Главная | Обратная связь

Релятивистские эффекты в оптике

Методы измерения скорости света. Опыты Физо и Майкельсона как основа специальной теории относительности. Абсолютная скорость света. Эффект Доплера в оптике.

2.3 Основная литература

 

1. Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Эткин В.С. Курс общей физики. Оптика и атомная физика. - М.: Академия, 2000.

2. Савельев И.В. Курс общей физики: Учебное пособие для втузов: в 3 томах. – М.: Наука, 1982. - Т. 2: Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.

3. Ландсберг Г.С. Оптика. - М.: Наука, 1976.

4. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. – М.: Наука, 2002.

5. Волькенштейн В.С. Сборник задач по общему курсу физики. – М.: Наука, 1990.

6. Сахаров Д.И. Сборник задач по физике. – М.: ООО «Изд. дом «Оникс 21 век», 2003.

7. Лабораторный практикум по общей и экспериментальной физике: Учебное пособие для вузов /В.Н.Александров, С.В.Бирюков, И.А. Васильева и др.; Ред. Е.М. Гершензон, А.Н. Мансуров. – М.: Академия, 2004.

 

2.4. Дополнительная литература для самостоятельной работы студентов

1. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики: Для вузов. - М.: Наука, 1972.- Т.3: Оптика, физика атомов и молекул, физика атомного ядра и микрочастиц.

2. Сивухин Д.В. Общий курс физики: Учеб. пособие для физ. спец. вузов: В 5 т. – М.: Наука, 1989. - Т. 4: Оптика.

3. Королев Ф.А. Курс физики. (Оптика. Атомная и ядерная физика.) - М., Просвещение, 1974.

4. Сборник задач по курсу общей физики: Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по специальности «Физика»/ Под ред. М.С. Цедрика. – М.: Просвещение, 1989.

5. Калашников Н.П. Основы физики: Учеб. для вузов: в 2 т. – М.: Дрофа, 2003.

6. Спиридонов О.П. Свет, физика, информация, жизнь. М.: Просвещение, 1993.

7. Тарасов Л.В. Оптика, рожденная лазером. М.: Просвещение, 1977.

8. Брызгалов А.Н. Оптические свойства веществ. – Челябинск, 2005

9. Энциклопедия для детей. Том 16. Физика. Ч.2. /Глав. Ред. В.А. Володин. – М.,Аванта+, 2001.

10. Джанколи Д.Физика. Т. 2. Оптика. – М.: Мир, 1989.

Самостоятельный поиск литературы, в том числе Интернет.
III. Рабочая (модульная) программа

3. 1.Тематический план

 

№ п/п	Название тем и разделов (модулей)	Всего (ауд.)	Лекции	Семинары	Лабора- торные работы	Внеауд. работа
1.	Введение. Фотометрия
2.	Геометрическая оптика
3.	Оптические системы
4.	Интерференция света
5.	Дифракция света
6.	Поляризация света
7.	Оптические свойства сред Релятивистские свойства света
	ИТОГО

3.2. Соотношение текущего и итогового контроля по модулям программы

	Модуль	Текущий контроль	Итоговый контроль	Всего
1.	Фотометрия	70%	30%	100%
2.	Геометрическая оптика	75%	25%	100%
3.	Оптические системы	50%	50%	100%
4.	Интерференция света	70%	30%	100%
5.	Дифракция света	40%	60%	100%
6.	Поляризация света	45%	55%	100%
7.	Оптические свойства сред. Релятивистские эффекты в оптике	30%	70%	100%

3.3. Содержание модульной программы

 

Модуль 1. Вводный. Фотометрия.
Аудиторная работа
План лекций	План лабораторных работ	План семинарских занятий
1. Структура курса(2 ч). Развитие учения о природе света. Объяснение законов Снеллиуса на основе теорий Гюйгенса и Ньютона, принципа Ферма. Теория Максвелла об электромагнитной природе света. [1,3] 2. Фотометрия(2 ч). Основные фотометрические величины: освещенность, сила света, яркость, светимость, световой поток. Их измерение. Функция видности [1,3]	Лабораторная работа 1. Рассмотрение теоретических основ лабораторных работ по теме «Фотометрия» (2 ч) [5: 15.64, 15.62, 15.58, 15.59; 6:.37-1, 37-10]. Лабораторная работа 2.Проверка закона освещенности (4 ч) Лабораторная работа 3.Фотометрические величины (4 ч)	Семинарское занятие 1. Фотометрия(2 ч). 1. Энергетические фотометрические величины. 2. Функция видности (иметь с собой на семинаре). Световые фотометрические величины. 3. Закон освещенности. 4. Закон Ламберта. [1-3]
Внеаудиторная работа
Инвариантная часть	Вариативная часть
Выполнение индивидуального задания № 1 Подготовка к допуску к лабораторной работе и к ее защите.	Консультирование и помощь при получении допуска и защите лабораторной работы. Решение дополнительных задач в ИЗ Решение задач на практическом занятии
Контроль
Текущий: проверка индивидуального задания №1; контроль за выполнением лабораторных работ. Итоговый: проверка теоретических знаний по теме "Фотометрия"

 

 

Модуль 2. Геометрическая оптика
Аудиторная работа
План лекций	План лабораторных работ	План семинарских занятий
3. Отражение и преломление света на плоских границах сред. (2 ч) Плоское зеркало, построение изображений. Полное внутреннее отражение. Призмы, ход лучей в призме и применение призм [3] 4. Отражение и преломление на сферической границе двух сред. (2 ч) Основное уравнение параксиальной оптики. Сферические зеркала и построение изображений. [1-3] 5. Тонкие линзы. (2 ч) Уравнениетонкой линзы. Построение изображений. Применение тонких собирающих и рассеивающих линз. [2,3]	Лабораторная работа 4. Рассмотрение теоретических основ лабораторных работ по теме "Отражение и преломление света на плоской границе раздела двух сред» (2 ч) [5: 15.1, 15. 2, 15.7, 15.12]. Лабораторная работа 5. Рассмотрение теоретических основ лабораторных работ по теме "Ход лучей в призме" (2 ч) [4: 5.24, 5.19; 6: 38-26]. Лабораторная работа 6. Определение показателя преломления твердых и жидких тел (4 ч) Лабораторная работа 7. Определение фокусного расстояния собирающей и рассеивающей линз (4 ч) Лабораторная работа 8. Рассмотрение теоретических основ лабораторных работ по теме «Отражение света на сферической поверхности» (2 ч) [6: 38-4, 38-5, 38-7, 38-8]. Лабораторная работа 9.. Построение изображений в двугранном зеркале (4 ч)	Семинарское занятие 2. Геометрическая оптика(2 ч) 1. Геометрическая оптика как предельный случай волновой оптики. 2. Законы преломления и отражения света. Доказательства на основании Теорий: Ньютона, Гюйгенса-Френеля и метода Ферма. 3. Преломление и отражение на плоской границе: плоские зеркала и призмы. 4. Отражение на сферической поверхности. Сферические зеркала. Формула сферического зеркала. 5. Преломление на сферической поверхности. Тонкие линзы собирающая и рассеивающая. [1-3]
Внеаудиторная работа
Инвариантная часть	Вариативная часть
Выполнение индивидуального задания № 2 Подготовка к допуску к лабораторной работе и к ее защите.	Консультирование и помощь при получении допуска и защите лабораторной работы. Решение дополнительных задач в ИЗ. Решение задач на практическом занятии.
Контроль
Текущий: проверка индивидуального задания №2; контроль за выполнением лабораторных работ. Итоговый: проверка теоретических знаний по теме "Геометрическая оптика".

 

 

Модуль 3. Оптические системы
Аудиторная работа
План лекций	План лабораторных работ	План семинарских занятий
6. Толстая линза. Системы линз.(2 ч) Центрированная оптическая система. Кардинальные точки и плоскости систем. Построение изображений в толстых линзах и оптических системах. [1-3]   7. Оптические приборы.(2 ч) Лупа, микроскоп, телескоп, фотоаппарат. Ход лучей в оптических приборах. Глаз как оптический прибор. Аберрации оптических систем и недостатки зрения. [1-3]	Лабораторная работа 10.Определение кардинальных точек и плоскостей оптической системы (4 ч) Лабораторная работа 11.Рассмотрение теоретических основ лабораторных работ по теме «Оптические системы. Кардинальные точки и плоскости». (2 ч) [4: 5.53, 5.54, 5.55; 6: 38 - 54]. Лабораторная работа 12.Рассмотрение теоретических основ лабораторных работ по теме «Оптические приборы. Увеличение». (2 ч) [4: 5.56, 5.62; 6: 38 – 59, 38-60] Лабораторная работа 13.Изучение микроскопа (4 ч) Лабораторная работа 14.Определение увеличения и поля зрения зрительной трубы (4 ч)	Семинарское занятие 3. Оптические системы(2 ч) 1. Основное уравнение параксиальной оптики. 2. Центрированные оптические системы. Толстые линзы и оптические системы. Кардинальные точки и плоскости. Построение изображений. 3. Оптические приборы: лупа, микроскоп, телескоп. Глаз как оптический прибор. 4. Увеличение и разрешающая способность оптических приборов. [1-3] Семинарское занятие 4.(2 ч)Итоговый теоретический контроль по модулям 1, 2, 3 (проверочная работа № 1)
Внеаудиторная работа
Инвариантная часть	Вариативная часть
Выполнение индивидуального задания № 3 Подготовка к допуску к лабораторной работе и к ее защите.	Консультирование и помощь при получении допуска и защите лабораторной работы. Решение дополнительных задач в ИЗ. Решение задач на практическом занятии.
Контроль
Текущий: проверка индивидуального задания №3; контроль за выполнением лабораторных работ. Итоговый: проверка теоретических знаний по теме "Оптические системы"; письменная проверочная работа №1.

 

 

Модуль 4. Интерференция света
Аудиторная работа
План лекций	План лабораторных работ	План семинарских занятий
8. Интерференция света и бисистемы. (2 ч) Когерентность света. Оптическая разность хода. Бисистемы и условия получения интерференционной картины при помощи бисистем. [1,3] 9. Интерференция в тонких пленках. (2 ч) Полосы равного наклона и полосы равной толщины. Кольца Ньютона. [1,3] 10. Интерферометры.(2 ч) Двулучевые интерферометры и их применение. Многолучевая интерференция. [1]	Лабораторная работа 15.Рассмотрение теоретических основ лабораторных работ по теме «Интерференция. Бисистемы» (2 ч) [4 доп: 24.1, 24.2, 24.3] Лабораторная работа 16.Определение длины волны света методом колец Ньютона (4ч) Лабораторная работа 17.Рассмотрение теоретических основ лабораторных работ по теме «Интерференция. Полосы равного наклона и равной толщины» (2 ч). [4: 5.89, 5.90; 4 доп.: 24.9, 24.15, 24.20 ] Лабораторная работа 18.Опыт Юнга. Интерференция лазерного излучения. (4 ч)	Семинарское занятие 5. Интерференция.(2 ч) 1. Когерентность волн света и способы осуществления когерентности волн. Опыт Юнга, метод Френеля (бисистемы). 2. Интерференция в тонких пленках - полосы равного наклона. 3. Интерференция в клине - полосы равной толщины. Кольца Ньютона. 4. Двулучевые интерферометры Майкельсона, Линника, Жамена. 5. Многолучевая интерферометрия. Интерферометры Фабри – Перо, Ломера – Герке.
Внеаудиторная работа
Инвариантная часть	Вариативная часть
Выполнение индивидуального задания № 4 Подготовка к допуску к лабораторной работе и к ее защите.	Консультирование и помощь при получении допуска и защите лабораторной работы. Решение дополнительных задач в ИЗ Решение задач на практическом занятии
Контроль
Текущий: проверка индивидуального задания №4; контроль за выполнением лабораторных работ. Итоговый: проверка теоретических знаний по теме "Интерференция".

 

Модуль 5. Дифракция света
Аудиторная работа
План лекций	План лабораторных работ	План семинарских занятий
11. Дифракция света. Зонная теория Френеля. (2 ч) Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Дифракция на круглом отверстии и на непрозрачном диске. [2] 12. Дифракция Фраунгофера. (2 ч). Дифракция в параллельных лучах на одной щели, двух щелях. Дифракционная решетка. [1] 13. Дифракция на одномерных и двумерных решетках.(2 ч) Одномерные и двумерные дифракционные решетки. Зависимость дифракционной картины от параметров решетки и плотности щелей. [1,3] 14. Голография и ее применение(2 ч). Дифракционная теория объемного изображения. Получение и воспроизведение голограммы. Методы Габора и Денисюка [3,7 доп.] 15. Дифракция рентгеновских лучей(2 ч). Дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке. Уравнение Вульфа-Брэгга. Система уравнений Лауэ для дифракции на трехмерной решетке. Применение дифракции рентгеновских лучей для определения структуры кристаллов [2,3]	Лабораторная работа 19.Определение длины световой волны с помощью дифракционной решетки. (4 ч) Лабораторная работа 20. Рассмотрение теоретических основ лабораторных работ по теме "Дифракция света. Зоны Френеля" (2 ч) [6: 39-15, 39-14; 5: 16.28, 16.21.] Лабораторная работа 21. Рассмотрение теоретических основ лабораторных работ по теме «Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка» (2 ч) [5: 16.34; 6: 39-22; 4 доп.: 25.12]	Семинарское занятие 6. Дифракция света(2 ч) 1. Метод зон Френеля. Дифракция на щели, на круглом отверстии, диске. 2. Дифракция Фраунгофера в параллельных лучах. 3. Дифракционная решетка, зависимость картины дифракции от постоянной решетки. 4. Дифракция рентгеновских лучей. Семинарское занятие 7. Физические основы голографии.(2 ч). 1. История изобретения. Основные принципы голографии. 2. Получение и воспроизведение голографического изображения. 3. Голография Денисюка и ее преимущества перед другими. 4.Применение голографии. Семинарское занятие 8. Разрешающая способность оптических приборов (2 ч) 1. Разрешающая способность. Критерий Релея 2. Разрешающая способность дифракционной решетки Семинарское занятие 9. (2 ч) Итоговый теоретический контроль по модулям 4,5 (проверочная работа № 2)
Вариативная часть
Выполнение индивидуального задания № 5 Подготовка к допуску к лабораторной работе и к ее защите.	Консультирование и помощь при получении допуска и защите лабораторной работы. Решение дополнительных задач в ИЗ Решение задач на практическом занятии
Контроль
Текущий: проверка индивидуального задания №5; контроль за выполнением лабораторных работ. Итоговый: проверка теоретических знаний по темам "Дифракция", "Разрешающая способность" письменная проверочная работа №2.

 

Модуль 6. Поляризация света
Аудиторная работа
План лекций	План лабораторных работ	План семинарских занятий
16. Поляризация света.(2 ч) Естественный и поляризованный свет. Поляризация света при отражении и преломлении. Формулы Френеля и закон Брюстера Закон Малюса. [2,3] 17. Двойное лучепреломление.(2 ч) Анизотропия кристаллов. Обыкновенный и необыкновенный лучи. Оптически положительные и отрицательные кристаллы. Метод волновых поверхностей Гюйгенса. [2,3] 18. Искусственная оптическая анизотропия.(2 ч) Естественная и искусственная анизотропия вещества. Поляризация света при деформации вещества, в электрическом и магнитном полях. Метод фотоупругости. [2,3] 19 Интерференция поляризованных лучей. (2 ч) Интерференция линейно поляризованных лучей. Интерференция параллельных и сходящихся лучей. Эллиптически поляризованный свет. Вращение плоскости поляризации. Коноскопический метод. [1-3]	Лабораторная работа 22. Проверка законов Малюса и Брюстера (4 ч) Лабораторная работа 23. Рассмотрение теоретических основ лабораторных работ по теме «Поляризация света». (2 ч) Лабораторная работа 24. Рассмотрение теоретических основ лабораторных работ по теме "Построение волновых поверхностей в анизотропных кристаллах". (2 ч) Лабораторная работа 25.Вращение плоскости поляризации оптически активными веществами. (4 ч)	Семинарское занятие 10. Поляризация света(2 ч) 1. Естественный и поляризованный свет. 2. Плоскополяризованный свет. Закон Малюса. 3. Поляризация при отражении и преломлении. Закон Брюстера. Стопа Столетова. 4. Прохождение света через анизотропную среду. Приборы двойного лучепреломления. Призма Николя. 5. Волновые поверхности в анизотропных кристаллах. 6. Вращение плоскости поляризации оптически активными веществами. 7. Интерференция поляризованных лучей в параллельных и сходящихся лучах. 8. Применение поляризованных лучей: метод фотоупругости, эффекты Керра и Фарадея, вращение плоскости поляризации лучей кристаллами кварца и определение концентрации сахарного раствора. Семинарское занятие 11. (2 ч)Итоговый теоретический контроль по модулю 6 (проверочная работа № 3)
Внеаудиторная работа
Инвариантная часть	Вариативная часть
Выполнение индивидуального задания № 6 Подготовка к допуску к лабораторной работе и к ее защите.	Консультирование и помощь при получении допуска и защите лабораторной работы. Решение дополнительных задач в ИЗ Решение задач на практическом занятии
Контроль
Текущий: проверка индивидуального задания №6; контроль за выполнением лабораторных работ. Итоговый: проверка теоретических знаний по теме "Поляризация"; письменная проверочная работа № 3.

 

Модуль 7. Оптические свойства сред. Релятивистские эффекты в оптике
Аудиторная работа
План лекций	План лабораторных работ	План семинарских занятий
20. Рассеяние света. Дисперсия и поглощение света.(2 ч) Рассеяние света средой. Теория рассеяния света Релея. Дисперсия и поглощение света, электронная теория дисперсии и поглощения света. Закон Бугера-Ламберта [2] 21. Элементы нелинейной оптики.(2 ч) Оптика, рожденная лазером. Детектирование света. Самофокусировка. Преобразование волны света одной частоты в другую [3] 22. Методы измерения скорости света. Элементы оптики движущихся сред. (2 ч) Астрономические и лабораторные методы измерения скорости света. Результаты измерения скорости света как основа специальной теории относительности Эйнштейна. [3] 23. Эффект Доплера в оптике. Эффект Вавилова-Черенкова. (2 ч) Особенности эффекта Доплера в оптике. Эффект Вавилова–Черенкова как пример движения тел со скоростью выше фазовой скорости света в среде. [2,3]	Лабораторная работа 26.Изучение поглощения света веществом (4 ч) Лабораторная работа 27.Дисперсия света (4 ч) Лабораторная работа 28.Рассмотрение теоретических основ лабораторных работ по теме "Дисперсия света. Эффект Доплера". (2 ч)	Семинарское занятие 12. Взаимодействие света с веществом.(2 ч) 1. Дисперсия и поглощение света средой. Электронная теория дисперсии. 2. Молекулярное рассеяние света. Теория Релея. 3. Элементы нелинейной оптики. 4. Опыты по определению скорости света. 5. Эффект Доплера в оптике. Семинарское занятие 13. Итоговый теоретический контроль по разделу "Оптика" (компьютерное тестирование) (2 ч)
Внеаудиторная работа
Инвариантная часть	Вариативная часть
Подготовка к допуску к лабораторной работе и к ее защите.	Консультирование и помощь при получении допуска и защите лабораторной работы
Контроль
Текущий: контроль за выполнением лабораторных работ Итоговый: проверка знаний терминологического минимума; компьютерное тестирование.