Геометрическая оптика — предельный случай волновой оптики. Основанием для такого утверждения является то, что в процессе развития классической электродинамики «…было показано, что формулы геометрической оптики могут быть получены из уравнения Максвелла как предельный случай, соответствующий переходу к исчезающей малой длине волны».
Геометрическая оптика изучает законы распространения оптического излучения на основе представления о световых лучах. А световой луч — это линия, вдоль которой распространяется световая энергия, световой луч перпендикулярен фронту световой волны. Пользоваться понятием луча можно лишь в тех случаях, когда не надо учитывать дифракционных явлений, т. е. когда длина световой волны л много меньше препятствий, различных неоднородностей на пути распространения света.
Теоретический вывод законов отражения и преломления света осуществляют с привлечением принципа Гюйгенса на основании исходного положения «свет — электромагнитная волна». Принцип Гюйгенса вводят именно в этом месте курса как правило, позволяющий, исходя из; положения волнового фронта в какой-либо момент времени, найти положение волнового фронта для ближайшего момента времени.
Важно показать, что, пользуясь принципом Гюйгенса, мы не только находим закон преломления, который можно проверить экспериментально, но и получаем возможность объяснить физический смысл показателя преломления n: показатель преломления равен отношению скорости световой волны в первой среде к скорости ее во второй среде.
После рассмотрения законов отражения и преломления света изучают явление полного отражения света. Учащиеся должны усвоить, что полное отражение наблюдают при переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную (возьмем для простоты случай перехода света из стекла в воздух). Для этого случая предельный угол полного отражения определяют из формулы.
где nпоказатель преломления стекла относительно воздуха. При изучении полного отражения света интересно и важно рассмотреть его технические применения — волоконную оптику, световоды и т. п.
