ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

Вопросы к коллоквиуму

1. Уравнения Максвелла в интегральной форме и их физический смысл.

2. Качественная картина возбуждения и распространения электромагнитных волн.

3. Плоская волна. Амплитуда волны, циклическая и линейная часта, периодическая длина волны, фаза, волновое число, волновой вектор.

4. Фронт волны (волновой фронт, волновая поверхность).

5. Фазовая скорость волны, ее выражение через волновое число и частоту.

6. Уравнение Максвелла в дифференциальной форме в декартовых координатах.

7. Уравнение Максвелла для плоской волны.

8. Свойства электромагнитных волн:

а) Поперечность

б) Разность фаз напряженностей электрической и магнитного полей в бегущей волне.

в) Скорость распространения электромагнитных волн.

г) Связь между модулями напряженностей  и  полей в электромагнитной волне.

д)Волновое уравнение для векторов  и . Его решение.

9.  Энергия электромагнитной волны. Вектор Умова-Пойнтинга, его физический смысл.

10. Среднее значение вектора  для плоской волны (интенсивность плоской волны)

11. Стоячая электромагнитная волна:

а) Возникновение стоячей волны.

б) Зависимость амплитуды от координаты (узлы, пучности).

в) Изменение фазы при отражении (качественно).

г) Разность фаз векторов  и   в стоячей волне.

д) Энергия стоячей волны (среднее значение модуля Умова-Пойнтинга для стоячей волны).

 

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

Вопросы к коллоквиуму

1. Понятия: световой луч, точечный источник света, параллель­ный пучок, параксиальные лучи, действительные и мнимые изо­бражения. При каких условиях действительны законы лучевой оптики?

2. Принцип Ферма. Геометрическая и оптическая длина пути.

3. Законы отражения света.

4. Построение изображений в плоском зеркале,

5. Построение изображения в сферических зеркалах (выпуклом и вогнутом).

6. Абсолютный и относительный показатели преломления.

7. Законы преломления света.

8. Предельный угол полного внутреннего отражения. Явление полного внутреннего отражении. Волоконная оптика.

9. Ход луча через плоскопараллельную пластинку. Изображение в плоскопараллельной пластинке.

10. Ход луча в призме. Вывод формулы для угла отклонения луча в призме (общий случай).

11. Вывод формулы для угла наименьшего отклонения луча в призме.

12. Явление дисперсии. Изменение длины волны при переходе луча из вакуума в вещество с показателем преломления . Мера дисперсии вещества (дисперсия, средняя дисперсия, относительная дисперсия, коэффициент дисперсии).

13. Вывод формулы тонкой линзы. Главный фокус, фокальная плоскость, фокусное расстояние, оптический центр, главная и побочные оптические оси, оптическая сила линз.

14. Собирающая и рассеивающая линзы. Построение изображения в линзах. Правило знаков.

15.  Изменение оптической силы линзы при переносе ее из вакуума в среду с 1)   , 2)   .

16. Глаз как оптический прибор.

17. Лупа. Увеличение лупы.

18. Ход лучей в микроскопе. Увеличение микроскопа.

19. Ход лучей в телескопе.

20. Погрешности оптических систем.

Задачи к коллоквиуму

1. Выпуклое зеркало имеет радиус кривизны R=60 см. На расстоянии a₁=10 см от зеркала поставлен предмет высотой y₁=2 см. Найти положение и высоту изображения. Дать чертеж.

                            (Ответ: -7,5 см, 1,5 см)

2. В каком направлении пловец, нырнувший в воду, видит заходящее Солнце?

(Ответ: 41⁰)

3. Луч света выходит из скипидара в воздух. Предельный угол полного внутреннего отражения для этого луча 42⁰. Найти скорость распространения света в скипидаре.

(Ответ: )

4. Монохроматический луч падает на боковую поверхность равнобедренной призмы и после преломления идет в призме параллельно ее основанию. Выйдя из призмы, он оказывается отклоненным на угол  от своего первоначального направления. Найти связь между преломляющим углом призмы , углом отклонения луча  и показателем преломления .

(Ответ: )

5. Найти фокусное расстояние для следующих линз:

1) линза двояковыпуклая R₁= 15 см, R₂=-25 см;

2) линза плоско-выпуклая R₁= 15 см, R₂= ;

3) линза вогнуто-выпуклая (положительный мениск) R₁= 15 см, R₂=25 см;

4) линза двояковогнутая R₁= -15 см, R₂=-25 см;

5) линза плоско-вогнутая R₁= , R₂=-15 см;

6) линза выпукло–вогнутая (отрицательный мениск) R₁= 25 см, R₂=15 см.

Показатель преломления материала линзы 1,5.

6. На расстоянии а₁=15 см от двояковыпуклой линзы оптическая сила которой 10 дптр, поставлен перпендикулярно к оптической оси предмет высотой 2 см. Найти положение и высоту изображения. Дать чертеж.

