Как получить параллельные пучки света: решение задачи по оптике

Хорошо, давайте разберем эти опыты по оптике. Глава 3. СВЕТОВЫЕ ПУЧКИ § 1. НЕЗАВИСИМОСТЬ СВЕТОВЫХ ПУЧКОВ Опыт 33. Как это происходит: 1. На штативе закрепляют два осветителя. Это могут быть, например, фонарики или специальные лампы. 2. Эти осветители направляют так, чтобы пучки света от них пересекались на белом экране. На рисунке 35 показано, как два пучка света пересекаются, образуя на экране два светлых следа, которые проходят друг через друга. 3. Чтобы сделать опыт более наглядным, в держатель одного осветителя вставляют светофильтр, например, зеленый. Тогда пучок света от этого осветителя станет зеленым. 4. В держатель другого осветителя вставляют сложный светофильтр, который разделяет свет на три пучка: красный, белый и синий. 5. Когда эти разноцветные пучки света пересекаются на экране, видно, что они проходят друг через друга, не влияя на направление и цвет друг друга. То есть, зеленый пучок остается зеленым, а красный, белый и синий пучки остаются такими же, даже после пересечения. Вывод: Этот опыт демонстрирует принцип независимости световых пучков. Это означает, что световые пучки распространяются в пространстве независимо друг от друга. Когда они пересекаются, они не изменяют ни своего направления, ни своего цвета. Как сделать параллельные пучки света: Для получения параллельных пучков света обычно используют линзы или зеркала. 1. Использование собирающей линзы: * Если поместить точечный источник света (например, маленькую лампочку или светодиод) в фокус собирающей линзы, то после прохождения через линзу лучи света станут параллельными. * Формула тонкой линзы: \[ \frac{1}{F} = \frac{1}{d_1} + \frac{1}{d_2} \] где \(F\) — фокусное расстояние линзы, \(d_1\) — расстояние от предмета до линзы, \(d_2\) — расстояние от изображения до линзы. * Чтобы получить параллельный пучок, изображение должно быть в бесконечности, то есть \(d_2 \to \infty\). В этом случае формула упрощается до: \[ \frac{1}{F} = \frac{1}{d_1} \] или \[ d_1 = F \] Это означает, что источник света нужно поместить точно на фокусном расстоянии от линзы. 2. Использование параболического зеркала: * Если поместить источник света в фокус параболического зеркала, то отраженные лучи света будут параллельными. Этот принцип используется, например, в автомобильных фарах и прожекторах. 3. Использование коллиматора: * Коллиматор — это оптическое устройство, предназначенное для получения параллельных пучков света или частиц. Он обычно состоит из источника света и собирающей линзы (или системы линз), расположенных так, чтобы источник находился в фокусе линзы. В контексте Опыта 33, для получения параллельных пучков света от осветителей, скорее всего, используются специальные оптические системы внутри самих осветителей, которые включают линзы, расположенные относительно источника света на фокусном расстоянии. § 2. ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ДВУХ ОПТИЧЕСКИХ СРЕД Опыт 34. Как это происходит: 1. В прозрачную прямоугольную ванну (аквариум) вставляют белый экран и наливают воду. 2. На дно ванны помещают плоское зеркало. 3. Пучок света от лазера (или другого источника, дающего тонкий пучок) направляют в ванну вдоль белого экрана. 4. Когда пучок света попадает на границу раздела сред "воздух — вода", он преломляется. Это означает, что его направление изменяется. 5. Пройдя через воду, пучок света достигает плоского зеркала на дне ванны, отражается от него и движется обратно к поверхности воды. 6. На границе раздела сред "вода — воздух" пучок света снова преломляется, выходя из воды в воздух. Вывод: Этот опыт демонстрирует явление преломления света. Преломление происходит, когда свет переходит из одной прозрачной среды в другую (например, из воздуха в воду или из воды в воздух), потому что скорость света в разных средах разная. Направление пучка света изменяется на границе раздела этих сред. Закон преломления света (закон Снеллиуса): \[ n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \beta \] где \(n_1\) — показатель преломления первой среды, \(n_2\) — показатель преломления второй среды, \(\alpha\) — угол падения (угол между падающим лучом и нормалью к поверхности), \(\beta\) — угол преломления (угол между преломленным лучом и нормалью). Дополнительные сведения: * Т. Т. Прямоугольная ванна входит в комплект прибора "ванна с электродами". Это может указывать на то, что этот прибор используется не только для оптических опытов, но и для изучения электрических полей в жидкостях. * Световой пучок лазерного излучения расширяют в горизонтальной плоскости цилиндрической линзой. Это делается для того, чтобы сделать пучок света более широким и плоским, что позволяет лучше наблюдать его путь в воде и преломление. * Для показа этого опыта может быть использован и иной источник света, например, оптическая скамья ФОС. * Поглощение и рассеивание света водой могут ослаблять световой пучок. Чтобы сделать его более видимым, в воду иногда добавляют немного молока или других рассеивающих частиц, которые делают путь луча света более заметным. Надеюсь, это объяснение поможет вам переписать информацию в тетрадь!