Фізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії План лекції Основні закони геометричної оптики


НазваФізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії План лекції Основні закони геометричної оптики
Дата конвертації07.05.2013
Розмір445 b.
ТипЗакон


Фізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії


План лекції

  • 1. Основні закони геометричної оптики.

  • 2. Закони відбивання і заломлення світла.

  • 3. Повне внутрішнє відбивання.

  • 4. Лінзи та їх характеристики.

  • 5. Інтерференція хвиль

  • 6. Дослід Юнга

    • 7. Дослід Ньютона
    • 8. Явище дифракції.
  • 9. Принцип Гюйгенса-Френеля.

  • 10. Дифракційна решітка.

  • 11. Око, як оптична система





Розділ оптика

  • Оптика вивчає природу світла, світлові явища і закони, встановлені для них і взаємодію світла з речовиною.

  • Око сприймає світло з довжиною

  • хвилі від 380 до 760 нм.



Шкала електромагнiтних хвиль



В геометричній оптиці світло розглядається як сукупність світлових променів - ліній, вздовж яких поширюється енергія електромагнітних хвиль.

  • В геометричній оптиці світло розглядається як сукупність світлових променів - ліній, вздовж яких поширюється енергія електромагнітних хвиль.

  • Загальний критерій застосування законів геометричної оптики :

  • , де D - лінійний розмір перешкоди, L - відстань від перешкоди до екрану,  - довжина хвилі.







Відбивання світла поверхнею води



Відбивання світла полірованими поверхнями



Світло відбивається за наступними законами:

  • 1. Падаючий і відбитий промені разом з перпендикуляром у точці падіння лежать в одній площині.

  • 2. Кут падіння дорівнює куту відбивання.



Хід променів на границі поділу двох середовищ



Явище рефракції

  • При проходженні світла з одного середовища в інше має місце явище рефракції - зміна напрямку поширення світла.

  • На межі двох середовищ з різною оптичною густиною змінюється швидкість світла. Ця властивість речовин характеризується показником заломлення n.



Абсолютний показник заломлення

  • Абсолютний показник заломлення визначається відношенням швидкості світла у вакуумі до швидкості світла в даній речовині.

  • n=c/v



1 Закон заломлення світла

  • 1. Промінь падаючий і промінь заломлений лежать в одній площині з перпендикуляром, поставленим з точки падіння променя до межі розділу двох середовищ.



Закон заломлення світла

  • Відношення синуса кута падіння () до синуса кута заломлення () є величиною сталою і називається відносним показником заломлення другого середовища відносно першого





Повне внутрішнє відбивання світла на межі вода–повітря; S – точкове джерело світла.



Граничний кут повного внутрішнього відбивання

  • Найменший кут падіння, при якому настає повне внутрішнє відбивання, називають граничним кутом повного внутрішнього відбивання.



Поширення світла у волоконному світловоді



Ендоскоп



Рефрактометр

  • Використовуючи залежність показника заломлення від концентрації з допомогою рефрактометра визначають концентрацію розчинів.

  • В медицині з допомогою цього методу визначають концентрацію білка в сироватці крові, а також використовують для аналізу шлункового соку, сечі і інших біологічних рідин.



Будова рефрактометра



Оптична схема рефрактометра

  • 1 - джерело білого світла; 2 – лінза; 3 - освітлювальна призма; 4 - вимірна призма; 5 – дисперсійний компенсатор; 6 - об’єктив; 7 - повертаюча призма; 8 - скляна пластина; 9 - шкала



ЛІНЗИ

  • Лінзою називається прозоре тіло, обмежене двома сферичними поверхнями.

