Контрольные вопросы по курсу “ОПТИКА”

Общие свойства волновых процессов.

1. Примеры и классификация волновых процессов по физической природе, характеру переноса энергии, типу колеблющейся величины, форме волновых поверхностей.

1.1. Какие величины колеблются в звуковой волне, электромагнитной волне, волне на поверхности воды? (не меньше двух для каждого типа волн)

1.2. Приведите примеры продольных и поперечных волн.

1.3. Какие волны не переносят энергию в пространстве? Приведите пример таких волн.

1.4. Приведите примеры скалярных и векторных волн.

1.5. Приведите примеры бегущих и стоячих волн.

2. Характеристики гармонических волн. Период, частота, циклическая частота, волновое число, волновой вектор.

2.01. Что такое длина волны?

2.02. Какой порядок имеет длина волны для радиоволн, рентгеновского и гамма-излучения?

2.03. Укажите диапазон длин волн для видимого излучения.

2.04. Каковы длины волн для инфракрасного и ультрафиолетового излучения?

2.05. Что такое волновая поверхность?

2.06. Какие бывают виды волновых поверхностей?

2.07. Чем плоская волна отличается от сферической?

2.08. Что такое волновое число, в каких единицах оно измеряется в системе СИ?

2.09. Что такое фаза волн, в каких единицах оно измеряется в системе СИ?

2.10. Что такое амплитуда волн, в каких единицах оно измеряется в системе СИ?

2.11. Что такое волновой вектор, в каких единицах измеряется его модуль в системе СИ?

2.12. Что такое период электромагнитных волн, в каких единицах он измеряется в системе СИ?

2.12. Что такое циклическая частота электромагнитных волн, в каких единицах она измеряется в системе СИ?

2.13. В чем измеряется амплитуда электромагнитных волн в системе СИ?

2.14. В чем измеряется фаза электромагнитных волн в системе СИ?

3. Обобщенное одномерное и трехмерное волновое уравнение. Волновая функция для плоской волны, бегущей по и против оси Ox, для плоской волны с произвольным волновым вектором.

3.1. Напишите волновую функцию для плоских волн, бегущих по оси Ох.

3.2. Напишите волновую функцию для плоских волн, бегущих против оси Ох.

3.3. Напишите волновую функцию для сферических волн, исходящих из начала координат.

3.4. Напишите волновую функцию для плоских волн, бегущих в произвольном направлении .

3.5. Какому уравнению подчиняется волновая функция для плоских скалярных волн, бегущих по оси Ох?

3.6. Какому уравнению подчиняется волновая функция для скалярных волн в трехмерном пространстве?

4. Группа волн. Фазовая скорость, её связь с циклической частотой и волновым числом. Групповая скорость, её выражение через фазовую скорость с учетом закона дисперсии среды.

4.01. Что такое фазовая скорость?

4.02. Какой формулой связаны фазовая скорость и циклическая частота для электромагнитных волн в вакууме?

4.03. Что такое группа волн?

4.04. Что такое принцип суперпозиции волн?

4.05. Что такое спектр сигнала?

4.06. Что такое степень монохроматичности?

4.07. Что такое групповая скорость?

4.08. В каком случае групповая скорость волн совпадает с фазовой? 4.09. Что такое дисперсия?

4.10. Какая дисперсия называется нормальной?

4.11. Какая дисперсия называется аномальной?

Общие свойства электромагнитных волн (ЭМВ)

5. Вывод волнового уравнения ЭМВ. Связь фазовой скорости с материальными константами среды.

5.1. Из каких уравнений выводится уравнение ЭМВ?

5.2. Как скорость ЭМВ выражается через постоянные ₀ ₀ ?

5.3. Как скорость ЭМВ зависит от диэлектрической проницаемости среды?

5.4. Что такое ротор вектора?

5.5. Что такое абсолютный и относительный показатели преломления?

5.6. Какие линзы, и в какой ситуации дают мнимое изображение для действительного предмета?

5.7. Какие зеркала, и в какой ситуации дают мнимое изображение для действительного предмета?

5.8. Что такое оптическая сила линзы, как её вычислить?

5.9. Что такое оптическая сила сферического зеркала, как её вычислить?

5.10. Что такое фокус линзы, как его вычислить?

5.11. Что такое фокус сферического зеркала, как его вычислить?

5.12. Собирающей или рассеивающей является двояковогнутая стеклянная линза в воздухе?

5.13. Собирающей или рассеивающей является воздушная двояковогнутая линза в воде?

5.14. Собирающей или рассеивающей является двояковыпуклая стеклянная линза в воздухе?

5.15. Собирающей или рассеивающей является воздушная двояковыпуклая линза в воде?

5.14. Какие линзы, и в какой ситуации дают увеличенное изображение для действительного предмета?

5.15. Какие зеркала, и в какой ситуации дают увеличенное изображение для действительного предмета?

6. Соотношение между волновым вектором, векторами электрической и магнитной напряженности в плоской ЭМВ.

6.1. Как связаны между собой электрическая и магнитная напряженности для ЭМВ в вакууме?

6.2. Как по направлениям электрическая и магнитная напряженности ЭМВ в вакууме найти направление распространения волн?

7. Объемная плотность энергии. Вектор плотности потока энергии. Интенсивность.

7.1. Во сколько раз возрастет интенсивность волн при увеличении амплитуды 1,5 раза?

7.2. Что такое вектор плотности потока энергии, в каких единицах измеряется в его модуль в системе СИ?

7.3. Что такое вектор Пойнтинга?

8. Импульс ЭМВ. Вектор объемной плотности импульса Световое давление.

8.1. Действием какой силы (каких сил) объясняется световое давление?

8.2. Как связаны объёмная плотность энергии и модуль вектора объемной плотности импульса ЭМВ?

Двухлучевая интерференция

9. Интенсивность при сложении двух линейно поляризованных монохроматических волн.

9.1. Как определяется интенсивность?

9.2. Что такое интерференционный член?

9.3. Чему равна интенсивность гармонических волн с амплитудой E_m?

9.4. Чему равен интерференционный член в случае интерференции двух гармонических волн с амплитудами E₁ и E₂ , поляризованных взаимно перпендикулярно?

10. Оптический ход луча. Оптическая разность хода лучей от одного источника. Определение разности фаз через оптическую разность хода. Соотношения для минимумов и максимумов интенсивности. Центр интерференционной картины. Порядок интерференции.

10.1. Что такое оптический ход луча?

10.2. Как связаны оптический ход луча на данном отрезке и время прохождения светом данного отрезка?

10.3. Что такое оптическая разность хода лучей?

10.4. Как связаны между собой разность фаз интерферирующих лучей с их оптической разностью хода?

10.5. Что такое .центр интерференционной картины?

10.6. Что такое порядок интерференции?

10.7. Напишите условие интерференционного максимума при двухлучевой интерференции?

10.8. Напишите условие интерференционного минимума при двухлучевой интерференции?

11. Видность интерференционной картины. Период интерференционной картины (ширина интерференционной полосы) связь с апертурой интерференции.

11.1. Что такое видность интерференционной картины?

11.2. Что такое ширина интерференционной полосы?

11.3. Что такое апертура интерференции?

12. Влияние немонохроматичности излучения на видность интерференционной картины. Квазимонохроматическая волна. Время и длина когерентности. Условие временнóй когерентности.

12.1. Какие волны называются квазимонохроматическими?

12.2. Что такое время когерентности.

12.3. Что такое длина когерентности.

12.4. Что такое условие временнόй когерентности?

13. Связь времени и длины когерентности со спектральной шириной и степенью немонохроматичности сигнала. интерференции. Максимальный порядок интерференции. Примеры.

13.1. Как изменится время когерентности, если уменьшить степень немонохроматичности сигнала?

13.2. Как изменится длина когерентности, если увеличить степень монохроматичности сигнала?

13.3. Как изменится максимальный порядок, если увеличить степень монохроматичности используемого излучения?

13.4. Как изменится длина когерентности, если уменьшить ширину частотного диапазона излучения?

14. Влияние размеров источника на видность интерференционной картины. Радиус когерентности. Примеры. Условие пространственной когерентности. Объем когерентности.

14.1. Что такое условие пространственной когерентности?

14.2. Что такое видность интерференционной картины?

14.3. Как изменится вид интерференционной картины в опыте Юнга, если увеличить ширину первой щели?

14.4. Как изменится вид интерференционной картины в опыте с бипризмой Френеля, если уменьшить поперечный размер источника света?

14.5. Как изменится видность интерференционной картины при увеличении размеров входной щели в опыте Юнга?

14.6. Как изменится видность интерференционной картины при увеличении размеров входной щели в опыте бипризмой Френеля?

14.7.Что такое радиус когерентности?

14.8.Что такое объем когерентности?

15. Метод деления волнового фронта: опыт Юнга, бипризма Френеля, бизеркало Френеля, билинза Бийе, зеркало Ллойда.

15.1. Изобразите ход интерферирующих лучей в опыте Юнга.

15.2. Как изменится вид интерференционной картины в опыте Юнга, если увеличить расстояние между щелями?

15.3. Как изменится вид интерференционной картины в опыте Юнга, если увеличить длину волны света?

15.4. Изобразите ход интерферирующих лучей в опыте с бипризмой Френеля.

15.5. Что общего между оптическими схемами опыта Юнга и опыта с бипризмой Френеля? Чем схема с бипризмой лучше?

15.6. Как изменится вид интерференционной картины в опыте с бипризмой Френеля, если уменьшить преломляющий угол бипризмы?

15.7. Как изменится вид интерференционной картины в опыте с бипризмой Френеля, если увеличить показатель преломления материала бипризмы?

15.8. Как изменится вид интерференционной картины в опыте с бипризмой Френеля, если уменьшить длину волны света?

15.9. Почему в опыте с бипризмой Френеля преломляющий угол бипризмы должен быть очень маленьким?

15.10. Изобразите ход интерферирующих лучей в опыте с бизеркалом Френеля.

15.11. Изобразите ход интерферирующих лучей в опыте с билинзой Бийе.

15.12. Изобразите ход интерферирующих лучей в опыте с зеркалом Ллойда.

16. Метод деления амплитуды: кольца Ньютона, интерференция на тонких пленках, пластинах, клине.

16.1. Изобразите ход лучей интерферирующих в опыте с кольцами Ньютона.

16.2. Почему в опыте с кольцами Ньютона интерференционная картина имеет вид колец?

16.3. Изобразите ход лучей при интерференции на тонкой пленке.

16.4. Напишите формулу для разности хода лучей при интерференции на тонкой водяной пленке на поверхности стекла в случая нормального падения.

16.5. Напишите формулу для разности хода лучей при интерференции на плоскопараллельной стеклянной пластинке в случая нормального падения лучей.

17. Двухлучевые интерферометры: интерферометр Майкельсона, интерферометр Жамена, интерферометр Линника.