Самостоятельная работа № 5 «Волновая и квантовая оптика»

Цель самостоятельной работы: закрепление теоретических знаний по теме.

Вид самостоятельной работы: работа с конспектом лекций и учебной литературой.

Форма контроля: контрольная работа.

Вопросы для подготовки:

Геометрическая оптика.

Основные законы геометрической оптики (закон прямолинейного распространения света, закон независимости световых лучей, законы отражения и преломления. Принцип Ферма).

Построение изображений в идеальных оптических системах (плоское зеркало, сферическое зеркало, плоскопараллельная пластинка, призма, линзы).

Элементы фотометрии.

Интерференция света.

Развитие представлений о природе света.

Монохроматические волны.

Когерентные световые волны.

Интерференция света и методы ее наблюдения (метод Юнга, зеркала Френеля, бипризма Френеля).

Расчет интерференционной картины - условия минимумов и максимумов.

Интерференция света в тонких пленках.

Полосы равной толщины.

Кольца Ньютона.

Полосы равного наклона.

Просветленная оптика.

Применение интерференции.

Дифракция света.

Явление дифракции и условия ее наблюдения.

Опыт Френеля.

Принцип Гюйгенса-Френеля.

Метод зон Френеля.

Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске.

Дифракция Фраунгофера на узкой щели.

Дифракционная решетка. Дифракционный спектр. Спектральный анализ.

Плоскостная решетка.

Пространственная решетка.

Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа - Брэгга.

Поляризация света и элементы кристаллооптики.

Естественный и поляризованный свет.

Поляризация света при отражении и преломлении.

Поляризаторы и анализаторы.

Закон Брюстера.

Закон Малюса.

Распространение света в оптически прозрачных кристаллах.

Явление двойного лучепреломления.

Поляризационные призмы и поляроиды.

Анализ поляризованного света.

Эффекты Фарадея и Керра.

Варианты заданий.

Вариант 1.

1. На толстую плоскопараллельную стеклянную пластинку с показателем преломления , покрытую очень тонкой пленкой постоянной толщины h с показателем преломления , падает нормально пучок параллельных лучей монохроматического света с длиной волны мкм. Отраженный свет максимально ослаблен в результате интерференции. Определить толщину пленки .

_{2. Под каким углом к горизонту должно находиться Солнце, чтобы его лучи, отраженные от поверхности озера (n = 1.33), были наиболее полно поляризованы?}

3. Каким образом сказывается на дифракционной картине увеличение числа щелей дифракционной решетки на единицу длины:

1) дифракционная картина становится более расплывчатой

2) дифракционная картина становится более яркой

3) число щелей не влияет на вид дифракционной картины

4) дифракционная картина исчезает

Вариант 2.

1. Между двумя плоскопараллельными стеклянными пластинками положили очень тонкую проволочку, расположенную параллельно линии соприкосновения пластинок и находящуюся на расстоянии мм от неё. В отражённом свете (мкм) на верхней пластинке видны интерференционные полосы. Определить диаметр поперечного сечения проволочки, если на протяжении мм насчитывает светлых полос.

2. При падении света из воздуха на диэлектрик отраженный луч полностью поляризован при угле падения 60 градусов. Какой угол с нормалью при этом составляет преломленный луч?

3. При прохождении белого света через трехгранную призму наблюдается его разложение в спектр. Это явление объясняется…

1) интерференцией света 2) дифракцией света

3) дисперсией света 4) поляризацией света

Вариант 3.

1. Плосковыпуклая линза выпуклой стороной лежит на стеклянной пластинке. Определить толщину слоя воздуха там, где в отраженном свете (мкм) видно первое светлое кольцо Ньютона.

2. На дифракционную решетку нормально падает пучок света от газоразрядной трубки, наполненной гелием. Определите длину волны линии в спектре третьего порядка, на которую накладывается красная линия гелия ( = 670 нм) спектра второго порядка.

3. На пути естественного света помещены две пластины турмалина. После прохождения пластинки 1 свет полностью поляризован. Если J₁ и J₂ – интенсивности света, прошедшего пластинки 1 и 2, соответственно, и угол между направлениями OO и O’O’ φ=30^o, то J₁ и J₂ связаны соотношением…

1)

2)

3)

4)

Вариант 4.

1. На щель шириной а=0,1 м нормально падает параллельный пучок света от монохроматического источника (=0,6 мкм). Определить ширину L центрального максимума в дифракционной картине, проецируемой с помощью линзы, находящейся непосредственно за щелью, на экран, отстоящий от линзы на расстоянии h=1 м.

_{2. Расстояние от источника света до экрана равно L. Часть этого пути r = 0.4L световой луч прошел в однородной среде с показателем преломления n, другую часть пути rо = 0.6 L – в воздухе. Оптическая длина пути при этом оказалась равной 1.2L. Определите показатель преломления n среды.}

3. Совокупность явлений волновой оптики, в которых проявляется поперечность световых волн, называется:

1) явлением дифракции 2) явлением поляризации

3) явлением интерференции 4) явлением дисперсии

Вариант 5.

1. Параллельный пучок электронов падает нормально на диафрагму с узкой прямоугольной щелью, ширина которой а=2 мкм. Определить скорость электронов, если известно, что на экране, отстоящем от щели на расстояние L=50 см, ширина центрального дифракционного максимума b=80 мкм.

2. На пути одного из интерферирующих лучей помещается стеклянная пластинка толщиной 1.2 мкм. Свет падает на пластинку нормально. Показатель преломления стекла n = 1.5, длина волны света  = 750 нм. Определите число полос, на которое сместится интерференционная картина.

3. При падении света на границу раздела двух сред под углом Брюстера….

1) преломлённый луч исчезает и остаётся только отражённый

2) преломлённый луч полностью поляризован

3) преломлённый и отражённый лучи перпендикулярны друг другу

4) отражённый луч исчезает и остаётся только преломлённый

Вариант 6.

1. На узкую щель падает нормально монохроматический свет. Четвертая темная дифракционная полоса наблюдается под углом φ₄ = 2^о12^’. Определить, сколько длин волн укладывается на ширине щели.

2. Установка для наблюдения колец Ньютона освещается монохроматическим светом с длиной волны  = 0.6 мкм, падающим нормально. Определите толщину воздушного слоя между линзой (плоско-выпуклой) и стеклянной пластинкой в том месте, где наблюдается четвертое темное кольцо в отраженном свете.

3. Появление цветных масляных полос на лужах связано с

1) Дифракцией света 2) Интерференцией света

3) Поляризацией света 4) Дисперсией света

Вариант 7.

1. Дифракционная решетка содержит 200 штрихов на 1 мм. На решетку падает нормально монохроматический свет (=0,6 мкм). Максимум какого наибольшего порядка дает эта решетка?

2. Параллельный пучок света падает нормально на пластинку из исландского шпата толщиной 50 мкм, вырезанную параллельно оптической оси. Принимая показатели преломления исландского шпата для обыкновенного и необыкновенного лучей соответственно n_o = 1.66 и n_e = 1.49, определите оптическую разность хода этих лучей, прошедших через пластинку.

3. Огибание световыми волнами встречных препятствий называется:

1) явлением дифракции 2) явлением поляризации

3) явлением интерференции 4) явлением дисперсии

Вариант 8.

1. Какой наименьшей разрешающей способностью R должна обладать дифракционная решетка, чтобы с ее помощью можно было разрешить две спектральные линии калия (₁=578 нм и ₂=580 нм)?

2. Для т. А оптическая разность хода лучей от двух когерентных источников S₁ и S₂ равна 1,2 мкм. Определите, что будет наблюдаться в т.А (max или min), если длина волны в вакууме 600 нм.

3. Огибание волнами препятствий, соизмеримых с длиной волны, доказывает…

1) волновую природу света

2) что свет представляет собой поток квантов

3) двойственность природы света

4) что природа света до конца не изучена

Вариант 9.

1. C помощью дифракционной решетки с периодом 20 мкм требуется разрешить дублет натрия (₁=589,0 нм и ₂=589,6 нм) в спектре второго порядка. При какой наименьшей длине L решетки это возможно?

2. При наблюдении в воздухе интерференции света от двух когерентных источников на экране видны чередующиеся темные и светлые полосы. Как изменится ширина полос, если наблюдение производить в воде (показатель преломления воды n = 1.33), сохраняя все остальные условия неизменными?

3. Укажите номера утверждений, с которыми Вы согласны. Поясните ответ.

1) При сложении некогерентных световых волн не существует таких точек волнового поля, в которых интенсивность результирующей волны была бы равна нулю.

2) Тепловые источники света являются источниками когерентных волн.

3) При сложении когерентных световых волн результирующая интенсивность света равна сумме интенсивностей складываемых волн во всех точках волнового поля.

4) При сложении когерентных световых волн результирующая интенсивность света во всех точках волнового поля отлична от нуля

Вариант 10.

1. На дифракционную решетку в направлении нормали к ее поверхности падает монохроматический свет. Период решетки d=2мкм. Определить наибольший порядок дифракционного максимума, который дает эта решетка в случае красного (λ₁=0,7мкм) и в случае фиолетового (λ₂=0,41 мкм) света.

2. Тонкая пленка вследствие явления интерференции в отраженном свете имеет зеленый цвет. Как изменится ее цвет при уменьшении толщины пленки?

6. Все вторичные источники, расположенные на поверхности фронта волны, когерентны между собой. Это соответствует принципу….:

1) причинности 2) Гюйгенса – Френеля

3) Гюйгенса 4) неопределенности