Учебная программа, методические Указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения минск 200




НазваниеУчебная программа, методические Указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения минск 200
страница2/15
Дата публикации31.07.2013
Размер1.67 Mb.
ТипПрограмма
zadocs.ru > Физика > Программа
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15


2.2 Содержание дисциплины
^ Раздел 4 Оптика
Тема 4.1 Геометрическая оптика. Принцип Ферма.

Законы отражения и преломления.

Формулы зеркала и тонкой линзы
Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики. Оптико-механическая аналогия. Принцип наименьшего времени Ферма. Показатель преломления среды. Оптическая и геометрическая длина пути. Таутохронность. Законы отражения и преломления. Полное внутреннее отражение. Формулы зеркала и тонкой линзы. Погрешности оптических систем.
Тема 4.2 Интерференция света.

Многолучевая интерференция
Световая волна. Когерентные волны и когерентные источники. Временная и пространственная когерентности. Время и длина когерентности. Частично когерентный свет. Степень когерентности. Принцип суперпозиции световых волн. Интерференция света от двух источников. Опыт Юнга. Другие способы наблюдения интерференции света: зеркала Френеля, Ллойда, бипризма Френеля, билинза Бийе и др. Влияние немонохроматичности и размера источника на интерференционную картину. Интерференция на тонких плёнках и пластинках. Полосы равной толщины и равного наклона. Кольца Ньютона. Просветление оптики. Многолучевая интерференция. Интерферометры. Эталон Фабри-Перо.

^ Лабораторная работа 12. Определение длины световой волны с помощью интерференционных колец Ньютона.
Тема 4.3 Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля.

Дифракционная решётка. Понятие о голографии
Принцип Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Спираль Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии, на щели и от края полуплоскости. Дифракция Фраунгофера на щели. Дифракционная решётка. Угловая дисперсия и разрешающая способность дифракционной решётки. Понятие о голографии. Принципы записи и восстановления изображения.

Лабораторная работа 13. Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решётки.

Лабораторная работа 14. Дифракция Фраунгофера на щели.
Тема 4.4 Дифракция рентгеновских лучей.

Формула Вульфа-Брэггов
Дифракция на пространственных структурах. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа-Брэггов. Исследование структуры вещества с помошью рентгеноструктурного анализа. Методы Лауэ и Дебая-Шерера.
Тема 4.5 Поляризация света.

Распространение света в анизотропных средах.

Двойное лучепреломление
Естественный и поляризованный свет. Поляризаторы и анализаторы. Частично поляризованный свет. Степень поляризации. Эллиптическая, круговая и линейная поляризации света. Закон Малюса. Поляризация при отражении и преломлении. Формулы Френеля. Угол Брюстера.

Анизотропные среды. Двойное лучепреломление. Одноосные и двухосные кристаллы. Обыкновенная и необыкновенная волны. Эллипсоид Френеля. Оптическая ось одноосного кристалла. Положительные и отрицательные кристаллы. Поляризация света при его прохождении через анизотропную среду. Интерференция поляризованных лучей. Полуволновые и четвертьволновые пластинки.

^ Лабораторная работа 15. Изучение явления поляризации света. Проверка закона Малюса.
Тема 4.6 Оптическая активность. Искусственная

анизотропия. Эффекты Фарадея, Керра,

Коттона-Мутона, Поккельса. Фотоупругость
Вращение плоскости поляризации при прохождении света через анизотропные среды. Оптическая активность. Поляриметрия и сахариметрия. Искусственная анизотропия. Эффект Фарадея магнитного вращения плоскости поляризации. Электрооптические эффекты Керра и Поккельса. Ячейка Керра. Оптические затворы. Эффект Коттона-Мутона. Фотоупругость.

^ Лабораторная работа 16. Изучение фотоупругих свойств материалов.
Тема 4.7 Распространение света в веществе.

Дисперсия света. Поглощение света.

Рассеяние света: законы Рэлея, Ми,

комбинационное рассеяние
Взаимодействие света с веществом. Дисперсия света. Опыты Ньютона и Рождественского. Механизм поглощения света. Законы Бугера-Ламберта и Бэра. Рассеяние света в мутных средах. Рэлеевское рассеяние. Рассеяние Ми и Тиндаля. Комбинационное рассеяние Рамана-Ландсберга-Мандельштама.

