Рамка с током в однородном магнитном поле

На рамку с током в магнитном поле действует момент сил, стремящийся повернуть рамку так, чтобы плоскость рамки была перпендикулярна магнитным линиям поля.

На взаимодействии магнитного поля и рамки с током основана работа различных электрических приборов и устройств (например, гальванометра, электродвигателя постоянного тока).

ТЕМА 4. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

§11. Отражение и преломление света

Геометрическая оптика — раздел оптики, в котором свет рассматривается как совокупность световых лучей.

Луч — линия, вдоль которой распространяется световая энергия. В прозрачной однородной среде лучи — прямые линии.

Точечный источник света — источник света, размеры которого много меньше расстояния от него до точки, в которой определяется действие света.

Тень — область за непрозрачным телом, в которое свет от точечного источника не попадает.

Если источник света является точечным (обозначен буквой S на рис. 11.1), то за непрозрачным предметом (на рис. 11.1 показан шар P) на экране АВ (достаточно близко расположенном к предмету) образуется тень (область CD, представляющая собой круг) с четкой границей между ней и освещенной поверхностью экрана.

Отражение света от плоского зеркала

Угол падения — угол между перпендикуляром к поверхности тела и падающим лучом света.

Угол отражения — угол между перпендикуляром к поверхности тела и отраженным лучом света.

На рис. 11.2 показаны плоское зеркало АВ, луч падающий DC, луч отраженный CE, перпендикуляр CF,восстановленный к поверхности тела в т.C падения луча, угол падения a, угол отражения b.

Закон отражения света

Луч падающий, отраженный и перпендикуляр, восстановленный к поверхности тела в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

Угол падения равен углу отражения:

                                                                             (11.1)

Гомоцентрический пучок света — пучок света, лучи которого или их продолжения пересекаются в одной точке.

Гомоцентрический пучок света образуется от точечного источника света.

Параллельный пучок света ¾пучок света, все лучи которого параллельны.

Параллельным пучком света можно считать пучок света от бесконечно удаленного источника света.

После отражения от плоского зеркала параллельный (гомоцентрический) пучок света остается параллельным (гомоцентрическим) пучком света.

Действительное изображение точки — точка пересечения отраженных (преломленных) лучей.

Мнимое изображение точки — точка пересечения продолжений отраженных (преломленных) лучей.

На рис. 11.3 показаны плоское зеркало АВ, точечный источник света S и его мнимое изображение S¢.

Изображение предмета в плоском зеркале: мнимое, прямое, равное предмету.

Область, в которой видно изображение точечного  источника света в плоском зеркале может быть определена следующим образом:

а) строим мнимое изображение точечного источника света S¢ относительно плоскости зеркала (на рис. 11.4 — плоскости ОО¢);

б) через мнимое изображение точечного источника света S¢ и крайние точки A и B зеркала  проводим прямые линии S¢AC и S¢BD;

в) область, ограниченная этими прямыми и зеркалом, является областью, в которой можно видеть изображение точечного источника света (область CABD).

Преломление света

Преломление света — изменение направления распространения света при его прохождении через поверхность раздела двух оптически разнородных сред.

Угол преломления — угол между преломленным лучом и перпендикуляром, восстановленным к поверхности раздела двух сред в точке падения луча.

Абсолютный показатель преломления

                                 ,                                 (11.2)

где скорость света в вакууме (газовой среде, давление которой значительно меньше атмосферного) с = 3×10⁸ м/с, v_ср — скорость света в веществе.

Для любого вещества абсолютный показатель преломления больше единицы: n > 1 (см. приложение 8, таблица П8.10).

На рис. 11.5а,б показаны поверхность раздела двух сред АВ, падающий луч DC в среде с абсолютным показателем преломления n₁, преломленный луч CE в среде с абсолютным показателем преломления n₂, перпендикуляр FH,восстановленный к поверхности раздела двух сред в т. C падения луча DC, a₁ — угол падения луча и a₂ — угол преломления луча.

Если n₂ > n₁, то вторая среда называется оптически более плотной, чем первая, если n₂ < n₁ – оптически менее плотной, чем первая.

Если вторая среда является оптически более плотной, чем первая, то угол преломления луча будет меньше угла падения (a₂ < a₁, см. рис.11.5а), если менее плотной, то угол преломления луча будет больше угла падения (a₂ > a₁, см. рис.11.5б).

Относительный показатель преломления второй среды относительно первой

                                  ,                               (11.3)

где n₁ — абсолютный показатель преломления 1-й среды, n₂ — абсолютный показатель преломления 2-й среды.

Закон преломления

Лучи падающий, преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча к поверхности раздела двух сред, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения луча в 1-й среде к синусу угла преломления во 2-й среде равно относительному показателю преломления 2-й среды относительно 1-й среды:

                                   .                          (11.4)

Из выражения (11.4) следует, что

                                (i = 1,2),               (11.5)

где n_i — абсолютный показатель преломления i-й среды, a_i — угол между лучом света в i-й среде и перпендикуляром, восстановленным к границе раздела двух сред в точке преломления луча.