Материал: kompendium_po_fizike
181
ОПТИЧЕСКАЯ
МИКРОСКОПИЯ
.
РЕФРАКТОМЕТРИЯ
.
ЭНДОСКОПИЯ
1.
Геометрическая
оптика
.
Законы
геометрической
оптики
Геометрическая
оптика
–
раздел
оптики
,
изучающий
распространение
света
без
учёта
его
волновых
свойств
.
В
основе
геометрической
оптики
лежат
5
законов
:
1)
закон
прямолинейного
распространения
света
:
свет
в
однородной
среде
движется
так
,
чтобы
время
в
пути
было
минимальным
-
то
есть
,
по
прямым
линиям
;
2)
закон
независимости
световых
лучей
:
в
однородной
среде
лучи
распространяются
независимо
друг
от
друга
;
3)
закон
обратимости
светового
луча
:
при
изменении
направления
распространения
света
на
противоположное
он
будет
двигаться
по
тем
же
линиям
,
что
и
ранее
;
4)
закон
отражения
:
луч
падающий
,
луч
отражённый
и
перпендикуляр
к
границе
раздела
сред
,
восстановленный
в
точке
падения
,
лежат
в
одной
плоскости
;
угол
падения
равен
углу
отражения
:
отр
пад
;
5)
закон
преломления
:
луч
падающий
,
луч
отражённый
и
перпендикуляр
к
границе
раздела
сред
,
восстановленный
в
точке
падения
,
лежат
в
одной
плоскости
;
отношение
показателя
преломления
первой
среды
к
показателю
преломления
второй
среды
равно
отношению
синуса
угла
преломления
к
синусу
угла
падения
:
пад
преломл
n
n
sin
sin
2
1
.
2.
Ход
лучей
в
трехгранной
призме
.
Рефрактометрия
и
рефрактометры
При
прохождении
светового
луча
через
трёхгранную
призму
последний
испытывает
преломление
на
двух
гранях
:
сначала
на
грани
AB
,
затем
–
на
грани
AC
(
рисунок
83),
эти
грани
называются
преломляющими
гранями
.
Будем
полагать
,
что
182
показатель
преломления
призмы
(
например
,
из
стекла
)
1
n
больше
показателя
преломления
внешней
среды
2
n
(
например
,
воздуха
).
В
этом
случае
,
1
1
,
так
как
свет
переходит
из
среды
с
меньшим
показателем
преломления
в
среду
с
большим
показателем
;
2
2
,
так
как
свет
переходит
из
среды
с
большим
показателем
преломления
в
среду
с
меньшим
.
Угол
между
преломляющими
гранями
называется
преломляющим
углом
призмы
(
),
угол
между
падающим
на
призму
лучом
,
и
лучом
,
выходящим
из
призмы
,
называется
углом
отклонения
призмы
(
).
Перечисленные
выше
углы
связаны
формулой
:
1
1
2
2
1
2
1
2
1
sin
cos
sin
1
sin
arcsin
n
n
n
n
При
малых
углах
падения
(
10
1
)
справедлива
формула
:
1
1
2
n
n
Так
как
угол
отклонения
призмы
связан
с
показателями
преломления
сред
,
то
при
знании
углов
и
одного
из
показателей
преломления
можно
вычислить
оставшийся
показатель
преломления
.
Этот
метод
является
одним
из
методов
рефрактометрии
.
Рефрактометрия
–
раздел
оптики
,
изучающий
методы
измерения
показателей
преломления
сред
.
Соответственно
,
приборы
,
с
помощью
которых
вычисляют
показатели
преломления
сред
,
называются
рефрактометрами
.
Показатель
преломления
можно
определять
по
углу
отклонения
призмы
,
по
углу
полного
внутреннего
отражения
,
по
изменению
интерференционной
картины
,
по
углу
поворота
поляризационной
призмы
.
Рефрактометры
используются
в
лабораторной
практике
Рисунок
83.
Преломление
луча
в
трёхгранной
призме
183
для
идентификации
веществ
и
определения
их
концентрации
,
в
фармакологии
при
производстве
некоторых
препаратов
(
например
,
витамина
С
),
в
санитарии
при
анализе
сточных
вод
,
в
биохимических
исследованиях
.
3.
Явление
полного
внутреннего
отражения
света
.
Волоконная
оптика
и
ее
применение
в
медицине
При
переходе
света
из
одной
среды
в
другую
наблюдается
его
преломление
.
При
этом
выполняется
соотношение
:
пад
преломл
n
n
sin
sin
2
1
Если
свет
переходит
из
среды
с
большим
показателем
преломления
в
среду
с
меньшим
показателем
,
то
угол
преломления
будет
больше
,
чем
угол
падения
,
и
наоборот
.
Возможна
предельная
ситуация
,
когда
угол
преломления
станет
равным
или
более
90°,
в
этом
случае
преломлённый
луч
не
будет
выходить
из
среды
с
большим
показателем
преломления
.
Это
явление
называется
полным
внутренним
отражением
.
Минимальный
угол
падения
,
при
котором
наблюдается
это
явление
,
вычисляется
из
условия
:
90
преломл
,
откуда
получаем
формулу
:
1
2
arcsin
n
n
пад
,
где
2
1
n
n
.
