Информационно-методическая часть

Перечень практических занятий

1. Уравнения Максвелла. Волновое уравнение. Электромагнитные волны, их основные свойства; комплексная запись. Плотность потока энер- гии и импульса электромагнитных волн. Давление света.

2. Энергетические и фотометрические величины. Соотношения между энергетическими и световыми характеристиками излучения.

3. Двухволновая интерференция. Интерференция плоских и сфериче­ских монохроматических волн. Анализ основных интерференционных схем (опыт Юнга, бипризма, билинза, зеркало Ллойда),

4. Интерференция в схемах с делением волн по амплитуде. Пространственная когерентность. Интерференция в тонких пленках. Кольца Ньютона. Полосы равного наклона и полосы равной толшины, их локализация. Интерференция квазимонохроматического света. Функция видности. Временная когерентность.

5. Интерференционные приборы и их практическое применение.

6. Дифракция света. Принцип Гюйгенса - Френеля. Использование зон Френеля и векторных диаграмм для качественного анализа дифракцион­ных картин. Зонная пластинка. Дифракционный интеграл Френеля - Кирх­гофа; приближения Френеля и Фраунгофера,

7. Дифракция Фраунгофера, Дифракция на прямоугольном и круглом отверстиях. Дифракция Фраунгофера как пространственное преобразова­ние Фурье. Угловой спектр, его ширина. Дифракционные решетки.

8. Спектральный анализ в оптике. Спектральные приборы и их основные характеристики (аппаратная функция, угловая и линейная Дисперсия, разрешающая сила, область дис­персии). Дифракционные ограничения на разрешающую способность лин­зы, телескопа и микроскопа.

9. Дисперсия света. Зависимость показателя преломления от частоты. Фазовая и групповая скорости света. Формула Рэлея. Поглощение света. Закон Бугера – Ламберта – Бера.

10. Оптические явления на границе раздела изотропных диэлектриков. Формулы Френеля. Угол Брюсгера. Полное внутреннее отражение.

11. Распространение света в анизотропных средах. Фазовая и лучевая скорости света. Одноосные кристаллы. Двойное лучепреломление. Качест­венный анализ распространения волн с применением построения Гюйгенса.

12. Искусственная анизотропия. Поляризационные прибо­ры. Четвертьволновая и полуволновая пластинки. Получение и анализ эл­липтически поляризованного света. Оптическая активность.

13. Основные законы геометрической оптики: закон прямолинейного распространения света, закон отражения, закон преломления, - и их применение.

14. Построение изображений и расчет увеличения простейших оптических систем.

15. Основные законы теплового излучения. Модели абсолютно черно­го тела. Закон Стефана – Больцмана. Формула смещения Вина. Формула Рэлея –Джинса. Формула Планка.

16. Фотоэлектрический эффект. Законы фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта. Многофотонный фотоэффект.

Темы контрольных работ

1. Энергетические и световые характеристики излучения. Фотометрия. Интерференция света. Дифракция света. Формулы Френеля. Распространение света в анизотропных средах.

Рекомендуемая литература

Основная

1. Ландсберг, Г.С. Оптика /Г.С. Ландсберг. М.; Наука, 2006.

2. Матвеев, А.Н. Оптика. / А.Н. Матвеев. М.: Высш. школа, 1989. – 351с.

3. Сивухин, Д.В. Общий курс физики, т.4. Оптика. М.: Наука, 1985.

4. Ахманов, С.А. Физическая оптика. / С.А.Ахманов, С. Ю. Никитин. – М.: Изд-во МГУ, 1998.

5 Калитеевский, Н.И. Волновая оптика. / Н.И. Калитеевский. – М.. Высш. шк., 1978. – 384 с.

6. Гинзбург, В.Л. Сборник задач по общему курсу физики. Оптика. / В.Л.Гинзбург, Л.М. Левин, Д. В. Сивухин, Е.С. Четверикова, И. А. Яковлев. Под ред. Д.В. Сивухина. М.: Наука, 1977.

7. Иродов, И.Е. Задачи по общей физике. / И.Е. Иродов – М.: Лань, 2004.– 416с.

8. Саечников, В.А. Задачи и вопросы по разделу «Оптика» курса обшей физики. / В.А. Саечников. М.И.Хомич, С. В. Трухан, Мн.: БГУ, 2003. – 184 с.

9. Иверонова, В.И. Физический практикум. Электричество и оптика. / Под ред. В.И. Ивероповой. – М.: Наука, 1968.

10. Саечников, В.А. Оптика. Физический практикум. / В.А. Саечников, М.И.Хомич, С.В. Трухан. – Мн.: БГУ, 2002.

Дополнительная

11. Борн, М. Основы оптики. / М. Борн, Э. Вольф. М.: Наука, 1973.– 856 с.

12. Фейнман, Р. Фейнмановские лекции по физике. / Р. Фейнман и др. Вып.З. – М.: Мир, 1977. – 496 с.

13. Дитчберн, Р. Физическая оптика. / Р.Дитчберн. – М.: Наука, 1965.

14. Крауфорд, Ф. Волны. / Ф. М. Крауфорд. – М.: Наука, 1984.

15. Годжаев, Н.М. Оптика. / Н.М. Годжаев. – М.: Высш. школа, 1977.

16. Бутиков, Е.И. Оптика. / Е.И.Бутиков. – М.: Высш. школа, 1987. – 512 с.

17. Руссо, М. Задачи по оптике. / М.Руссо, Ж.П. Матье. М.: Мир, 1976.

18. Саржевскнй, А.М. Оптика. / А.М. Саржевский. Т.1 Т.2. – Мн.: Универ­ситетское, 1984. – 288 с.; 1986.

19. Саечников, А.В. Оптика. Общая физика. / В.А. Саечников, М.И.Хомич. – Мн.: БГУ, 2008. – 332 с.

20. Кембровский, Г.С. Физический практикум / Г.С. Кемеровский и др.. Мн., БГУ. 1986. – 352 с.

21. Джеррард, Л. Введение в матричную оптику / А.Л. Джеррард, Дж.М.Бёрч. – М.: Мир, 1978. – 372 с.

22. Чертов, А.Г. Физические величины (терминология, определения, обозначения, размерности, единицы) : справ. Пособие. – М.: Высш. шк., 1990. – 335 с.

23. Зайдель, А.Н. Техника и практика спектроскопии. / А.Н. Зайдель, Г.В. островская, Ю.И. Островский. – М.: Наука; Гл. редакция физ.-матем. лит., 1976.- 392 с.

24. Коломийцов, Ю.В. Интерферометры. Основы инженерной теории. Применение./ Ю.В. Коломийцов. – Л.: Машиностроение, 1976. – 296 с.

25. Лебедева, В.В. Техника оптической спектроскопии. / В.В. Лебедева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГУ, 1986. – 352 с.

26. Физический энциклопедический словарь. – М.: Советская энциклопедия, 1983.

27. Федоров, Ф.И. Теория гиротропии. / Ф.И. Федоров. – Мн.: Наука и техника, 1976. – 426 с.

28. Фриш, С.Э. Оптические спектры атомов. / С.Э. Фриш. – М.-Л.: Гос. изд-во физ.-матем. литер., 1963. – 640 с.

29. . Смирнов, А.Г. Квантовая электроника и оптоэлектроника: учеб. пособие для вузов по специальности «Автоматика и электроника» /А.Г. Смирнов. – Мн.: Вышэйшая школа, 1987.

Список контрольных вопросов пока не печатайте. Я его еще переработаю, а то мне не нравится, как он представлен в типовой программе.

Список контрольных вопросов

Какие экспериментальные законы электромагнетизма лежат в основе уравнений Максвелла?

На основе уравнений Максвелла выведите основные свойства электромагнитных волн.

Подразделите электромагнитные волны на диапазоны и укажите их приблизительные границы.

Укажите границы видимого диапазона электромагнитных волн но частотам, по круговым частотам, по типам волн.

|На какие типы можно разделить волны по форме поверхностей по­стоянной фазы?

Какова связь между абсолютными значениями векторов напряжен­ности электрического и магнитного полей в плоской электромагнит­ной волне, распространяющейся в среде с определенными значения­ми ε и μ ?

Напишите уравнение плоской монохроматической волны, которая распространяется в направлении, определяемом волновым вектором .

Запишите уравнение плоской электромагнитной волны для одномер­ной задачи Е = Е(z, t) в случае линейной, круговой и эллиптической поляризации.

Напишите выражение для вектора Умова – Пойнгинга. Каков физиче­ский смысл этого вектора?

Какие характеристики электромагнитных волн могут быть измерены экспериментально?

На основании каких фактов сделан вывод об электромагнитной при­роде света?

Сформулируйте определение интенсивности света. Как интенсивность света связана с амплитудой плоской электромагнитной волны?

Почему во взаимодействии света с веществом основное значение имеет электрическое поле световой волны? Как это объясняется в электрон­ной теории?

Каковы признаки того, что волна имеет линейную поляризацию?

Как опытным путем можно определить, имеет ли исследуемый свет линейную поляризацию?

Запишите представление ряда и интеграла Фурье в действительной и комплексной форме.

Как связаны между собой продолжительность импульса и ширина спектра?

Чем обусловлена естественная ширина линии излучения в класси­ческой интерпретации?

В чем состоит явление интерференции света? Сформулируйте необходимое усло­вие стационарно интерференции двух произвольных электромагнитных волн различной напряженности и .

Какие источники света называют когерентными?

Приведите принципиальную схему наблюдения интерференции при использовании точечного источника света. Как объяснить возмож­ность наблюдения интерференции в неполяризованном свете?

Какие методы получения когерентных лучей используют в оптике?

От чего зависит результат интерференции?

Чему равна разность фаз между двумя когерентными лучами, если разность хода между ними равна d?

По какому закону изменяется освещенность экрана, на котором на­блюдается интерференция двух плоских монохроматических волн одинаковой (разной) интенсивности?

Какие величины называют линейной и угловой шириной интерференционной полосы? От каких параметров зависит каждая из них?

Какому условию должна удовлетворять разность хода между интер­ферирующими лучами для наблюдения в заданной точке максимума (минимума) интенсивности?

Как определяют видность интерференционной картины?

Что такое временная и пространственная когерентность излучения? С какими особенностями источника излучения они связаны?

Опишите опыты, в которых проявляется пространственная когерент­ность.

Как влияет апертура интерференции на условия наблюдения интерференционной картины?

Что называют степенью временной когерентности колебаний? В каком случае говорят о частичной когерентности интерферирующих пучков? Как степень когерентности связана с видностью интерфе­ренционных полос?

Как измеряется время когерентности исследуемого излучения при использовании ме­тода интерферометрии интенсивности?

В чем состоит причина уменьшения видности интерференционной картины при увеличении размеров источника?

Исследуйте влияние размеров источника на интерференцию. Определите по­нятие пространственной когерентности.

На чем основан метод определения угловых размеров звезд посредством звезд­ного интерферометра?

Рассмотрите интерференцию в тонких пленках. Определите понятия по­лос равного наклона и полос равной толщины.

Чем определяется локализация интерференционных полос? Каковы должны быть условия их наблюдения в двух предельных случаях (полосы равной толщины и равного наклона)?

Укажите лучи, которые интерферируют между собой при наблюдении ин­терференции с использованием плоскопараллельной пластинки и при образовании колец Ньютона.

Как возникают кольца Ньютона? Как можно с их использованием измерить длину волны? Чем отличаются интерференционные картины в отраженном и проходящем свете?

Какой вид имеют интерференционные полосы равной толщины в воздушном клине между плоскими поверхностями стеклянных пла­стинок?

Как устроены диэлектрические зеркала с очень высоким коэффици­ентом отражения? Какими преимуществами обладают зеркала с многослойными ди­электрическими покрытиями по сравнению с металлическими зеркалами? Ка­ков принцип их действия?

Каким условием определяется положение максимумов и форма по­лос в интерферен­ционной картине, наблюдаемой в проходящем свете с применением интерферометра Фабри - Перо?

Чем определяются контрастность и резкость интерференционной картины в идеальном интерферометре Фабри - Перо? Чем ограничи­ваются возможности повышения этих параметров в реальном интерфе­рометре?

Что понимают под дисперсионной областью интерферометра Фабри – Перо? Как она зависит от его толщины?

Почему в спектроскопических ис­следованиях интерферометр Фабри – Перо используют совместно с более грубым спектральным прибором?

Как устроены интерференционные оптические фильтры? Объясните принцип их действия.

Опишите принцип работы известных вам двухлучевых интерферометров.

Дайте определение явлению дифракции света.

Сформулируйте принцип Гюйгенса – Френеля. В чем заключаются допускаемые приближения? Запишите дифракционный интеграл Френеля.

Изложите идею метода зон Френеля и продемонстрируйте применение этого метода для анализа полученных резуль­татов дифракции электромагнитных волн на круглом отверстии.

В чем заключается метод векторных диаграмм в применении к зада­чам дифракции? Рассмотрите таким методом дифракцию света на круглом отверстии и крае экрана.

Что представляет собой зонная пластинка? Как определяются ее фокусные расстояния?

При каких условиях происходит дифракция Френеля, дифракция

Фраунгофера?

Опишите дифракцию Фраунгофера на одной щелн.

Рассмотрите дифракцию на системе равноотстоящих одинаковых щелей. Получите формулу для интенсивности света после прохождения амплитудной дифракционной решетки.

Что собой представляет дифракционная решетка как физический прибор?

Запишите формулу для определения положения дифракционных максимумов в картине, формируемой дифракционной решеткой. Сравните относительную интенсивность главных дифракционных максимумов для амплитудной дифракционной решетки.

Каким преимуществом обладают решетки с профилированным штрихом?

Назовите основные характеристики дифракционного спектрального аппарата и дайте им определения. От каких параметров зависят эти характеристики?

В чем заключается критерий Рэлея? Какие возможности имеются для повышения разрешающей силы выше этого критерия? Каков смысл понятия «аппаратная функция спектрального прибора»?

Оцените разрешающую способность телескопа и микроскопа.

В чем суть теории дифракции Кирхгофа?

Каковы назначение, общий принцип устройства и работы спектраль­ных приборов?

В чем заключается основная идея голографической записи зритель­ных образов?

Как выполняется декодирование информации, зарегистрированной на голограмме?

Дайте определение фазовой и групповой скорости света.

Напишите формулу Рэлея, связывающую фазовую и групповую ско­рости света.

Определение дисперсию света как физическое явление и дисперсию как характеристику оптического материала. Опишите механизм возникно­вения явления дисперсии.

Напишите уравнение движения для упруго связанного электрона в атоме. Какие силы действуют на упруго связанный электрон?

Введите понятие нормальной и аномальной дисперсии. В каких об­ластях они наблюдаются?

Начертите график зависимости показателя преломления вещества от частоты распространяющегося света при наличии нескольких резонансных частот в рассматриваемой области спектра.

Каковы особенности распространения электромагнитных волн в плазме?

Каковы особенности дисперсии рентгеновских лучей?

Запишите закон поглощения света.

Сформулируйте граничные условия для векторов поля волны на границе двух диэлектриков.

Запишите формулы Френеля для амплитуд отраженного и прелом­ленного света. Проведите их анализ, проанализируйте соотношения между фазами волн при отражении и преломлении.

Каков характер поляризации отраженного света, если луч падает на границу раздела двух сред под углом Брюстера?

Введите понятие энергетических коэффициентов отражения и про­пускания. Исследуйте их зависимость от угла падения и состояния поляризации волны.

Изобразите зависимость коэффициента отражения R от угла падения при п₂ > п₁. Изменится ли R при обращении хода световых пучков?

Дайте определение критического угла в явлении полного внутренне­го отражения. Каким образом можно реализовать это явление в фи­зическом эксперименте?

Когда возникает полное внутреннее отражение? Опишите опыты, где оно проявляется и используется.

Какие особенности наблюдаются у световой волны при отражении ее от поверхности проводника?

Какие виды рассеяния света вам известны? Охарактеризуйте связь между степенью неоднородности среды и явлением рассеяния.

Укажите основные закономерности рассеяния света. От чего они за­висят?

Охарактеризуйте угловое распределение интенсивности и поляризацию света при рэлеевском рассеянии.

Опишите основные закономерности рассеяния Мандельштама – Бриллюэна.

Опишите суть и основные закономерности комбинационного рассеяния.

В чем заключаются основные положения феноменологической тео­рии вращения плоскости поляризации, предложенной Френелем?

Опишите схему опытов по магнитному вращению плоскости поля­ризации. В чем оно схоже с естественным вращением и чем отли­чается от него?

В чем суть явления двойного лучепреломления?

Опишите свойства обыкновенного и необыкновенного лучей.

Дайте определение оптической оси кристалла.

Сформулируйте закон Мадюса.

Каково действие четвертьволновой пластинки?

Как отличить свет, поляризованный по левому кругу, от света с правой круговой поляризацией?

Как отличить естественный свет от света с круговой поляризацией и от смеси естественного света с циркулярно поляризованным?

Какие существуют источники анизотропии свойств диэлектрической среды?

Перечислите известные вам поляризацион­ные двоякопреломляющие призмы и опишите их устройство?

Что собой представляют компенсаторы как поляризационные устройства? Для чего они используют­ся?

Какие бывают аберрации оптических систем? Как они проявляются и чем обусловлены?

Каковы назначение и принцип действия лупы и микроскопа? Начер­тите ход лучей в этих приборах.

Чем ограничена разрешающая способность лупы и микроскопа? Как увеличить эту величину?

Какие лучи называют параксиальными?

Какими свойствами обладают фокальные точки оптической систе­мы?

Какие плоскости называют главными плоскостями оптической системы?

Какую диафрагму называют апертурной диафрагмой оптической системы?

Каков смысл понятий вход­ной и выходной зрачок оптической системы?

При каком условии входной зрачок совпада­ет с апертурной диафрагмой?

Какими способами устраняют сферическую аберрацию в зеркальных и линзовых объективах телескопов?

Какое физическое явление вызывает хроматическую аберрацию? Ка­кими способами удается ее уменьшить?

Какие аберрации должны быть устранены в первую очередь у объек­тивов: а) телескопа, б) фотоаппарата, в) микроскопа, г) коллиматора спектрографа, г) камеры спектрографа?

В каком случае увеличение прибора, предназначенного для визуаль­ных наблюдений, называется нормальным?

В каких целях в сильных микроскопах применяют иммерсию?

Объясните идею метода фазового контраста и метода фильтрации пространственных гармоник.

ПРОТОКОЛ СОГЛАСОВАНИЯ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ

ПО ИЗУЧАЕМОЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ СПЕЦИАЛЬНОСТИ

Название дисциплины, с которой требуется согласование	Название кафедры	Предложения об изменениях в содержании учебной программы по изучаемой учебной дисциплине	Решение, принятое кафедрой, разработавшей учебную программу (с указанием даты и номера протокола)
Атомная и ядерная физика	Кафедра оптики	Вопросы о коэффициентах Эйнштейна и вероятностях переходов целесообразно рассматривать в курсе «Атомная и ядерная физика» (в разделе «Атомная физика»)	Предлагаемые изменения в содержании учебной программы утвердить. Протокол № __ от ________20 г.
Электричество	Кафедра общей физики	Акцентировать внимание на физическом смысле уравнений Максвелла и их решений; на граничных условиях для решений уравнений Максвелла; на физическом смысле вектора Умова – Пойнтинга	Предлагаемые изменения в содержании учебной программы утвердить. Протокол № __ от ________20 г

ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ К УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЕ

ПО ИЗУЧАЕМОЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ

на _____/_____ учебный год

№№ пп	Дополнения и изменения	Основание

Учебная программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры

оптики

(протокол № ____ от ________ 20_ г.)

Заведующий кафедрой

общей физики

к.ф.-м.н., доцент __________________ Н.А. Алешкевич

УТВЕРЖДАЮ

Декан физического факультета УО «ГГУ им. Ф. Скорины»

к.ф.-м.н., доцент __________________ С.А. Хахомов