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Note for Physics - Phy by Divyansh Das

  • Physics - Phy
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Text from page-1

PHYSICS Part I: Optics

Text from page-2

Contents 1 Nature of light 1.1 1.2 1 Light – Wave or stream of particles? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.1.1 What is a wave? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.1.2 Evidence for wave properties of light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.1.3 Evidence for light as a stream of particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Features of a wave . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2 Propagation of light 9 2.1 Huygens’ Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2 Refraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.3 Total internal reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3 Images 3.1 13 Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.1.1 Real images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3.1.2 Virtual images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 iii

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CONTENTS 3.2 Curved mirrors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.3 Ray tracing with mirrors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.4 The mirror equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 4 Lenses 19 4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4.2 Refraction at a spherical interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 4.3 A lens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.3.1 Locating the image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.3.2 The lensmaker’s equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.3.3 The thin lens equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.3.4 Converging and diverging lenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 4.3.5 Ray tracing with lenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.3.6 Real and virtual images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.3.7 Lateral magnification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 5 Optical instruments using lenses 5.1 27 Single-lens systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 5.1.1 A magnifying glass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 5.2 Compound optical systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 5.3 The refracting telescope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 6 Interference and diffraction 6.1 35 Wave phenomena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

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CONTENTS v 6.1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 6.1.2 Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 6.1.3 Diffraction 6.1.4 Diffraction gratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 6.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Summary of formulas in this chapter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 A Small angle approximation 45 A.1 Small angle approximation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 B Derivations for the exam 47 B.1 Derivations for the Module 7 exam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

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