Явление
ПВО
используется
в
рефрактометрии
,
для
измерения
показателей
преломления
,
в
рефрактометре
Аббе
.
Кроме
того
,
это
явление
лежит
в
основе
волоконной
оптики
–
раздела
оптики
,
изучающего
распространение
света
по
гибким
прозрачным
волокнам
(
оптоволокнам
).
Пучок
таких
волокон
образует
специальный
светопроводящий
провод
–
световод
.
Волоконная
оптика
используется
в
медицине
для
изучения
полостей
тела
(
гастроскопия
и
т
.
д
.),
для
наблюдения
за
ходом
выполнения
операций
без
обширного
разреза
тканей
–
лапароскопия
,
для
подведения
светового
излучения
с
целью
освещения
полостей
тела
,
для
подведения
лазерного
излучения
с
целью
воздействия
на
ткани
и
органы
.
184
4.
Линзы
.
Аберрация
линз
Линзой
называется
прозрачное
тело
,
ограниченное
двумя
криволинейными
поверхностями
.
Линзы
делятся
на
собирающие
–
лучи
идущие
из
бесконечно
удалённого
источника
,
собираются
за
линзой
,
и
рассевающие
–
лучи
,
идущие
от
бесконечно
удалённого
источника
,
рассеиваются
за
линзой
.
Фокусом
линзы
называется
точка
,
через
которую
идут
лучи
или
их
продолжения
от
источника
в
бесконечности
.
Фокусное
расстояние
линзы
–
расстояние
от
линзы
до
её
фокуса
,
вычисляется
по
формуле
:
2
1
1
1
)
1
(
1
R
R
n
F
Линза
называется
тонкой
,
если
её
высота
значительно
больше
толщины
.
Формула
тонкой
линзы
имеет
вид
:
2
1
1
1
1
a
a
F
.
В
этой
формуле
F
–
фокусное
расстояние
линзы
(
расстояние
от
линзы
до
фокуса
),
n
–
показатель
преломления
линзы
,
R
1
и
R
2
–
радиусы
кривизны
передней
и
задней
поверхности
линзы
.
Величина
,
обратная
фокусному
расстоянию
линзы
,
называется
оптической
силой
линзы
:
F
D
1
.
Для
построения
изображений
в
тонких
линзах
используются
следующие
правила
:
а
)
лучи
,
идущие
по
оптической
оси
,
не
преломляются
;
б
)
лучи
,
идущие
параллельно
оптической
оси
,
проходят
через
фокус
;
в
)
лучи
,
походящие
через
центр
линзы
,
не
преломляются
.
Любая
реальная
линза
вносит
искажения
в
изображение
,
эти
искажения
называются
аберрациями
.
Аберрации
бывают
:
1)
хроматические
;
2)
монохроматические
:
а
)
сферическая
аберрация
,
б
)
астигматизм
,
в
)
дисторсия
и
др
.
185
Хроматическая
аберрация
возникает
из
-
за
того
,
что
материал
линзы
имеет
разные
показатели
преломления
для
разных
длин
волн
,
соответственно
для
каждой
длины
волны
будет
свой
фокус
.
Для
устранения
данной
аберрации
используется
система
линз
,
у
которых
сближены
фокусы
для
лучей
разного
цвета
.
Если
фокусы
сближены
для
двух
лучей
,
то
система
называется
ахроматической
,
для
трёх
–
апохроматической
,
четырёх
–
суперхроматической
.
Сферическая
аберрация
возникает
из
-
за
того
,
что
дистальные
части
линзы
имеют
показатели
преломления
,
отличные
от
показателей
центральной
части
.
Аберрации
астигматизма
возникают
из
-
за
двух
причин
.
Первая
причина
состоит
в
том
,
что
при
значительных
углах
падения
лучей
на
линзу
показатель
преломления
будет
зависеть
от
угла
падения
,
из
-
за
чего
,
лучи
,
падающие
под
разными
углами
на
линзу
,
после
преломления
будут
пересекаться
на
разных
расстояниях
от
неё
.
Вторая
причина
заключается
в
том
,
что
линза
может
иметь
разные
радиусы
кривизны
поверхностей
в
меридиональном
и
сагиттальном
сечении
.
Дисторсия
возникает
из
-
за
того
,
что
при
больших
углах
лучей
с
оптической
осью
линзы
увеличение
линзы
зависит
от
угла
падения
.
Для
устранения
монохроматических
аберраций
используется
либо
диафрагмирование
светового
пучка
,
либо
расположение
за
линзой
другой
линзы
,
с
противоположной
аберрацией
.
5.
Оптическая
микроскопия
.
Ход
лучей
в
микроскопе
Простейший
микроскоп
представляет
собой
оптическую
систему
,
состоящую
из
двух
короткофокусных
собирающих
линз
.
Линза
,
расположенная
ближе
к
рассматриваемому
объекту
,
называется
объективом
,
линза
,
находящаяся
ближе
к
глазу
наблюдателя
,
называется
окуляром
.
Увеличение
,
даваемое
микроскопом
,
можно
вычислить
по
формуле
:
ок
об
f
f
a
0
,
где
0
a
–
расстояние
наилучшего
зрения
(25
см
),
–
длина
тубуса
(
расстояние
от
заднего
фокуса
объектива
до