Start › Definicje i teoria › Fizyka › Optyka i fale elektromagnetyczne
∑ Matematyka⚛ Fizyka⬡ Chemia📖 Język polski

Definicje: Optyka i fale elektromagnetyczne

Fale elektromagnetyczne, rozchodzenie się światła, odbicie i załamanie, zwierciadła i soczewki, przyrządy optyczne, interferencja, dyfrakcja i polaryzacja.

20 definicji
Odbicie i załamanie światła SP · szkoła podstawowa
Prawo odbicia: kąt padania = kąt odbicia ($\alpha = \alpha'$), obie mierzone od normalnej do powierzchni.
Prawo Snella (załamanie): $$n_1 \sin\alpha = n_2 \sin\beta$$ Gdzie $n$ — współczynnik załamania ośrodka, $\alpha$ — kąt padania, $\beta$ — kąt załamania.
$n_{powietrze} \approx 1$; $n_{woda} \approx 1{,}33$; $n_{szkło} \approx 1{,}5$.
Prosto mówiąc: Światło wchodząc do gęstszego ośrodka "zagina się" ku normalnej (zwalnia). Kij w wodzie wygląda złamany właśnie z tego powodu. Soczewki, pryzmaty i tęcza — to skutki załamania.
Całkowite wewnętrzne odbicie: jeśli $n_1 > n_2$ i $\alpha > \alpha_g$ (kąt graniczny: $\sin\alpha_g = \dfrac{n_2}{n_1}$), promień nie przechodzi — wraca. Zasada działania światłowodów.
Zwierciadła kuliste: równanie: $\dfrac{1}{f} = \dfrac{1}{d_o}+\dfrac{1}{d_i}$; ogniskowa $f = \dfrac{R}{2}$.
Przykład: Promień przechodzi z wody ($n=1{,}33$) do powietrza ($n=1$) pod kątem 30°. Kąt załamania? $$\sin\beta = \frac{1{,}33}{1}\cdot\sin30° = 1{,}33\cdot0{,}5 = 0{,}665 \Rightarrow \beta \approx 41{,}7°$$
⚡ Zapamiętaj: Przechodząc do gęstszego ośrodka — kąt maleje (zagina się ku normalnej). Do rzadszego — kąt rośnie (oddala się od normalnej). Tęcza = dwa załamania + jedno odbicie wewnątrz kropli deszczu.
Źródła światła i jego rozchodzenie się (klasa 8 SP) SP · szkoła podstawowa

Źródła

Naturalne (Słońce) i sztuczne (żarówka); ciała oświetlone tylko odbijają światło.

Rozchodzenie

W ośrodku jednorodnym światło biegnie prostoliniowo.

Cień

Powstaje, bo światło nie omija przeszkód.

Odbicie światła — zwierciadła (klasa 8 SP) SP · szkoła podstawowa

Prawo odbicia

Kąt padania równa się kątowi odbicia.

Zwierciadło płaskie

Tworzy obraz pozorny, prosty, tej samej wielkości.

Zwierciadła kuliste

Wklęsłe skupiają, wypukłe rozpraszają promienie.

Załamanie światła (klasa 8 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Załamanie światła

Zjawisko

Na granicy ośrodków światło zmienia kierunek biegu.

Przyczyna

Zmiana prędkości światła przy przejściu do innego ośrodka.

Skutki

Pozorne załamanie ołówka w wodzie, powstawanie tęczy.

Soczewki (klasa 8 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Soczewki

Rodzaje

Skupiające (wypukłe) i rozpraszające (wklęsłe).

Ognisko

Punkt, w którym soczewka skupiająca zbiera promienie równoległe; odległość to ogniskowa.

Zdolność skupiająca

Mierzona w dioptriach, odwrotność ogniskowej.

Konstrukcja obrazów (klasa 8 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Konstrukcja obrazów

Promienie charakterystyczne

Równoległy do osi przechodzi przez ognisko; przez środek biegnie bez załamania.

Cechy obrazu

Rzeczywisty lub pozorny, prosty lub odwrócony, powiększony lub pomniejszony.

Zależność

Cechy zależą od odległości przedmiotu od soczewki.

Oko i wady wzroku (klasa 8 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Oko i wady wzroku

Oko

Soczewka tworzy na siatkówce obraz rzeczywisty, odwrócony i pomniejszony.

Wady

Krótkowzroczność i dalekowzroczność wynikają z nieostrego obrazu na siatkówce.

Korekcja

Okulary z soczewkami rozpraszającymi lub skupiającymi.

Rozszczepienie światła i barwy (klasa 8 SP) SP · szkoła podstawowa

Rozszczepienie

Pryzmat rozkłada światło białe na barwy tęczy.

Przyczyna

Różne barwy załamują się pod różnym kątem.

Barwy ciał

Ciało ma barwę światła, które odbija; pochłania pozostałe.

