Материал: kompendium_po_fizike

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
background image

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

background image

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

background image

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

. 

background image

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

. 

background image

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

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/6211