^ Лабораторная работа 17. Изучение дисперсии и определение длины световой волны с помощью призменного спектроскопа.
Методические указания
В теме 4.1 изучаются вопросы, связанные с геометрической оптикой – наукой о распространении света в оптически прозрачных средах. Основными законами распространения света являются законы прямолинейного распространения света, независимости световых лучей, отражения и преломления на границе двух сред, которые могут быть получены с помощью принципа наименьшего времени Ферма. Следует понимать, что свет представляет собой распространяющиеся электромагнитные волны с определённой длиной волны, а геометрическая оптика является предельным случаем волновой оптики, когда эта длина волны значительно меньше размеров препятствий, которые свет может встретить на своём пути. Вводятся такие важные характеристики оптической среды, как абсолютный показатель преломления, оптическая длина пути, таутохронность. На основе закона отражения выводится формула сферического зеркала. На основе закона преломления рассматриваются явление полного внутреннего отражения и преломление света на сферической границе раздела двух сред в предельном случае параксиальной оптики Гаусса. Выводится формула тонкой линзы и определяются основные параметры оптических приборов: фокусное расстояние, оптическая сила, увеличение. Рассматриваются различные типы искажения изображения и погрешности оптических систем.

Тема 4.2 посвящена интерференции световых волн. Даётся определение световой волны и вводятся её основные характеристики: электрический (или световой) и магнитный векторы, амплитуда, частота, длина волны, волновой вектор и волновое число, фаза и начальная фаза, фазовая скорость волны, волновая поверхность и волновой фронт. Рассматривается взаимодействие световых волн, которое основано на принципе суперпозиции. Необходимо уяснить такие ключевые понятия, как когерентные волны, временная и пространственная когерентность, с которыми связаны время и длина когерентности, когерентные источники света. Следует понимать, что свет от реальных источников является частично когерентным светом, характеризуемым степенью когерентности. На примере опыта Юнга рассматривается интерференция света от двух источников и определяются общие условия интерференции. Изучаются также другие способы наблюдения интерференции света: зеркала Френеля, Ллойда, бипризма Френеля, билинза Бийе и др. Рассматривается интерференция на тонких плёнках, пластинках и клине, а также опыт Ньютона по наблюдению интерференционных колец. Следует обратить внимание на использование явления интерференции для просветления оптики. Интерференция двух световых волн обобщается на случай многолучевой интерференции, реализуемой в различных интерференционных приборах.

Тема 4.3 рассматривает явление дифракции света, первое объяснение которого было дано Гюйгенсом, а затем уточнено Френелем в форме принципа Гюйгенса-Френеля. Следует обратить внимание на то, что дифракция является результатом многолучевой интерференции вторичных когерентных волн, излучаемых поверхностью волнового фронта, который разбивается на зоны Френеля. Здесь следует научиться с помощью метода спирали Френеля графически определять интенсивность световой волны, проходящей через препятствие. Следует различать два типа дифракции: дифракцию Френеля, когда фронт волны является произвольной поверхностью, и дифракцию Фраунгофера (частный случай дифракции Френеля), когда фронт волны является плоскостью. В качестве примеров рассматриваются дифракция Френеля на круглом отверстии, на щели и от края полуплоскости и дифракция Фраунгофера на щели. Изучается прохождение света через дифракционную решётку и условия максимального усиления и ослабления интенсивности. В явлениях дифракции важно различать условия дифракционных максимумов или минимумов от аналогичных условий при интерференции. На примере дифракционной решётки вводятся понятия угловой и линейной дисперсии и разрешающей способности оптического прибора. В этой же теме схематично изучаются принципы записи и восстановления изображения, на которых основано явление голографии. Следует понимать, что голограмма представляет собой фактически сложную дифракционную решётку с нерегулярным распределением светлых и тёмных участков по её поверхности.

В теме 4.4 рассматривается дифракция на пространственных структурах, реализуемая при дифракции рентгеновских лучей на кристаллах, описываемой с помощью формулы Вульфа-Брэггов. В этой теме следует ознакомиться с двумя основными методами рентгеноструктурного исследования структуры вещества: методом Лауэ дифракции на монокристаллах и методом Дебая-Шерера дифракции на поликристаллических образцах.