Optyka falowa — dyfrakcja i interferencja LO · szkoła średnia
Definicje:
  • Dyfrakcja: ugięcie fal przy przechodzeniu przez wąską szczelinę lub omijaniu przeszkody. Widoczna, gdy rozmiar przeszkody $\sim \lambda$.
  • Interferencja: nakładanie się dwóch (lub więcej) spójnych fal tego samego rodzaju.
    • Wzmocnienie (konstruktywne): różnica dróg $\delta = k\lambda$ ($k \in \mathbb{Z}$)
    • Wygaszenie (destruktywne): $\delta = (2k+1)\dfrac{\lambda}{2}$
  • Spójność: fale muszą mieć tę samą częstotliwość i stałą różnicę faz
Prosto mówiąc: Interferencja: dwie fale wodne krzyżują się — tam gdzie oba "garby" się spotkają, tworzy się wyższy garb (wzmocnienie); garb + dolina = zero (wygaszenie). Dyfrakcja: fala "zakręca za róg".
Siatka dyfrakcyjna: $d\sin\theta = k\lambda$ — wyznaczanie długości fali; stosowane w spektroskopii.
Doświadczenie Younga (dwie szczeliny): $\Delta y = \dfrac{\lambda L}{d}$ — odległość prążków interferencyjnych.
Przykład: Dwie szczeliny odległe o $d = 0{,}5$ mm, ekran w odległości $L = 2$ m, $\lambda = 600$ nm. Odległość prążków? $$\Delta y = \frac{600\cdot10^{-9} \cdot 2}{0{,}5\cdot10^{-3}} = \frac{1{,}2\cdot10^{-6}}{5\cdot10^{-4}} = 2{,}4\cdot10^{-3}\ \text{m} = 2{,}4\ \text{mm}$$
⚡ Zapamiętaj: Dyfrakcja i interferencja są dowodem na falową naturę światła (Young, 1801). Zjawiska te NIE da się wytłumaczyć modelem korpuskularnym — to fundamentalny dowód na dualizm korpuskularno-falowy.
Odbicie i załamanie — prawo Snella (klasa 4 LO) LO · szkoła średnia

Odbicie

Kąt padania równa się kątowi odbicia.

Prawo Snella

$n_1\sin\alpha_1=n_2\sin\alpha_2$.

Współczynnik załamania

$n=\frac{c}{v}$ — stosunek prędkości światła w próżni do prędkości w ośrodku.

Całkowite wewnętrzne odbicie (klasa 4 LO) LO · szkoła średnia

Warunek

Zachodzi przy przejściu do ośrodka rzadszego, gdy kąt przekroczy kąt graniczny.

Kąt graniczny

$\sin\alpha_{gr}=\frac{n_2}{n_1}$.

Zastosowanie

Światłowody.

Obwód drgający LC (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Obwód drgający LC

Drgania

Energia oscyluje między kondensatorem a cewką.

Częstotliwość

$f=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$ (wzór Thomsona).

Analogia

Odpowiednik drgań mechanicznych.

Zwierciadła (klasa 4 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Zwierciadła

Rodzaje

Płaskie, wklęsłe (skupiające) i wypukłe (rozpraszające).

Równanie

$\frac{1}{x}+\frac{1}{y}=\frac{1}{f}$, gdzie $f=\frac{r}{2}$.

Obrazy

Zależą od położenia przedmiotu względem ogniska.

Powstawanie fal elektromagnetycznych (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia

Źródło

Przyspieszany ładunek (drgający) wypromieniowuje falę.

Natura

Wzajemnie prostopadłe, zmienne pola elektryczne i magnetyczne.

Prędkość

W próżni $c\approx3\cdot10^8\,\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$.

Soczewki — równanie soczewki (klasa 4 LO) LO · szkoła średnia

Równanie

$\frac{1}{x}+\frac{1}{y}=\frac{1}{f}$.

Zdolność skupiająca

$D=\frac{1}{f}$, w dioptriach.

Powiększenie

$p=\frac{y}{x}$.

Przyrządy optyczne (klasa 4 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Przyrządy optyczne

Lupa

Soczewka skupiająca dająca powiększony obraz pozorny.

Mikroskop

Układ obiektywu i okularu — duże powiększenie małych obiektów.

Luneta

Obserwacja odległych obiektów.

Widmo fal elektromagnetycznych (klasa 3 LO) LO · szkoła średnia

Zakresy

Fale radiowe, mikrofale, podczerwień, światło widzialne, ultrafiolet, promienie X i gamma.

Zależność

Im krótsza długość fali, tym większa częstotliwość i energia.

Wspólne cechy

Wszystkie rozchodzą się z prędkością światła.

Interferencja światła — doświadczenie Younga (klasa 4 LO) LO · szkoła średnia

Zjawisko

Nakładanie się fal świetlnych daje jasne i ciemne prążki.

Warunek jasnych prążków

Różnica dróg równa wielokrotności $\lambda$.

Wniosek

Doświadczenie potwierdza falową naturę światła.

Dyfrakcja — siatka dyfrakcyjna (klasa 4 LO) LO · szkoła średnia

Dyfrakcja

Uginanie światła na szczelinach i przeszkodach.

Siatka

Wiele równoległych szczelin; warunek maksimów: $d\sin\alpha=k\lambda$.

Zastosowanie

Pomiar długości fali, spektroskopia.

Polaryzacja światła (klasa 4 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Polaryzacja światła

Zjawisko

Uporządkowanie kierunku drgań pola elektrycznego fali.

Dowód poprzeczności

Polaryzacja świadczy, że światło jest falą poprzeczną.

Zastosowanie

Okulary polaryzacyjne, ekrany LCD.

Zacznij dziś

Zacznij naukę już dziś — to nic nie kosztuje

Załóż bezpłatne konto i otwórz dostęp do pełnego śledzenia postępów, planów nauki i quizów. Arkusze i zadania podstawowe są dostępne bez rejestracji. Już ponad 5 000 uczniów uczy się z Matematix.