  • Якщо товщина самої лінзи мала в порівнянні з радіусами кривизни сферичних поверхонь, то лінзу називають тонкою. Лінзи входять до складу практично всіх оптичних приладів. Лінзи бувають збірними та розсіювальними



ЗБІРНІ (А) ТА РОЗСІЮВАЛЬНІ (Б) ЛІНЗИ



Оптична вісь лінзи

  • Точка яка знаходиться посередині лінзи, називається оптичним центром лінзи. Пряма, що проходить через геометричні центри сферичних поверхонь, називається головною оптичною віссю лінзи, а всяка інша пряма, що проходить через оптичний центр називається побічною оптичною віссю.



ФОКУС ЛІНЗИ

  • Головним фокусом лінзи називається точка, в якій перетинаються після заломлення в лінзі промені, що падають на неї паралельним пучком до головної оптичної осі. Відстань від оптичного центра до фокуса називається фокусною відстанню(F). Для збиральної лінзи F>0 , для розсіювальної F<0 .



Формула лінзи



Побудова зображення в збірній лінзі



Побудова зображення в розсіювальній лінзі



Оптична сила лінзи



Оптична сила ока

  • Оптична сила ока близько 63-65 дп. При максимальній акомодації ока радіус його передньої поверхні, ока зменшується від 10 до 5,5мм, задньої з 6 до 5,5мм. Оптична сила ока збільшується при цьому до 70-74дп.



Оптична сила лінзи



Основна властивість лінз

  • Це здатність давати зображення предметів. Зображення бувають прямими і перевернутими, дійсними і уявними, збільшеними і зменшеними. Положення зображення і його характер можна визначити за допомогою геометричних побудов. Для цього використовують властивості деяких стандартних променів, хід яких відомий.



Заломлення паралельного пучка променів в збиральній (a) і розсіювальній (b) лінзах.



Закони геометричної оптики виконуються достатньо точно тільки в тому випадку, якщо розміри перешкод на шляху розповсюдженні світла набагато більші від довжини світлової хвилі.

  • Закони геометричної оптики виконуються достатньо точно тільки в тому випадку, якщо розміри перешкод на шляху розповсюдженні світла набагато більші від довжини світлової хвилі.



Оптична система мікроскопа



Оптична система мікроскопа



Будова мікроскопа



Роздільна відстань мікроскопа

  • Роздільна здатність характеризується роздільною відстанню z під якою розуміють найменшу відстань між двома точками предмету, при якому їх зображення видно роздільно.

  • де - довжина хвилі світла, яким освітлюється препарат,

  • n - показник заломлення середовища між препаратом і об'єктивом мікроскопа,

  • - апертурний кут об'єктива мікроскопа - кут між оптичною віссю об'єктива і променем, який проведений із центра розглядуваного предмета до краю отвору об'єктива.



Визначення роздільної відстані мікроскопа



Інтерференція хвиль

  • Мильна бульбашка витає у повітрі…запалюється всіма відтінками кольорів, присутніми оточуючим предметами. Мильна бульбашка, мабуть, найвишуканіше чудо природи. (Марк Твен)



Інтерференція світлових хвиль

  • Інтерференція –  один з яскравих проявів хвильової природи світла. Це явище спостерігається за певних умов при накладенні два або декількох світлових пучків. Інтенсивність світла в області перекриття пучків має характер світлих і темних смуг, що чергуються, причому в максимумах інтенсивність більша, а в мінімумах менше суми інтенсивностей пучків.



Дослідження в області оптики дали пояснення у природі акомодації, астигматизму і кольрового зору. Один із творців хвильової теорії світла.

  • Дослідження в області оптики дали пояснення у природі акомодації, астигматизму і кольрового зору. Один із творців хвильової теорії світла.

  • Пояснив явище інтерференції світла, дав інтерпритацію кілець Ньютона.

  • Виконав перший експеремент по спостереженню інтерференції, отримав два когерентних джерела світла.

  • Відкрив інтерференцію ультрафіолетових променів, виміряв довжину хвиль світла різних кольорів.



явище накладання хвиль, при якому спостерігається стійке у часі підсилення або послаблення результуючих коливань у різних точках простору.

  • явище накладання хвиль, при якому спостерігається стійке у часі підсилення або послаблення результуючих коливань у різних точках простору.



Умовою спостереження інтерференційного максимуму є кратність оптичної різниці ходу цілому числу довжин хвиль.

  • Умовою спостереження інтерференційного максимуму є кратність оптичної різниці ходу цілому числу довжин хвиль.

  • В результаті накладання таких коливань виникає результуюче коливання з подвійною амплітудою.



Умовою спостереження інтерференційного мінімуму є кратність різниці ходу непарному числу довжин півхвиль.

  • Умовою спостереження інтерференційного мінімуму є кратність різниці ходу непарному числу довжин півхвиль.

  • В результаті накладання таких коливань амплітуда коливання рівна нулю, тобто в даній точці коливань немає.



Інтерференційна картина у вигляді чергування максимумів і мінімумів буде стійкою лише при накладанні когерентних

  • Інтерференційна картина у вигляді чергування максимумів і мінімумів буде стійкою лише при накладанні когерентних

  • світлових хвиль.



Когерентні світлові хвилі

  • Хвилі являются когерентними, якщо різниця їх фаз не змінюється з часом.

  • Для синусоїдних (гармонічних) хвиль ця умова виконується при рівності їх частот.





Розподіл інтенсивності в інтерференційній картині





Дослід Ньютона

  • Перший експеримент по спостереження інтерференції світла в лабораторних умовах належить І. Ньютону. Він спостерігав інтерференційну картину, що виникає при віддзеркаленні світла в тонкому повітряному прошарку між плоскою скляною пластиною і плоскоопуклою лінзою великого радіусу кривизни .



  • При відбиванні світла від двох границь повітряного проміжку між випуклою поверхнею лінзи і плоскою пластиною виникають інтерференційні кільця – кільця Ньютона.



Радіус m-го темного кільця

  • де R – радіус кривизни лінзи,

  • m – ціле число (номер кільця).



Кільця Ньютона у відбитому білому світлі

  • Юнг розрахував довжини хвиль опромінення фіолетового і червоного світла

  • λф = 0,42 мкм;

  • λч = 0,7 мкм.



Кільця Ньютона у відбитому зеленому і червоному світлі



Біпризма Френеля

  • Є приладом для спостереження явища інтерференції світла.

  • Біпризма складається з двох одинакових скляних призм з малими заломлюючими кутами і загальною основою.



Схематичне зображення біпризми Френеля



Приклади інтерференції



Принцип Гюйгенса - кожна точка середовища, якої досягне фронт хвилі в певний момент часу, являється джерелом вторинних хвиль. Поверхня, що огинає ці елементарні хвилі, визначає положення фронту хвилі, що поширюється в середовищі в наступний момент часу.

  • Принцип Гюйгенса - кожна точка середовища, якої досягне фронт хвилі в певний момент часу, являється джерелом вторинних хвиль. Поверхня, що огинає ці елементарні хвилі, визначає положення фронту хвилі, що поширюється в середовищі в наступний момент часу.



Принцип Гюйгенса - Френеля



Принцип Гюйгенса-Френеля



Явище дифракції полягає у відхиленні світлових променів від прямолінійного поширення в середовищах з перешкодами (дуже вузькі отвори, краї з перешкодами).

  • Явище дифракції полягає у відхиленні світлових променів від прямолінійного поширення в середовищах з перешкодами (дуже вузькі отвори, краї з перешкодами).



Дифракційна картина – система почерговихих світлих і темних кілець, якщо перешкода круглої форми.

  • Дифракційна картина – система почерговихих світлих і темних кілець, якщо перешкода круглої форми.

  • Якщо перешкода має лінійний характер (щілина, нитка, край екрана), то на екрані виникає система паралельних дифракційних смуг.



Розміри перешкоди дорівнюють або менші довжини хвилі – дифракція одразу за перешкодою.

  • Розміри перешкоди дорівнюють або менші довжини хвилі – дифракція одразу за перешкодою.

  • Розміри перешкоди більші довжини хвилі – дифракція спостерігається на великій відстані від перешкоди.





Дифракційна гратка

  • Прості дифракційні гратки складаються з прозорих ділянок (щілин), розділених непрозорими проміжками.



Дифракційна гратка



Умови дифракційного максимуму та мінімуму



Дифракція світла на гратці



Розподіл інтенсивності при дифракції монохроматичного світла на гратках з різною кількістю щілин. I0 – інтенсивність коливань при дифракції світла на одній щілині.



Розкладання білого світла в спектр за допомогою дифракційних граток.



Око, як оптична система

  • 1 – склера; 2 – рогівка; 3 – райдужна оболонка; 4 – еластичне лінзоподібне тіло; 5 м'яз; 6 – сітчаста оболонка; 7 – зоровий нерв.



Зображення, що виходить на сітківці ока,— дійсне, перевернуте, зменшене



  У людини з нормальним зором фокус оптичної системи ока розташований на сітківці



Виправлення короткозорості та далекозорості





Література

  • 1. Марценюк В.П., Дідух В.Д., Ладика Р.Б., Баранюк І.О., Сверстюк А.С., Сорока І.С. Підручник „Медична біофізика і медична аппаратура” Тернопіль: Укрмедкнига, 2008, 356 с.

  • 2. Медична і біологічна фізика / За ред. О.В.Чалого, 2-е видання - К. : Книга-плюс, 2005.

  • 3. Медична і біологічна фізика / За ред. О.В.Чалого. т.1 - К. : Віпол, 1999; т.2 - К. : Віпол, 2001.





Схожі:

Фізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії План лекції Основні закони геометричної оптики iconФізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії
О птика вивчає світлові явища і закони, встановлені для них, взаємодію світла з речовиною, питання природи світла
Фізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії План лекції Основні закони геометричної оптики iconФізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії Шкала електромагнiтних хвиль
О птика вивчає світлові явища і закони, встановлені для них, взаємодію світла з речовиною, питання природи світла
Фізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії План лекції Основні закони геометричної оптики iconКвантово-механічні методи вивчення біооб’єктів План лекції Елементи квантової оптики

Фізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії План лекції Основні закони геометричної оптики iconЗапрошуємо в загадковий світ геометричної оптики ! Автори: учні 13-а групи
Під час нашого дослідження ми з’ясували, що геометрична оптика має широке практичне застосування І активно використовується з розвитком...
Фізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії План лекції Основні закони геометричної оптики iconТеплове випромінювання План лекції Основи фотометрії
...
Фізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії План лекції Основні закони геометричної оптики iconТеплове випромінювання План лекції Основи фотометрії
...
Фізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії План лекції Основні закони геометричної оптики iconТермодинаміка біологічних систем План лекції
В основу класичної теорії було покладено два закони. Перший представляв закон збереження і перетворення енергії
Фізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії План лекції Основні закони геометричної оптики iconПлан класифікація методів аналізу, переваги І недоліки фма
Фізичні властивості речовин вимірюються за допомогою різноманітних приладів (інструментів), тому фізичні і фізико-хімічні методи...
Фізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії План лекції Основні закони геометричної оптики iconПлан лекції загальні принципи організації тканин та їх класифікація
Залозистий епітелій. Морфофункціональна характеристика залозистих клітин гландулоцитів
Фізичні принципи оптичної мікроскопії, сахариметрії, рефрактометрії План лекції Основні закони геометричної оптики iconПлан лекції загальні принципи організації тканин та їх класифікація
Залозистий епітелій. Морфофункціональна характеристика залозистих клітин гландулоцитів

Додайте кнопку на своєму сайті:
dok.znaimo.com.ua


База даних захищена авторським правом ©dok.znaimo.com.ua 2013
звернутися до адміністрації
dok.znaimo.com.ua
Головна сторінка