КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Загальна фізика.Оптика
Навчальний посібник для студентів фізичних спеціальностей Кредитно-трансферна система навчання
Миколаїв – 2011 Рекомендовано до друку вченою радою Миколаївського національного університету імені В.О. Сухомлинського Рецензенти Сиротюк В.Д. доктор педагогічних наук, професор, завідуючий кафедрою теорії та методики викладання фізики і астрономії Національного педагогічного університету імені М.П. Драгоманова
Мочалов О.О. доктор технічних наук, професор, академік НАН України відділу фізики, завідуючий кафедрою фізики НУК імені Адмірала Макарова
Сергієнко В.П. доктор педагогічних наук, професор, завідуючий кафедрою комп’ютерної інженерії Національного педагогічного університету імені М.П. Драгоманова
Оптика. Навчальний посібник для студентів фізичних спеціальностей. Кредитно-трансферна система. Шамро З.П., Євфимко К.Д., Січко В.М., Рехтета М.А. Під редакцією завідуючого кафедрою фізики Рехтети М.А.
Пропонований посібник призначений для студентів фізико-математичних факультетів педагогічних ВНЗ та університетів, розроблений з урахуванням кредитно-трансферної технології навчання. Як приклад розроблено технологічну карту організації навчального процесу з дисципліни «Загальна фізика», розділ «Оптика» для студентів напряму підготовки 6.040203 Фізика* галузі знань 0402 – фізико-математичні науки. У посібнику відображено повний курс теоретичного матеріалу для організації аудиторних, індивідуальних та самостійних занять. Наведено перелік та приклади розв’язування задач для аудиторних занять, самостійної та індивідуальної роботи студентів, повний перелік та зміст лабораторних робіт, графік їх виконання та захисту.
В кінці кожного змістовного модуля підбиті підсумки до нього. Зміст Передмова................................................................................................................................ 8 План організації навчального процесу з курсу загальної фізики (розділ “Оптика”).......................................................................... 10 Перелік лабораторних робіт.................................................................................................... 13 Графік виконання ї захисту лабораторних робіт................................................................... 14 Перелік навчально-методичної літератури Підручники (основні)........................................................................................ 15 Підручники (додаткові)..................................................................................... 15 Збірники задач.................................................................................................. 15 Практикуми........................................................................................................ 15 РОЗДІЛ I. ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ I Електромагнітна природа світла, його характеристики ......................................................... 16 §1.1. Лекційний матеріал......................................................................................... 1. Предмет дослідження оптики. Короткий історичний огляд учення про світло............................................ 16 Розвиток оптики у XX столітті......................................................................... 17 2. Світло та його характеристики основні енергетичні та світлові величини Фотометрія...................................................................................................... 18 Вимірювання фотометричних величин...................................................... 22 §1.2. Практичні заняття............................................................................................ 26 Практичне заняття №1 «Вступне заняття».................................................. 26 Практичне заняття №2 «Фотометрія».......................................................... 26 Зміст та основні формули............................................................................. 26 Приклади розв’язування задач................................................................... 27 Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання.................................................................................. 29
§1.3. Самостійна робота.......................................................................................... 30 1. Перелік компетентностей першого змістового модуля................................................................... 30 2. Питання для самоконтролю першого змістового модуля................................................................... 31 3. Банк завдань до першого змістового модуля........................................ 31 РОЗДІЛ II. ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ II Хвильові властивості світла. Інтерференція. Дифракція ........... 34 §2.1. Лекційний матеріал......................................................................................... 34 Метод здійснення когерентних хвиль в оптиці................................................................................................. 35 1. Метод Юнга................................................................................................... 35 2. Бідзеркала Френеля..................................................................................... 36 3. Біпризма Френеля........................................................................................ 37 Інтерференція в тонких пластинках............................................................. 38 Інтерференція в тонкому клині.................................................................... 40 Кільця Ньютона.............................................................................................. 40 Установка для спостереження кілець Ньютона......................................... 41 Інтерференційний рефрактометр Жамена.................................................. 43 Інтерферометр Майкельсона........................................................................ 44 Інтерферометр Лінника................................................................................. 45 Інші застосування інтерференції.................................................................. 45 Багатопроменева інтерференція.................................................................. 50 Дифракція світла............................................................................................ 54 Принцип Гюйгенса-Френеля......................................................................... 54 Графічне обчислення результуючої амплітуди.......................................... 56 Дифракція в променях, що розходяться...................................................... 58 1) Дифракція на круглому отворі.................................................................. 58 2) Дифракція на круглому екрані.................................................................. 59 Дифракція в паралельних променях............................................................ 60 Дифракція від щілини.................................................................................... 61 Дифракція на двох щілинах.......................................................................... 62 Дифракційна решітка..................................................................................... 63
Похиле падіння променів на решітку.......................................................... 67 Роздільна здатність дифракційної решітки................................................. 69 Дисперсія дифракційних решіток................................................................. 70 З історії виготовлення дифракційних решіток............................................ 71 Дифракція рентгенівських променів............................................................ 72 Поняття про голографію................................................................................. 73 Голографія із записом у тривимірному середовищі.................................. 76 Властивості й особливості голограм. Застосування голографії................................................................................ 78 §2.2. Практичні заняття............................................................................................ 78 Практичне заняття №3 «Інтерференція світла».............................................. 78 План та основні формули............................................................................. 78 Приклади розв’язування задач................................................................... 79 Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання............................................................................. 82 Практичне заняття №4 «Інтерференція світла»............................................ 83 План та основні формули............................................................................. 83 Приклади розв’язування задач................................................................... 84 Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання............................................................................. 86 Практичне заняття №5 «Інтерференція світла»............................................ 87 План та основні формули............................................................................. 87 Приклади розв’язування задач................................................................... 88 Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання............................................................................. 91 Практичне заняття №6 «Дифракція світла».................................................. 93 План та основні формули............................................................................. 93 Приклади розв’язування задач................................................................... 93 Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання............................................................................. 95 Практичне заняття №7 «Дифракція світла».................................................. 97
План та основні формули............................................................................. 97 Приклади розв’язування задач................................................................... 97 Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання............................................................................. 99 Практичне заняття №8 «Дифракція світла».................................................. 100 План та основні формули............................................................................. 100 Приклади розв’язування задач................................................................... 101 Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання............................................................................. 103 §2.3. Самостійна робота.......................................................................................... 104 1. Перелік компетентностей другого змістового модуля.......................................................................... 104 2. Питання для самоконтролю другого змістового модуля.......................................................................... 105 3. Банк завдань до другого змістового модуля............................................ 108 РОЗДІЛ III. ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ III Геометрична оптика .................................................. 115 §3.1. Лекційний матеріал......................................................................................... Основні закони і положення геометричної оптики........................................................................................ 116 Застосування явища повного внутрішнього відбивання........................................................................... 119 Принцип Ферма............................................................................................ 120 Заломлення променів................................................................................. 120 1. Заломлення на плоскій поверхні................................................................ 122 2. Хід променів через призму......................................................................... 123 3. Заломлення на сферичній поверхні........................................................... 124 4. Лінзи.............................................................................................................. 125 5. Формула лінзи............................................................................................... 125 6. Шість випадків побудови зображення в лінзах...................................... 127 7. Центрована система лінз............................................................................. 129 Сферична аберація.................................................................................... 130 Хроматична аберація................................................................................ 130 Астигматизм............................................................................................... 131 Дисторсія (викривлення).......................................................................... 131 Кома............................................................................................................ 131 Оптичні прилади:..................................................................................... 132 1. Лупа.............................................................................................................. 132 2. Мікроскоп.................................................................................................... 133 3. Схема астрономічної труби Кеплера (телескоп)..................................... 134 4. Проекційний апарат................................................................................... 135 5. Фотоапарат.................................................................................................. 136 Плоскі та сферичні дзеркала......................................................................... 137 §3.2. Практичні заняття............................................................................................ 140 Практичне заняття №9 «Основні закони і положення геометричної оптики. Співвідношення між основними параметрами. Повне внутрішнє відбивання»................... 140 План та основні формули......................................................................... 140 Приклади розв’язування задач............................................................... 140 Задачі для самостійного розв’язування та домашнього Практичне заняття №10 «Використання законів заломлення»................ 144 План та основні формули........................................................................ 145 Приклади розв’язування задач.............................................................. 147 Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання....................................................................... 147 Практичне заняття №11 «Оптичні прилади»............................................. 149 План та основні формули....................................................................... 149 Приклади розв’язування задач............................................................. 150 Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання....................................................................... 152 §3.3. Самостійна робота.......................................................................................... 154 1. Перелік компетентностей третього змістового модуля................................................................. 154 2. Питання для самоконтролю третього змістового модуля................................................................. 154 3. Банк завдань до третього змістового модуля................................................................... 156 РОЗДІЛ IV. ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ IV Взаємодія електромагнітних хвиль з речовиною Поляризація, дисперсія, поглинання і розсіювання світла. .................................................................... 160 §4.1. Лекційний матеріал......................................................................................... 160 Закон Брюстера.............................................................................................. 162 Пояснення закону Брюстера......................................................................... 163 Визначення напряму коливань електричного вектора у відбитому та заломленому світлі................................................ 164 Подвійне променезаломлення..................................................................... 165 Побудова Гюйгенса в кристалах з однією віссю........................................ 167 Поляризаційні прилади................................................................................. 170 Призма Ніколя................................................................................................ 170 Призма Глана-Фуко........................................................................................ 171 Призма Волластона........................................................................................ 172 Призма Рошона.............................................................................................. 172 Турмалін.......................................................................................................... 172 Поляроїди........................................................................................................ 172 Інтерференція поляризованих променів..................................................... 173 Виявлення і аналіз еліптично та циркулярно поляризованого світла................................................................................... 176 Компенсатори................................................................................................. 177 Компенсатор Бабіне....................................................................................... 178 Компенсатор Солейля.................................................................................... 179 Обертання площини поляризації................................................................. 179 Магнітне обертання....................................................................................... 180 Ефект Керра..................................................................................................... 181 Фотопружність................................................................................................. 181 Дисперсія світла............................................................................................. 182 Вплив речовини на поширення світла, обумовлений взаємодією світла з атомами і молекулами, з яких складається речовина........................................................................ 184 Спостереження дисперсії.............................................................................. 187 Спектри та спектральний аналіз................................................................... 191 Поглинання світла.......................................................................................... 192 Виведення формули Бугера.......................................................................... 193 Розсіювання світла......................................................................................... 194 Молекулярне розсіювання............................................................................ 196 Комбінаційне розсіювання світла............................................................... 197 §4.2. Практичні заняття............................................................................................ 199 Практичне заняття №12 «Поляризація світла»............................................. 199 План та основні формули.............................................................................. 199 Приклади розв’язування задач.................................................................... 200 Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання.............................................................................. 201 Практичне заняття №13 «Поляризація світла»............................................... 203 План та основні формули.............................................................................. 203 Приклади розв’язування задач.................................................................... 203 Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання........................................................................... 206 Практичне заняття №14 (семінар) «Дисперсія світла. Методи визначення швидкості світла»(семінар)......................................... 207 Зміст................................................................................................................... 207 Запитання для підготовки до семінару та самоконтролю................................................................................................. 207 §4.3. Самостійна робота.......................................................................................... 209 1. Перелік компетентностей четвертого змістового модуля............................................................................................... 209 2. Питання для самоконтролю........................................................................... 210 3. Банк завдань до четвертого змістового модуля.............................................................................................. 211 РОЗДІЛ V. ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ V Оптика рухомих середовищ .............................. 215 §5.1. Лекційний матеріал......................................................................................... Визначення швидкості світла за спостереженнями затемнень супутників Юпітера........................................................................ 215 Лабораторні методи визначення швидкості світла............................................................................................... 216 1. Метод Фізо (1849) або метод зубчастого колеса...................................... 216 2. Метод дзеркала, що обертається (Фуко 1868)........................................... 218 3. Метод призми, що обертається (Майкельсон 1881)................................................................................... 219 Фазова та групова швидкість світла........................................................ 220 Ефект Вавилова-Черенкова...................................................................... 222 Дослід Майкельсона і виникнення теорії відносності.......................... 224 Ефект Доплера............................................................................................ 230 Аберація світла.......................................................................................... 232 §5.2. Практичні заняття............................................................................................ 233 Практичне заняття №15 «Оптика рухомих середовищ».............................................................................. 233 План та основні формули.......................................................................... 233 Приклади розв’язування задач................................................................ 234 Задачі для самостійного розв’язування та домашнього завдання....................................................................... 235 §5.3. Самостійна робота.......................................................................................... 236 Перелік компетентностей п’ятого змістового модуля................................................................................... 236 Питання для самоконтролю................................................................... 237 Банк завдань до п’ятого змістового модуля........................................ 238 РОЗДІЛ VI. ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ VI Поняття про нелінійну оптику .................................. 240 §6.1. Лекційний матеріал......................................................................................... Коротка історія розвитку нелінійної оптики................................................ 240 Нелінійні явища, які виникають при взаємодії електричного поля хвилі з речовиною........................................................ 241 Параметрична генерація світла................................................................... 245 Багатофотонний ефект................................................................................... 246 Просвітлення й затемнення середовища................................................... 246 Ефект затемнення середовища.................................................................... 247 Висновок.......................................................................................................... 250 Питання для самоконтролю шостого змістового модуля.......................................................................................... 251 Перелік та зміст лабораторних робіт Лабораторна робота №1 «Визначення показника заломлення скла за допомогою мікроскопа та плоско-паралельної пластинки»................................................................ 252 Лабораторна робота №2 «Визначення фокусних відстаней тонких лінз»......................................... 255 Лабораторна робота №3 «Моделювання оптичних систем»................................................................ 261 Лабораторна робота №4 «Визначення довжини хвилі лазерного випромінювання методом інтерференції світла у біпризмі Френеля»........................................................................................ 268 Лабораторна робота №5 «Визначення радіуса кривизни лінзи за допомогою кілець Ньютона»............................................................................................ 273 Лабораторна робота №6 «Визначення показника заломлення скла інтерференційним методом Лабораторна робота №7 «Вивчення дифракції Фраунгофера на щілині»........................................... 283 Лабораторна робота №8 «Вивчення явища дифракції світла за допомогою дифракційної решітки»................................................................ 287 Лабораторна робота №9 «Вивчення явища поляризації світла»......................................................... 292 Лабораторна робота №10 «Визначення питомого кута повертання кварцу та концентрації цукру в розчин сахариметром»............................................. 294 Лабораторна робота №11 «Вивчення явища дисперсії світла. Визначення дисперсії скляної призми гоніометром».......................................................... 298 Література до лабораторних робіт....................................................................... 303 Використана література до теоретичного матеріалу......................................... 304
Дата добавления: 2015-06-04; Просмотров: 1035; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |