Министерство образования и науки Российской Федерации

владивостокский государственный университет экономики и сервиса

практикум по физике

оптика и квантовая физика

Олейник А.И., Шавлюгин А.И., Шмакова Е.Э.

2005

ББК 22.3

Настоящее издание представляет собой заключительную часть пособия, предназначенного для студентов технических специальностей очной и заочной форм обучения. Цель практикума – на большом количестве разобранных примеров научить студентов решать задачи по физике самостоятельно.

Пособие содержит два основных раздела – оптику и квантовую физику, полностью соответствующих программе курса физики для вузов. Каждый раздел состоит из нескольких частей в соответствии с традиционным изложением курса в наиболее популярных учебниках по физике. Структура каждой части включает в себя краткие теоретические сведения, примеры решенных задач и задания для самостоятельной работы студентов.

Пособие рассчитано как на студентов, изучающих физику в течение двух семестров, в ходе которых учебными планами предусмотрено выполнение четырех контрольных работ, так и на тех, кто изучает физику в течение одного семестра и выполняет две контрольные работы.

1. Оптика

1.1. Геометрическая оптика. Оптические системы. Справочные сведения

Принцип Ферма: свет всегда распространяется по тому пути, для преодоления которого требуется экстремальное время.

Закон прямолинейного распространения света: в однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Закон отражения света: падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к границе раздела, восставленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; угол падения равен углу отражения.

Закон преломления света: падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела, восставленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред

.

Здесь - относительный показатель преломления второй среды (в которую переходит свет) относительно первой. Абсолютный показатель преломления вещества

,

где - скорость света в вакууме,- скорость света в веществе. Относительный показатель преломления связан с абсолютными показателями преломления веществ и скоростями света в них по формулам

.

Полное внутреннее отражение возникает в случае, когда свет переходит из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим показателем преломления; предельный угол полного внутреннего отражения определяется из закона преломления и равен

.

Формула сферического зеркала

,

где - расстояние изображения (от изображения до зеркала),- расстояние предмета (от предмета до зеркала),- радиус зеркала,- фокусное расстояние,- оптическая сила зеркала. Правило знаков: для действительного предмета и изображения и вогнутого зеркала (действительный фокус) используют знак «плюс», а для мнимого предмета и изображения и выпуклого зеркала (мнимый фокус) используют знак «минус».

Формула тонкой линзы

,

где символы имеют тот же смысл, что и в формуле сферического зеркала. Правило знаков для тонкой линзы аналогично соответствующему правилу для сферического зеркала.

Увеличение сферического зеркала и тонкой линзы

,

где - линейный размер изображения,- линейный размер предмета.