Рабочая программа по дисциплине общий курс физики. Оптика и атомная физика для специальности 220100 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети реализуемой на факультете компьютерных наук и информационных технологий icon

Рабочая программа по дисциплине общий курс физики. Оптика и атомная физика для специальности 220100 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети реализуемой на факультете компьютерных наук и информационных технологий


Смотрите также:
Рабочая программа по дисциплине общий курс физики...
Рабочая программа для студентов 3 курса по специальности (вэвм) 220100 Вычислительные машины...
Рабочая программа...
Рабочая программа по дисциплине: Операционные системы Направление 230100 Информатика и...
Рабочая программа составлена на основании Государственного стандарта по специальности 220100...
Рабочая программа дисциплины химия для специальности «Вычислительные машины, комплексы...
Рабочая программа для студентов Vкурса специальности 220100 “Вычислительные машины, комплексы...
Рабочая программа для студентов IV курса специальности 230101 (220100) “Вычислительные машины...
Рабочая программа дисциплины информатика для специальности 2201 «Вычислительные машины...
Рабочая программа...
Рабочая учебная программа для специальностей 1-40 01 01 «Программное обеспечение информационных...
Программа итоговой государственной аттестации выпускников по специальности 230101 Вычислительные...



Загрузка...
скачать


Федеральное агентство по образованию

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ Н.Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО


Кафедра биомедицинской физики


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА



по дисциплине ОБЩИЙ КУРС ФИЗИКИ. ОПТИКА и АТОМНАЯ ФИЗИКА


для специальности 220100 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети

реализуемой на факультете компьютерных наук и информационных технологий


Саратов 2010 год


Рабочая программа

составлена в соответствии

с Государственным образовательным

стандартом

по специальности 220100 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети

(номер государственной регистрации от )


ОДОБРЕНО:

Председатель учебно-методической
комиссии физического факультета,

профессор

__________________ В.Л.Дербов


__________________ 2010 г.





УТВЕРЖДАЮ:

Проректор по учебной работе,

профессор

______________


__________________ 2010 г.


СОГЛАСОВАНО:

Декан физического факультета,

профессор Д.А.Зимняков

декан факультета компьютерных наук

и информационных технологий Д.В. Сперанский

Заведующий кафедрой

биомедицинской физики

физического факультета, профессор Д.А.Зимняков



Вид учебной работы

Бюджет времени по формам обучения, час




очная




заочная




полная программа

ускорен-ные сроки

очно-

заочная


полная программа

Ускорен-ные сроки

Аудиторные занятия, всего

102

-

-

-

-

в том числе:

лекции –

лабораторные (практические) - семинарские


34

68

0

-

-

-

-

Самостоятельная работа студентов

105

-

-

-

-

Зачеты, +/-

+

-

-

-

-

Экзамены, +/-

+

-

-

-

-

Контрольные работы, количество

-

-

-

-

-

Курсовая работа, + /-

-

-

-

-

-


Заведующий кафедрой

биомедицинской физики, профессор Д.А.Зимняков


Автор: профессор кафедры

биомедицинской физики, профессор, д.ф.-м.н. С.С.Ульянов


^ 1. Организационно-методическое сопровождение

Оптика и атомная физика являются одними из основных разделов общего курса физики. Вторая половина 20 столетия ознаменовалась крупнейшими научными достижениями в прикладной и физической оптике, которые не только изменили классический облик оптики, но существенным образом повлияли на развитие других разделов физики и смежных с ней научных дисциплин. Поэтому в настоящее время оптике уделяется особое внимание в системе естественнонаучного образования. Оптикой называют учение о физических явлениях, связанных с процессами излучения, распространения и взаимодействия с веществом коротких электромагнитных волн, длина которых лежит в диапазоне 0,001 мкм - 0,1 мм. Столь широкий взгляд на предмет оптики подразумевает включение в нее вполне самостоятельных разделов - квантовую оптику, волновую оптику и геометрическую оптику, которые из-за обширности материала обычно рассматриваются в разных физических курсах. В данном курсе лекций преимущественно изучаются оптические явления, теория которых рассматривается с позиций волновой и геометрической оптики, при этом основы геометрической оптики изучаются только на практических занятиях - семинарах, и в рамках физического практикума по оптике.