(Ответ: 0,3 м, 0,04 м)

7. Двояковыпуклая линза с радиусами кривизны поверхностей R₁=R₂=12 см поставлена на таком расстоянии от предмета, что изображение на экране получилось в  раз больше предмета. Найти расстояние а₁+а₂ от предмета до экране, если: а) , б) , в) .

(Ответ: 0,48 м; 2,65 м; 0,864 м)

8. Решить предыдущую задачу при условии, что линза погружена: а) в воду, б) в сероуглерод. Показатель преломления материала линзы 1,50, воды – 1,33, сероуглерода – 1,63. Найти ее фокусное расстояние.

(Ответ: 0,46 м; -0,75 м)

9. Микроскоп состоит из объектива с фокусным расстоянием 2 мм и окуляра с фокусным расстоянием 40 мм. Расстояние между фокусами объектива и окуляра 18 см. Найти увеличение, даваемое микроскопом.

(Ответ: 568)

10. Свет от электрической лампочки с силой света 200 кд падает под углом 45⁰ на рабочее место, создавая освещенность 141 лк. На каком расстоянии от рабочего места находится лампочка? На какой высоте от рабочего места она висит?

(Ответ: 1 м; 0,7 м)

11. На лист белой бумаги площадью  перпендикулярно к поверхности падает световой поток 120 лм. Найти освещенность, светимость и яркость бумажного листа, если коэффициент отражения 0,75.

(Ответ: , , )

12. Электрическая лампа с силой света 100 кд посылает во все стороны в единицу времени 122 Дж/мин световой энергии. Найти механический эквивалент света и КПД световой отдачи, если лампа потребляет мощность 100 Вт.

(Ответ: 0,0016 Вт/лм, ~2%)

 

 

Вопросы к лабораторным работам

I. « Определение Фокусного расстояния тонких линз»

1. Какие линзы называются тонкими?

2. Чем отличаются действительное изображение от мнимого?

3.Можно ли сфотографировать мнимое изображение предмета, полученное с помощью рассеивающей линзы?

4.Может ли двояковыпуклая линза иметь отрицательную оптическую силу?

5. Найдите отношение фокусных расстояний одинаковых по форме двояковыпуклых линз, если они сделаны из стекла с разными показателями преломления (  и ) .

6.Можно ли сделать линзу, не обладающую сферической аберрацией?

7. Укажите возможность устранения хроматической аберрации в оптических приборах.

8.Какие объективы называются анастигматами?

9.Выведите связь между продольным и поперечным увеличением линзы.

10.Как построить изображение точки, лежащей на главной оптической оси?

11.Светящаяся точка перемещается вдоль оптической оси собирающей (рассеивающей) линзы из бесконечности к линзе; как перемещается изображение точки?

12.Пригоден ли метод Бесселя для толстых линз.

13.Каково минимальное расстояние между предметом и экраном, при котором возможно получение действительного изображе­ния предмета с помощью собирающей линзы, имеющей оптическую силу ?

II. «Определение увеличения микроскопа»

1. Как определить увеличение объектива микроскопа и его оку­ляра?

2. Почему объектив состоит из многих (до 10) линз, а окуляр, как правило, из двух?

3. Как зависит увеличение микроскопа от длины его тубуса?

4. Чем определяется максимальное увеличение микроскопа?

5. От чего зависит разрешающая способность микроскопа (по Аббе)?

6. Укажите возможные пути повышения разрешающей способности оптического микроскопа.

7. К какой из оптических систем микроскопа - окуляру или объективу - предъявляется более жесткое требование в смысле исправления аберраций?

8. Каков принцип действия электронного микроскопа?

III. «Измерение показателя преломления жидких тел и твердых тел с помощью рефрактометра»

1. Получите при помощи принципа Ферма закон отражения света от границы раздела двух сред.

2. Используя принцип Гюйгенса, получите законы преломления света на границе двух сред.

3. Может ли возникнуть явление полного внутреннего отражения, если свет проходит из воды в стекло?

4. Объясните принцип действия и устройство рефрактометра.

5. Из каких соображений следует выбирать измерительную призму и иммерсионную жидкость?

6. Что будет видно в зрительной трубе, если неравенство не выполнено?

7. Почему результат измерения показателя преломления твердых тел не зависит от показателя преломления иммерсионной жид­кости?

8. Оценить точность измерения показателя преломления.

IV. «Определение показателя преломления и дисперсии призмы с помощью гониометра»

1. В каких пределах может меняться угол отклонения , который может дать стеклянная призма с преломляющим углом А=60˚?

2. Как изменились бы значения А и , если бы мы проводили измерения не в воздухе, а в воде?

3.  Докажите, что наименьшее отклонение преломленного луча соответствует условию: , ?    

4. Дайте определение дисперсии света. В чем заключается за­кон дисперсии?

5. Каковы экспериментальные трудности наблюдения аномальной дисперсии?

6. Начертите принципиальную схему экспериментальной установ­ки с использованием гониометра.