В теме 4.5 изучается поляризация света. Следует понимать, что всякая монохроматическая световая волна является линейно поляризованной, а степень поляризации света связана с тем, что каждый источник света излучает различные монохроматические волны с хаотической ориентацией плоскости поляризации. Даётся определение естественного, поляризованного и частично поляризованного света, определяемого степенью поляризации, а также эллиптически поляризованного света, частным случаем которого является круговая поляризация. Рассматривается возможность получения линейно поляризованного света при прохождении естественного света через некоторые (анизотропные) кристаллы, а также при отражении и преломлении света на границе раздела двух сред. Выводится закон Малюса для интенсивности света, прошедшего через поляризатор. В случае падения света на границу двух сред получаются формулы Френеля для коэффициентов отражения, из которых следует, что полная поляризация при отражении наблюдается при угле падения, удовлетворяющем условию Брюстера. В этой же теме изучается распространение света в анизотропных средах, приводящее к двойному лучепреломлению. Нужно знать, что анизотропия связана с электрическими и магнитными свойствами кристаллов. По электрическим свойствам кристаллы подразделяются на изотропные, одноосные и двухосные. Более подробно следует обратить внимание на одноосные кристаллы, в которых распространяются обыкновенная и необыкновенная волны. Даётся определение оптической оси кристалла и классификация одноосных кристаллов на положительные и отрицательные. Рассматриваются поляризация света при его прохождении через анизотропную среду и возможность интерференции обыкновенного и необыкновенного лучей и использование этого явления для преобразования различных типов поляризации друг в друга с помощью полуволновых и четвертьволновых пластинок.

Тема 4.6 изучает свойство анизотропных сред поворачивать плоскость поляризации проходящего через них света, называемое оптической активностью, или гиротропией. На этом свойстве основан поляриметрический метод исследования химической структуры вещества. Рассматривается возможность получения анизотропных сред посредством электромагнитного или механического воздействия на оптически однородную среду (искусственная анизотропия). Конкретно следует изучить эффекты вращения плоскости поляризации света, проходящего через жидкость, помещённую в магнитное (эффект Фарадея) или в электрическое поле (электрооптический эффект Керра). Свет, проходящий через изотропный кристалл, помещённый в электрическое (электрооптический эффект Поккельса) или в магнитное поле (эффект Коттона-Мутона) также поворачивает свою плоскость поляризации. Механическое воздействие на вещество приводит к искусственной анизотропии, называемой фотоупругостью. Рассматриваются такие высокоточные оптические приборы, как ячейка Керра, оптические затворы, применяемые в спектроскопии и тонких оптических экспериментах.

В теме 4.7 рассматриваются явления, связанные с взаимодействием света с веществом, в котором он распространяется: дисперсия, поглощение и рассеяние света. Описываются опыты Ньютона, Леру, Кундта и Рождественского по наблюдению нормальной и аномальной дисперсии. Даются основы классической теории дисперсии, исходя из взаимодействия электромагнитной волны с затухающим гармоническим осциллятором, и определяются области нормальной и аномальной дисперсии. Взаимодействие света с любой средой сопровождается потерей светом энергии, что приводит к его поглощению, описываемому законами Бугера-Ламберта и Бэра. В случае рассеяния света в среде следует уяснить, что тип рассеяния зависит от соотношения между длиной волны, длиной свободного пробега вещества и размерами препятствий, попадающихся на пути луча света. Рассматриваются общие свойства рассеяния света в мутных средах, молекулярное рассеяние, рассеяние Рэлея, Ми и Тиндаля, комбинационное рассеяние Рамана-Ландсберга-Мандельштама.
^ Основные формулы
Абсолютный показатель преломления среды:

,

где c – скорость света в вакууме;

– скорость света в среде;

 – относительная диэлектрическая проницаемость среды;

 – относительная магнитная проницаемость среды.

Оптическая длина пути луча света, проходящего через N сред:



где ni – абсолютный показатель преломления i-й среды;

si – геометрическая длина пути луча в i-й среде;

– геометрическая длина пути луча света.

Оптическая разность хода двух лучей света:

.

Законы геометрической оптики:

1 Закон отражения. Луч света, падающий на границу раздела двух сред с различными показателями преломления, отражённый от границы луч света и перпендикуляр к поверхности раздела, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости, причём угол отражения равен углу падения, .

2 Закон преломления. Луч света, падающий на границу раздела двух сред с различными показателями преломления, преломлённый на границе луч света и перпендикуляр к поверхности раздела, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости, причём углы падения и преломления связаны соотношением:

,

где – относительный показатель преломления второй среды относительно первой;

n1 – абсолютный показатель преломления первой среды, из которой свет падает на границу раздела;

– скорость света в первой среде;

n2 – абсолютный показатель преломления второй преломляющей среды;

– скорость света во второй среде.