Учебный план по курсу раздела оптики включает курс лекций и лабораторный практикум. Последовательность изучения основных разделов курса волновой оптики, в большей степени отвечает построению изложения материала, принятому в учебном пособии Бутиков Е.И. Оптика. - С.-Петербург: Невский Диалект: БХВ-Петербург. 2003. - 480 с. (Бутиков Е.И. Оптика. - М.: Высшая школа, 1986. - 512 с.), которое и принято в качестве одного из основных рекомендуемых учебников для студентов физического факультета специальности «Физика».

Раздел курса лекций, посвященный вопросам атомной физики, соответствует изложению материала, принятому в учебном пособии И.В. Савельева (Савельев И.В. Курс общей физики, т. III. Оптика, атомная физика, физика атомного ядра и элементарных частиц.) Данное учебное пособие предназначено для студентов инженерно-физических специальностей высших учебных заведений.

При изучении курса оптики и атомной физики студенты должны иметь теоретическую подготовку по следующим разделам и темам общего курса физики: механика, электричество и магнетизм, а также математики: математический анализ и аналитическая геометрия. Студенты должны иметь навыки самостоятельной работы с учебными пособиями и монографической учебной литературой, умение решать физические задачи, требующие применения дифференциального и интегрального математического аппарата, умение производить приближенные преобразования аналитических выражений.

^ 2. Тематический план учебной дисциплины

п/п


Наименование раздела, подраздела, темы лекции


^ Бюджет учебного времени

Форма текущ. и итог. контр.

Всего

в том числе

Лек

ции

Лабор. и практ.

семи­нарские занятия

^ Самост. работа

1

2

3

4

5

6

7




Очная полная программа

1

Геометрическая оптика

18




8










Формулы линзы. Центрированные оптические системы










10




2

Электромагнитные волны оптического диапазона. Поляризация света.

32

10

12










^ Уравнения Максвелла. Уравнение Гельмгольца.

Источники и приемники света.

Шкала электромагнитных волн.

Энергия Эл. Маг. волн. Вектор Умова-Пойтинга.










10

3

Отражение и преломление света. Формулы Френеля.

24

2

12










Построения Гюйгенса.

Вывод формул Френеля.

Закон сохранения энергии при отражении и преломлении.










10

4

Интерференция света. Когерентность.

35

6

14










Векторная диаграмма сложения колебаний.

Интерференция плоских и сферических волн.

Интерференционные опыты с делением волнового фронта.

Временная и пространственная когерентность света.










15




1

2

3

4

5

6

7

8

5

Дифракция света

26

4

12










Зонные пластины.

Дифракция Френеля на краю плоского экрана. Спираль Корню.

Дифракция на круглом отверстии.

Дифракционные решетки.










10

6

Оптика движущихся тел

12

2













Скорость света и методы ее определения.

Опыт Майкельсона.

Проявление эффекта Доплера в спектральных исследованиях.










10

7

^ Тепловое излучение.

12

2







10







Тепловое излучение и люминесценция. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана. Закон Вина. Формула Релея-Джинса. Формула Планка. Оптическая пирометрия.



















8

Фотоны.


12

2







10







Тормозное рентгеновское излучение. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Красная граница фотоэффекта. Формула Эйнштейна. Внешний и внутренний фотоэффект. Опыт Боте. Энергия и импульс фотона. Эффект Комптона.



















9

^ Боровская теория атома.


22

2







10







Закономерности в атомных спектрах. Серии линий спектра испускания атома. Волновые числа. Постоянная Ридберга. Серии Лаймана, Пашена, Брэкета и Пфунда. Модель атома Томпсона. Опыты по рассеянию -частиц. Формула Резерфорда. Ядерная модель атома. Постулаты Бора. Опыт Франка и Герца. Элементарная теория водородного атома. Главное квантовое число.







10










10

^ Квантово-механическая теория водородного атома.


12

2







10







Гипотеза де-Бройля. Волнвые свойства вещества. Уравнение Шредингера. Квантово-механическое описание движения микрочастиц. Свойства волновой функции. Квантование. Частица в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме. Прохождение частиц через потенциальный барьер.































34

68

105

Экзамен




Итого по всему курсу:

207






^ 3. Содержание учебной дисциплины

1

Введение. Оптика и атомная физика в современной физике. Краткая история развития оптики и атомной физике и основные разделы этих наук. Открытия в оптике и в атомной физике в 20-ом столетии.

Оптика




Электромагнитные волны оптического диапазона. Поляризация света

2

^ Электромагнитные волны в однородных, изотропных, не поглощающих, диэлектрических средах. Уравнения Максвелла. Волновое уравнение. Уравнение волны. Плоская монохроматическая волна. Основные характеристики колебаний и волн и их физический смысл. (Амплитуда, фаза, частота, круговая частота, волновое число, длина волны, фазовая скорость, фронт волны, волновые поверхности.)

Пространственно-временная периодичность волнового поля.

Пространственный спектр волны. Пространственные периоды и частоты.

Пространственно неоднородная монохроматическая волна.

3.

Сферическая и цилиндрическая волны. Уравнение параксиальной сферической волны. Гауссов пучок света. Пространственно неоднородные монохроматические волны.

Представление монохроматических волн в комплексном виде. Комплексная амплитуда волнового поля. Уравнение Гельмгольца.

Поперечность электромагнитной волны. Взаимная ориентация волнового вектора, векторов электрического и магнитного полей в плоской волне.

Фазовая скорость волны.

4.

^ Поляризация плоской монохроматической электромагнитной волны. Типы поляризации электромагнитных волн.

Линейно (плоско) поляризованная волна. Плоскость поляризации.

Круговая (циркулярная) и эллиптическая поляризации.

Суперпозиция ортогонально поляризованных волн с различными частотами, с изменяющимися во времени начальными фазами.

Естественный и частично поляризованный свет. Степень поляризации.

Источники света. Приемники света.

Шкала электромагнитных волн. Оптический диапазон.

^ Энергия электромагнитных волн. Плотность потока энергии. Вектор Умова-Пойтинга. Интенсивность света.

5.

^ Стоячие электромагнитные волны. Уравнение стоячей волны. Оптический резонатор.

Поляризация стоячих электромагнитных волн. Линейная, круговая поляризации.

Регистрация стоячих электромагнитных волн. Опыт Винера.

6.

^ Квазимонохроматические волны. Излучение дипольного осциллятора. Разложение по гармоническим составляющим. Временной спектр. Модулированные волны. Амплитудная и фазовая модуляции. Волновой цуг конечной длительности. Соотношение между длиной цуга и шириной спектрального интервала.

Суперпозиция двух плоских монохроматических волн различной частоты. Биения.

Групповая скорость. Формула Рэлея. Дисперсия света.




Отражение и преломление света

7.

^ Отражение и преломление света на плоской границе раздела двух изотропных диэлектриков. Вывод законов отражения и преломления.

Соотношения амплитуд падающей, отраженной и преломленной волн. Вывод формул Френеля. Следствия из формул Френеля.

8.

^ Изменение параметров волны при отражении и преломлении. Изменение фазы волны при отражении. Зависимость коэффициента отражения от угла падения. Изменение азимута колебаний линейно поляризованной волны при отражении и преломлении. Поляризация света при отражении под углом Брюстера. Полное внутреннее отражение. Изменение состояния поляризации света при полном внутреннем отражении

Степень поляризации отраженного и преломленного света.

Энергетические коэффициенты отражения и пропускания. Закон сохранения энергии. Коэффициент отражения при произвольном азимуте линейной поляризации. Коэффициент отражения для естественного света.




Интерференция света

14

^ Условия формирования интерференционных картин. Взаимная когерентность волновых процессов. Интенсивность результирующего поля при суперпозиции двух световых волн. Интерференционное уравнение. Условия образования максимумов и минимумов интенсивности. Интерференционные полосы.

15

^ Интерференция монохроматических волн точечных источников. Основное уравнение интерференции монохроматических волн (вывод уравнения с использованием векторной диаграммы и комплексной формы записи для уравнения световой волны). Пространственное распределение интенсивности в интерференционной картине. Контраст (видность) интерференционных полос.

Интерференция плоских волн. Пространственный период полос.

16

^ Интерференция сферических волн. Схема наблюдения полос Юнга и схема наблюдения колец Ньютона. Оптический путь, оптическая разность хода. Связь разности фаз волн с их оптической разностью хода. Условия формирования светлых и темных интерференционных полос. Общая схема интерференции волн точечных источников. Интерференция гауссовых пучков света.

^ Интерференция монохроматических волн различной частоты. Зависимость наблюдаемой картины от постоянной времени фотоприемника.

17

^ Интерференция квазимонохроматических волн. Функция взаимной когерентности. световых волн. Интерферометр Майкельсона.

Временная когерентность световых волн. Длина волнового цуга. Время и длина временной когерентности. Соотношения между временем когерентности и шириной спектрального интервала.

18

Зависимость видности интерференционных полос от степени временной когерентности. Предельная разность хода и полное число наблюдаемых интерференционных полос.

Спектральная интерференция (интерференция при больших разностях хода).

19

^ Интерференция квазимонохроматических волн протяженных источников света.

Пространственная когерентность. Роль конечных размеров источника света. Интерферометр Юнга. Зависимость радиуса пространственной когерентности от угловых размеров источника света. Степень пространственной когерентности.

Интерференционные опыты с делением волнового фронта (бипризма Френеля, зеркала Френеля, билинза Бийе).

20

^ Интерференционные полосы равного наклона и равной толщины.

Оптическая разность хода лучей света при отражении от границ плоского прозрачного слоя. Полосы равного наклона. Оптический клин. Полосы равной толщины. Интерференционный опыт Ньютона, кольца Ньютона.

Влияние временной и пространственной когерентности света при интерференции в тонких пленках.




Дифракция света

23

^ Дифракция света, основные понятия и определения. Общие схемы наблюдения дифракционных явлений. Принципы Гюйгенса и Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии и круглом экране. Пятно Пуассона. Распределение освещенности в дифракционной картине в поперечном направлении и вдоль оси отверстия.

24

^ Зонная пластинка и ее сравнение с линзой.

Дифракция Френеля на прямолинейном краю плоского экрана. Спираль Корню. Распределение освещенности в дифракционной картине.

25

^ Дифракция Фраунгофера. Дифракция Фраунгофера на щели и на прямоугольном отверстии. Дифракция Фраунгофера на круглом отверстии. Дифракционная расходимость (уширение) световых пучков. Лазерные гауссовы пучки. Дифракционная расходимость излучения полупроводникового лазера.

Дифракционный предел разрешения оптических систем. Аподизация.

26

^ Дифракционная решетка. Фазовые дифракционные решетки.

Синусоидальная дифракционная решетка. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Разрешающая способность дифракционной решетки.

27

^ Физические принципы голографии. Голографические схемы записи и восстановления световых полей. Голографическая интерферометрия. Голограммные оптические элементы.





Оптика движущихся тел

35

Явление Доплера в оптике. Проявление эффекта Доплера в спектральных исследованиях Проявление эффекта Доплера при интерференции и дифракции света. Сдвиг частоты света при дифракции на движущейся дифракционной решетке.
^

Атомная физика


Тепловое излучение.




Тепловое излучение и люминесценция. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана. Закон Вина. Формула Релея-Джинса. Формула Планка. Оптическая пирометрия.




Фотоны.




Тормозное рентгеновское излучение. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Красная граница фотоэффекта. Формула Эйнштейна. Внешний и внутренний фотоэффект. Опыт Боте. Энергия и импульс фотона. Эффект Комптона.




Боровская теория атома




Закономерности в атомных спектрах. Серии линий спектра испускания атома. Волновые числа. Постоянная Ридберга. Серии Лаймана, Пашена, Брэкета и Пфунда. Модель атома Томпсона. Опыты по рассеянию -частиц. Формула Резерфорда. Ядерная модель атома. Постулаты Бора. Опыт Франка и Герца. Элементарная теория водородного атома. Главное квантовое число.




Квантово-механическая теория водородного атома.




Гипотеза де-Бройля. Волнвые свойства вещества. Уравнение Шредингера. Квантово-механическое описание движения микрочастиц. Свойства волновой функции. Квантование. Частица в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме. Прохождение частиц через потенциальный барьер.


^ 4. Перечень основной и дополнительной литературы

1.

Бутиков Е.И. Оптика. - С.-Петербург: Невский Диалект: БХВ-Петербург. 2003. - 480 с.

2.

Ландсберг Г.С. Оптика. Издание 5-е. - М.: Наука, 1976. - 928 с.

3.

Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. - М.: Наука, 1978. - 480 с.

4.

Калитеевский Н.И. Волновая оптика. - М.: Высшая школа, 1995. - 463 с.

5.

Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. - М.: Наука, 1976. - 752 с.

6.

Сивухин Д.В. Общий курс физики. Атомная физика. - М.: Наука, 1976. -

7.

Савельев И.В. Курс общей физики, т. III. Оптика, атомная физика, физика атомного ядра и элементарных частиц, M. Наука, 1970

8.

Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика: Учебник. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. 656 с.

9.

Сборник задач по общему курсу физики. Оптика. / Под ред. Д.В.Сивухина, изд. 4. - М.: Наука, 1977. - 320 с.

10.

И.Е.Иродов. Задачи по общей физике. М.; Наука, 1988.

11.

Физический практикум. Электричество и оптика. Под редакцией В.И.Ивероновой. М.; Наука, 1968.




Дополнительная литература

1.

Учебно-методические материалы по оптике, размещенные на Интернет-сайте кафедры биомедицинской физики 212.193.52.139

2.

Крауфорд Ф. Волны. ( Берклеевский курс физики. Том 3 ). - М.: Наука, 1976. - 528 с.

3.

Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Вып.3. Излучение. Волны. Кванты. - М.: Мир, 1966. - 238 с.

4.

Дитчберн Р. Физическая оптика. 1965.

5.

Горелик Г.С. Колебания и волны. - М.: 1959.

6.

Борн М., Вольф Э. Основы оптики. - М.: Наука, 1973. - 720 с.

7.

Годжаев Н.М. Оптика. - М.: Высшая школа, 1977. - 432 с.

8.

Матвеев А.Н. Оптика. - М.: Высшая школа, 1985. - 351 с.

9.

Руссо М., Матье Ж.П. Задачи по оптике. - М.: Мир, 1976. - 415 с.

10.

Ильичева Е.Н., Кудеяров Ю.В., Матвеев А.Н. Методика решения задач оптики. /Под ред. А.Н.Матвеева. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981. – 232 с.



^ 5. Перечень средств обучения

Дополнительные лекционные средства: компьютер, мультимедийный проектор

Лекционные демонстрации

Лекционный демонстрационный комплекс кафедры оптики и биомедицинской физики физического факультета:

ЛДК-1.

Геометрическая оптика с лазерным пучком света. Расходящийся, сходящийся, параллельный, гомоцентрический пучки света. Собирающая и рассеивающие линзы. Отражение и преломление лазерного пучка. Полное внутреннее отражение. Прямоугольная призма, пентапризма и уголковый отражатель.

ЛДК-2.

Поперечность световой волны. Поляроид. Линейная поляризация пучка света He-Ne лазера.

ЛДК-3.

Изменение состояния поляризации лазерного пучка при отражении от диэлектрика. Отражение линейно поляризованного лазерного пучка под углом Брюстера. Изменение состояния поляризации лазерного пучка при полном внутреннем отражении. Превращение циркулярно поляризованного пучка в эллиптически поляризованный. Частичная и полная поляризация света при отражении от поверхности диэлектрика. Угол Брюстера.

ЛДК-4.

Преобразование линейно поляризованного лазерного пучка в циркулярно поляризованный пучок. Кристаллическая фазовая пластинка /4. Пластинка /2.

ЛДК-5.

Поляризационные призмы Николя, Волластона. Поляроид.

ЛДК-6.

Интерференция поляризованных волн. Анизотропные пластины между поляроидами. Наведенная анизотропия. Фотоупругость.

ЛДК-7.

Интерференция света. Интерферометр Майкельсона с монохроматическим (лазерным) источником света. Интерференция сферических и плоских монохроматических волн. Полосы равной толщины и равного наклона в лазерном излучении.

ЛДК-8.

Интерферометр Майкельсона с протяженным источником белого света. Эффекты пространственной локализации полос. Влияние временной и пространственной когерентности.

ЛДК-9.

Интерференционный опыт Юнга с лазерным и протяженным тепловым источниками света. Влияние пространственной когерентности. (Использование специального дифракционного оптического элемента).

