Сборник задач по общему курсу физики. Оптика. / Под ред. Д.В.Сивухина, изд. 4. - М.: Наука, 1977. - 320 с.
| Тема | Ауд. | Дом. | Дополн. |
| Геометрическая оптика | |||
| 1. Закон отражения. Закон преломления. Изображение плоской поверхностью. Принцип Ферма. Призма. Идеальные изображающие поверхности. | 143,146 21,23 34,35,41 | ||
| 2. Изображение сферической поверхностью. Основные формулы для линзы. | Луч. матрицы. Типы линз. | 50, 56 69, 101 | 58, 68, 71, 93, 99,100,102 |
| 3. Центрированные оптические системы. | 110,108 134,127 | 111, 64 104, 116 | 107, 65 |
| Электромагнитные колебания и волны | |||
| 4. Плоские и сферические волны. Вектор Умова-Пойтинга. Интенсивность. Полная и частичная линейная поляризация. Формулы Френеля. | 426, 431 | 427, 429 | 428, 440 433-435, 449, 445-447, 451 |
| 5. Эллиптическая поляризация. Полное внутреннее отражение. | 456, 459 458, 461 | 460, 462 463, 464 | |
| Интерференция света | |||
| 6. Сложение когерентных и некогерентных колебаний. | 201, 202 204, 206 | 207, 208 218, 221 | 203, 212 215, 219 |
| 7. Когерентность. Время когерентности, ширина спектральной полосы. Длина когерентности. | Ландсберг, упр. 21, 24 238, 233* | ||
| Дифракция света | |||
| 8. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля. Зонная пластинка. Фазовые пластинки. | 265, 267 269, 272 | 279, 264 267, 274 | 263, 270 271, 268 278, 280 |
| 9. Дифракция Фраунгофера. Применение в спектроскопии. Предел разрешения оптических приборов. | 297, 300 309, 317 | 312, 314 317, 331 | 293, 299, 301, 303, 306, 310, 313, 323, 327, 330, 332,373,382 |
| *10. Элементы голографии | 412, 413 415, 416 | 414, 417 418, 420 | |
| *11. Скорость света. Оптика движущихся тел | 580, 586 603, 607 | 581, 583 602, 611 | |
| Итого: |
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.
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.
17. Законы фотоэффекта
18. Постулаты Бора
19. Уравнение Шредингера
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. Интерференциямонохроматических 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.
57. Боровская теория атома. Закономерности в атомных спектрах.
58. Серии линий спектра испускания атома. Волновые числа. Постоянная Ридберга. Серии Лаймана, Пашена, Брэкета и Пфунда.
59. Модель атома Томпсона. Опыты по рассеянию a-частиц.
60. Формула Резерфорда. Ядерная модель атома.
61. Постулаты Бора. Опыт Франка и Герца.
62. Элементарная теория водородного атома. Главное квантовое число.
63. Основы квантово-механическая теория водородного атома.
64. Гипотеза де-Бройля. Волнвые свойства вещества.
65. Уравнение Шредингера. Квантово-механическое описание движения микрочастиц.
66. Свойства волновой функции. Квантование.
67. Частица в бесконечно глубокой одномерной потенциальной яме.
68. Прохождение частиц через потенциальный барьер.
Профессор кафедры оптики и биомедицинской физики,
д.ф.-м.н., профессор C.C. Ульянов