Условие полного внутреннего отражения:

.

Формула сферического зеркала:

,

где a – расстояние от изображаемой точки или предмета (источника), расположенной на главной оптической оси, до полюса сферической поверхности;

b – расстояние от полюса сферической поверхности до изображения источника;

^ R – радиус сферической поверхности;

f – фокусное расстояние зеркала.

Изображение в зеркале является действительным, если источник и изображение находятся по одну сторону от поверхности зеркала, и мнимым, если источник и изображение находятся по разные стороны от поверхности зеркала.

Для выпуклого зеркала и изо-бражение в нём всегда является мнимым. В случае вогнутого зеркала изображение может быть действительным (если ) или мнимым (если ).

Нулевой инвариант Аббе Q:

,

где a – расстояние от источника или изображения до вершины преломляющей сферической поверхности раздела сред;

r – радиус кривизны преломляющей поверхности.

Переднее фокусное расстояние f1 преломляющей поверхности:

.

Заднее фокусное расстояние f2 преломляющей поверхности:

.

Формула тонкой линзы:

,

где a – расстояние от изображаемой точки или предмета (источника), расположенной на главной оптической оси, до центра линзы;

b – расстояние от центра линзы до изображения источника;

r1 – радиус сферической поверхности линзы, обращённой к источнику;

r2 – радиус сферической поверхности линзы, обращённой к изображению;

f – фокусное расстояние линзы;

D – оптическая сила линзы.

Изображение в линзе является действительным, если источник и изображение находятся по разные стороны линзы, и мнимым, если по одну сторону линзы.

Линейное увеличение U зеркала или линзы:

,

где – поперечный линейный размер изображения, причём знак «+» соответствует прямому изображению, знак «–» – перевёрнутому изображению;

L – поперечный линейный размер предмета.

Световая волна:

,

где – любая компонента электрического E или магнитного H вектора;

x – координаты точки пространства, в которую приходит световая волна в момент времени t;

– амплитуда компоненты электрического E или магнитного H вектора;

 – фаза световой волны;

 – циклическая частота световой волны;
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15

Похожие:

Учебная программа, методические Указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения минск 200 iconУчебная программа, методические Указания и контрольные задания для...
Программа, методические указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения специальности

Учебная программа, методические Указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения минск 200 iconУчебная программа, методические указания и задания к контрольной...
Статистика. Учебная программа, методические указания и задания к контрольной работе

Учебная программа, методические Указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения минск 200 iconМетодические указания по выполнению контрольных работ для студентов безотрывной формы обучения
Воловик, О. В./ Экология Республики Коми [Текст]: метод указания по выполнению контрольных работ для студентов безотрывной формы...

Учебная программа, методические Указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения минск 200 iconМетодические указания по выполнению контрольной работы 31 Общие указания 31
Производственные технологии : программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальностей 1-25 01 07 – Экономика...

Учебная программа, методические Указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения минск 200 iconНемецкий язык методические указания и контрольные задания для студентов...
Немецкий язык : методические указания и контрольные задания для студентов 2 курса железнодорожных специальностей заочной формы обучения...

Учебная программа, методические Указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения минск 200 iconМетодические указания и контрольные задания для студентов специальностей...
Статистика: методические указания и контрольные задания для студентов специальностей 1-26 02 02 «Менеджмент» и 1-26 02 03 «Маркетинг»...

Учебная программа, методические Указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения минск 200 iconПрограмма, методические указания и контрольные задания для студентов...
Рассмотрены и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета

Учебная программа, методические Указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения минск 200 iconМетодические указания и контрольные задания для студентов специальности,...
Методические указания и контрольные задания по дисциплине Стандартизация норм точности для студентов специальности: 1- 38. 02. 01...

Учебная программа, методические Указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения минск 200 iconПрограмма и контрольные задания для студентов I и II курсов заочной...
Математика: программа и контрольные задания / В. Б. Грахов, М. Минькова, В. Б. Соловьянов. Екатеринбург: гоу впо угту-упи, 2005....

Учебная программа, методические Указания и контрольные задания для студентов безотрывной формы обучения минск 200 iconМетодические указания и контрольные задания к выполнению контрольных...
Статистика: методические указания и контрольные задания к выполнению контрольных работ для студентов специальностей 1-25 01 08 «Бухгалтерский...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов