки изображения будут восприниматься раздельно, если они попадут на две разные светочувствительные клетки сетчатки. В противном случае они будут возбуждать лишь одну клетку. Принято говорить, что глаз не разрешает две разные точки предмета, если их изображения получаются на одном светочувствительном элементе сетчатки. Разрешающая способность глаза оценивается по минимальному углу зрения <р0, под которым при хорошем освещении две точки еще видны отдельно.
рис.217.15 Телескоп.
1. Телескоп служит для увеличения утла зрения при рассмотрении деталей удаленных предметов. Существуют различные конструкции телескопов. Рассмотрим ход лучей в трубе Кеплера (рис. 1).
Пусть предмет ЛВ расположен далеко от объектива с фокусным расстоянием foQ, причем точка В расположена на оптической оси системы, точка А — над осью. Предмет виден невооруженным глазом под углом зрения (р0. Изображение А'В' предмета возникает практически в фокальной плоскости объектива. Пусть h — размер этого изображения (АВ' = И).
Расположим теперь окуляр с фокусным расстоянием f0K таким образом, чтобы передний фокус окуляра совпал с задним фокусом объектива Уоб. Тогда через окуляр в глаз попадает параллельный пучок света под углом зрения (р > (р0.
Угловое увеличение телескопа
Для получения значительных увеличений в телескопах используют длиннофокусные объективы и короткофокусны окуляры.
рис.12. Весь световой поток, выходящий из окуляра, должен попасть на сетчатку. Следовательно, нужно подобрать такие диаметры объектива и окуляра, чтобы выходящий из трубы пучок света перекрыл либо весь зрачок глаза, либо его часть. Если пучок окажется шире зрачка, то часть энергии будет бесполезно рассеиваться радужной оболочкой глаза и фактически изображение будет давать не весь объектив, а лишь часть его.
3. Телескопы, объективом которых служат линзы, называют рефракторами (от лат. refractus — преломленный). Рефракторы изготавливаются с максимальным диаметром 1 м. Изготовление линз с большими диаметрами наталкивается на огромные технические трудности.
Телескопы с зеркальным объективом называют рефлекторами (от лат. reflecte — отражать). Первый зеркальный телескоп построил Ньютон в 1671—1672 гг. Схема телескопа Ньютона показана на рис.2. Параллельный пучок света от далекого источника попадает на зеркало 3 отразившись от него, а затем от вспомогательного зеркала С, которое поворачивает лучи на 90°, пучок фокусируется в точке F, где возникает действительное изображение. Окуляр О работает так же, как и в рефракторе.
рис.24. Обычно справедливо говорят, что телескоп нужен «для увеличения». Попытаемся уточнить, что он увеличивает в разных случаях.
Оказывается, что если рассматривается удаленный земной предмет или планета, то действие телескопа сводится к увеличению угла зрения, а это, в свою очередь, приводит к увеличению разрешающей способности
Пусть на линзу падает свет от удаленных точечных источников. Если угловое расстояние между двумя источниками мало, то дифракционные изображения обоих источников частично перекроют- ся и может случиться, что мы не сможем различать картины, относящиеся к разным точкам. На рис.3, а сфотографированы три источника и два из них дают сливающееся изображение.
В этом случае говорят, что линза не разрешает (не позволяет различить) изображения двух точек. Заметим, что последующее увеличение этого изображения уже ничего не дает. если изображения двух или нескольких точек не разрешаются хотя бы в одной линзе
, то и весь прибор их не разрешает. Однако если увеличить диаметр линзы, то разрешающая способность увеличится
рис.317.16 Призма.
1. Представим себе, что на грань призмы падает параллельный пучок света. Пусть призма изготовлена из вещества оптически более плотного, чем окружающая среда. Тогда пучок, дважды преломившись в призме, отклонится от первоначального направления на некоторый угол в сторону основания призмы.
Рис.1 Рис.2этого случая изображен на рис. 1, а. Если призма изготовлена из вещества, оптическая плотность которого меньше, чем у окружающей среды, то пучок отклонится в сторону вершины, как это показано на рис. 1, б.
В предыдущем изложении мы полагали, что луч падает на вторую грань призмы под углом, меньшим предельного. Если же окажется, что этот угол больше предельного, то свет от второй грани полностью отразится . Явление полного отражения применяют в оборотных призмах, ход лучей в которых изображен на рис. 2. Призмы с полным внутренним отражением широко применяют в оптических приборах вместо зеркал.
2. Призма является основной частью спектроскопа. Спектроскопом (рис.3) называют прибор, предназначенный для визуального исследования спектрального состава света, испускаемого некоторым источником. Если регистрация спектра происходит на фотопластинке, то прибор называют спектрографом. Спектральное разложение производится либо с помощью дифракционной решетки , либо с помощью призмы. Для исследований в видимой области спектра применяют стеклянную оптику, а для ультрафиолетовой или инфракрасной области — оптику из кварца, флюорита или каменной соли.
17.17 Голография
Для получения голограммы пучок света 1 направляют на полупрозрачное зеркало М, которое разделяет его на два пучка. Опорный пучок 2 попадает непосредственно на фотопластинку