ЛДК-10.

Дифракция лазерного пучка света на круглом отверстии. Дифракция Френеля и Фраунгофера (дифракция ближнего и дальнего полей). Зонная пластинка Френеля. Линза Френеля.

ЛДК-11.

Дифракция лазерного пучка на одной и двух щелях (дифракция Фраунгофера). Дифракционные решетки в красном и зеленом лазерных пучках света. Амплитудные, фазовые и отражающие дифракционные решетки. Одномерные и двухмерные дифракционные решетки.

Объемная дифракционная решетка. Дифракция Бреггов-Вульфа.

ЛДК-12.

Дифракционные оптические элементы. Пропускающие голограммы. Голограммы Денисюка. Радужные голограммы. Голографическая интерферометрия.

ЛДК-13.

Дисперсия света и вещества. Разложение пучка белого света на спектральные составляющие. Преломление красного и зеленого лазерных пучков света.

ЛДК-14.

Рассеяние света мутными средами. Рассеяние линейно поляризованного лазерного пучка. Поляризация рассеянного света.



Лекционный демонстрационный комплекс по оптике в коллекции физического факультета:

ЛД4.1.

Поляризаторы и анализаторы.

ЛД4.2.

Двойное лучепреломление в кристаллах исландского шпата.

ЛД4.3.

Двойное лучепреломление в некристаллических телах.

ЛД4.4.

Полное внутреннее отражение.

ЛД4.5.

Хроматическая поляризация.

ЛД4.6.

Искусственная анизотропия.

ЛД4.7.

Бипризма Френеля.

ЛД4.8.

Полосы равной толщины (кольца Ньютона, мыльные пленки).

ЛД4.10.

Дифракция от одной щели.

ЛД4.11.

Дифракция на краю экрана.

ЛД4.12.

Дифракционные решетки.

ЛД4.13.

Голограмма.



Лабораторные работы физического практикума по оптике

Геометрическая оптика

Лабораторная работа № 1. Измерение фокусных расстояний линз при помощи малой оптической скамьи.

^ Лабораторная работа № 2. Измерение параметров фотообъектива при помощи большой оптической скамьи.

Рефрактометрия, фотометрия, спектральный анализ

Лабораторная работа №1. Определение показателя преломления жидкости при помощи рефрактометра ИРФ-22.

Лабораторная работа №2. Основы фотометрии.

Лабораторная работа №3. Изучение поглощения света с помощью фотометров ФЭК-56ПМ и ФМ-56.

Лабораторная работа № 4. Изучение дисперсии света с помощью спектрогониометра.

Лабораторная работа №5. Качественный спектральный анализ с помощью монохроматора УМ-2.


Поляризация света

Лабораторная работа № 1. Изучение эффекта вращения плоскости поляризации.

Лабораторная работа № 2. Исследование эллиптически поляризованного света.

Учебно-исследовательские работы

Поляризационная оптика жидких кристаллов:

Лабораторная работа № 1. Изучение характеристик эллиптически поляризованного света и явления управляемого полем двулучепреломления в жидких кристаллах.

Лабораторная работа № 2. Вращение плоскости поляризации света. Изучение твист-эффекта в жидких кристаллах.

Лабораторная работа № 3. Поглощение света. Изучение дихроизма света в жидких кристаллах.

Интерференция света

Лабораторная работа № 1. Определение качества поверхности оптических деталей методом пробных стекол.

Лабораторная работа № 2. Определение длины волны света при наблюдении колец Ньютона.

Лабораторная работа №3. Изучение интерференции света от двух щелей. Измерение концентрации и показателя преломления растворов с помощью интерферометра ЛИР-2.

Лабораторная работа № 4. Изучение интерференции света от двух отверстий.

Лабораторная работа № 5. Изучение пространственной когерентности света в интерференционной схеме Юнга

Лабораторная работа № 6. Интерферометр Майкельсона.

Учебно-исследовательские работы

Лабораторная работа № 1. Исследование временной когерентности излучения интерференционными методами.

Лабораторная работа № 2. Лазерный призменный интерферометр.


Дифракция света

Лабораторная работа № 1. Определение длины волны с помощью дифракционной решетки.

Лабораторная работа № 2. Изучение дифракции света на круглом отверстии.


^ Виды самостоятельной работы студента

Изучение теоретического материала по конспектам лекций, рекомендованным учебным пособиям, монографической учебной литературе, справочным источникам; самостоятельное изучение некоторых теоретических вопросов программы курса, нерассмотренных на лекциях; решение рекомендованных задач из сборника задач по оптике; изучение теоретического материала по методическим руководствам к физическому практикуму по оптике.

^ 6. Вопросы к курсу

Теоретический минимум:

  1. Определения абсолютного и относительного показателей преломления.

  2. Законы отражения и преломления.

  3. Уравнения Максвелла.

  4. Волновое уравнение.

  5. Полное внутреннее отражение. Предельный угол.

  6. Понятия плоской и сферической волн. Уравнения плоской и сферической волн.

  7. Определение длины волны, частоты, волнового вектора, понятие фазы волны и колебаний.

  8. Поперечность электромагнитной волны. Линейно поляризованная волна. Циркулярная и эллиптическая поляризации. Стохастически поляризованный (неполяризованный) свет.

  9. Немонохроматические волны. Спектр световых колебаний.

  10. Формулы Френеля.

  11. Явление интерференции света. Уравнение интерференции монохроматических колебаний.

  12. Оптический путь, оптическая разность хода. Связь разности фаз с разностью хода волн.

  13. Интерференционный опыт Юнга. Условия образования светлых и темных интерференционных полос

  14. Явление дифракции света. Принципы Гюйгенса и Гюйгенса-Френеля.

  15. Дифракционная решетка. Уравнение для главных максимумов дифракции на дифракционной решетке.

  16. Эффект Доплера в оптике.


Перечень экзаменационных вопросов:

  1. Уравнения Максвелла. Волновое уравнение. Уравнение волны. Плоская монохроматическая волна. Основные характеристики колебаний и волн и их физический смысл.

  2. Уравнения плоской, сферической и цилиндрической волн. Гауссов пучок света.

  3. Представление монохроматических волн в комплексном виде. Комплексная амплитуда волнового поля. Уравнение Гельмгольца.

  4. Поперечность электромагнитной волны. Взаимная ориентация волнового вектора, векторов электрического и магнитного полей в плоской волне.

  5. Поляризация плоской монохроматической электромагнитной волны. Типы поляризации электромагнитных волн. Линейно поляризованная волна. Круговая и эллиптическая поляризации.

  6. Естественный и частично поляризованный свет. Степень поляризации.

  7. Энергия электромагнитных волн. Плотность потока энергии. Вектор Умова-Пойтинга. Интенсивность света.

  8. Стоячие электромагнитные волны. Уравнение стоячей волны.

  9. Регистрация стоячих электромагнитных волн. Опыт Винера

  10. Квазимонохроматические волны. Разложение по гармоническим составляющим. Временной спектр.

  11. Модулированные волны. Амплитудная и фазовая модуляции. Волновой цуг конечной длительности. Соотношение между длиной цуга и шириной спектрального интервала.

  12. Суперпозиция двух плоских монохроматических волн различной частоты. Биения.

  13. Групповая скорость. Формула Рэлея. Дисперсия света.

  14. Отражение и преломление света на плоской границе раздела двух изотропных диэлектриков. Вывод законов отражения и преломления.

  15. Соотношения амплитуд падающей, отраженной и преломленной волн. Вывод формул Френеля. Следствия из формул Френеля.

  16. Изменение параметров волны при отражении и преломлении. Изменение фазы волны при отражении.

  17. Зависимость коэффициента отражения от угла падения. Изменение азимута колебаний линейно поляризованной волны при отражении и преломлении.

  18. Поляризация света при отражении под углом Брюстера. Степень поляризации отраженного и преломленного света.

  19. Энергетические коэффициенты отражения и пропускания. Закон сохранения энергии.

  20. Коэффициент отражения при произвольном азимуте линейной поляризации. Коэффициент отражения для естественного света.

  21. Полное внутреннее отражение. Изменение состояния поляризации света при полном внутреннем отражении.

  22. Интерференция света. Взаимная когерентность волновых процессов. Интенсивность результирующего поля при суперпозиции двух световых волн. Интерференционное уравнение. Условия образования максимумов и минимумов интенсивности.

  23. Интерференция монохроматических волн точечных источников. Основное уравнение интерференции монохроматических волн (вывод уравнения с использованием векторной диаграммы и комплексной формы записи для уравнения световой волны).

  24. Пространственное распределение интенсивности в интерференционной картине. Контраст (видность) интерференционных полос.

  25. Интерференция плоских волн. Пространственный период полос.

  26. Интерференция сферических волн. Схема наблюдения полос Юнга и схема наблюдения колец Ньютона. Оптический путь, оптическая разность хода. Связь разности фаз волн с их оптической разностью хода. Условия формирования светлых и темных интерференционных полос. Общая схема интерференции волн точечных источников.

  27. Интерференция монохроматических волн различной частоты. Зависимость наблюдаемой картины от постоянной времени фотоприемника.

  28. Интерферометр Майкельсона.

  29. Интерференция квазимонохроматических волн. Функция взаимной когерентности. световых волн.

  30. Временная когерентность световых волн. Длина волнового цуга. Время и длина временной когерентности. Соотношения между временем когерентности и шириной спектрального интервала.

  31. Зависимость видности интерференционных полос от степени временной когерентности. Предельная разность хода и полное число наблюдаемых интерференционных полос.

  32. Спектральная интерференция (интерференция при больших разностях хода).

  33. Интерференция квазимонохроматических волн протяженных источников света.

  34. Пространственная когерентность. Роль конечных размеров источника света. Интерферометр Юнга. Зависимость радиуса пространственной когерентности от угловых размеров источника света.

  35. Интерференционные опыты с делением волнового фронта (бипризма Френеля, зеркала Френеля, билинза Бийе, зеркало Ллойда).

  36. Интерференционные полосы равного наклона и равной толщины. Оптическая разность хода лучей света при отражении от границ плоского прозрачного слоя. Полосы равного наклона. Оптический клин. Полосы равной толщины. Интерференционный опыт Ньютона, кольца Ньютона.

  37. Влияние временной и пространственной когерентности света при интерференции в тонких пленках.

  38. Дифракция света. Принципы Гюйгенса и Гюйгенса-Френеля. Зоны Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии и круглом экране. Пятно Пуассона. Распределение освещенности в дифракционной картине в поперечном направлении и вдоль оси отверстия.

  39. Зонная пластинка и ее сравнение с линзой.

  40. Дифракция Френеля на прямолинейном краю плоского экрана. Спираль Корню. Распределение освещенности в дифракционной картине.

  41. Дифракция Фраунгофера. Дифракция Фраунгофера на прямоугольном и круглом отверстии. Дифракционная расходимость световых пучков. Лазерные гауссовы пучки. Дифракционная расходимость излучения полупроводникового лазера.

  42. Дифракционный предел разрешения оптических систем.

  43. Дифракционная решетка. Амплитудные и фазовые дифракционные решетки.

  44. Дифракционная решетка как спектральный прибор. Разрешающая способность дифракционной решетки.

  45. Физические принципы голографии. Голографические схемы записи и восстановления световых полей. Голографическая интерферометрия. Голограммные оптические элементы.

  46. Волновые пакеты. Групповая скорость волны. Формула Рэлея.

  47. Явление Доплера в оптике. Проявление эффекта Доплера в спектральных исследованиях.

  48. Проявление эффекта Доплера при интерференции и дифракции света. Сдвиг частоты света при дифракции на движущейся дифракционной решетке.

  49. Тепловое излучение и люминесценция. Закон Кирхгофа.

  50. Закон Стефана-Больцмана. Закон Вина.

  51. Формула Релея-Джинса. Формула Планка.

  52. Оптическая пирометрия.

  53. Тормозное рентгеновское излучение. Фотоэффект. Красная граница фотоэффекта.

  54. Законы фотоэффекта. Формула Эйнштейна.

  55. Внешний и внутренний фотоэффект. Опыт Боте.

  56. Энергия и импульс фотона. Эффект Комптона.



Профессор кафедры биомедицинской физики,

д.ф.-м.н., профессор C.C. Ульянов






Скачать 360,2 Kb.
оставить комментарий
Дата04.03.2012
Размер360,2 Kb.
ТипРабочая программа, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх