И.Д. Петров, А.Г. Кочур, В.В. Тимошевская, Н.Б. Шевченко

Контрольная работа №5

«ОПТИКА. АТОМНАЯ ФИЗИКА. КВАНТОВАЯ ОПТИКА.»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Для контроля знаний по физике

Ростов-на-Дону

Электромагнитная теория света и геометрическая оптика

Теоретические вопросы. Волновое уравнение; электромагнитные волны; свойства электромагнитных волн, вытекающие из уравнений Максвелла; скорость света в вакууме и веществе; уравнение плоской электромагнитной волны; интенсивность электромагнитных волн; световое давление; фронт волны и волновая поверхность; световой луч; абсолютный и относительный показатели преломления; оптическая плотность среды; законы отражения и преломления света; полное внутреннее отражение; предельный угол; коэффициенты отражения и пропускания; световой поток; сила света; освещенность; светимость; яркость; тонкая линза; оптический центр, главная оптическая ось, фокусы и фокальные плоскости тонкой линзы; действительное и мнимое изображение; прямое и обратное изображение; линейное увеличение; оптическая сила линзы; формула тонкой линзы.

Особое внимание следует обратить на следующее. Электромагнитные волны являются поперечными, т.е. колебания векторов напряженности электрического поля и магнитной индукции взаимно перпендикулярны и одновременно перпендикулярны к скорости распространения электромагнитной волны . Это условие можно выразить в виде векторного равенства .

Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды вектора :

. (1.1)

Если положительно заряженная частица находится в начале координат, а электромагнитная волна распространяется вдоль оси z, то в некоторый момент времени частица под действием силы со стороны электрического поля приобретет скорость, направленную вдоль оси x (рис. 1.1). При этом на частицу начнет действовать сила Лоренца, равная и направленная вдоль скорости падающей волны. Через полпериода, когда вектора , и изменят направления на противоположные, сила по-прежнему будет направлена вдоль оси z. Легко убедиться, что для отрицательно заряженной частицы направление силы Лоренца будет тем же. Поскольку все тела состоят из заряженных частиц, электромагнитная волна будет действовать на тела с силой, направленной вдоль скорости волны, т.е. оказывать на тела давление.

Линза – это прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Прямую О₁О₂, проходящую через центры сферических поверхностей, которые ограничивают линзу, называют ее главной оптической осью (рис. 1.2)

Если толщина линзы AB пренебрежимо мала по сравнению с радиусами R₁ и R₂ кривизны поверхностей, то линзу называют тонкой линзой.

Точки A и B – вершины сферических сегментов – в тонкой линзе расположены столь близко друг от друга, что их можно принять за одну точку, которую называют оптическим центром и обозначают буквой О. Лучи, проходящие через оптический центр линзы, не преломляются.

Точка, в которой пересекаются после преломлений в линзе лучи (или их продолжения), падающие на линзу параллельно главной оптической оси, называется главным фокусом линзы F (рис. 1.3). Если в фокусе пересекаются сами лучи, то линза называется собирающей, а если – их продолжения, то рассеивающей. На рис. 1.3, а показано условное изображение собирающей линзы, а на рис. 1.3, б – рассеивающей.

Расстояние между главным фокусом линзы и оптическим центром OF называется фокусным расстоянием f. Величина, обратная фокусному расстоянию, называется оптической силой линзы:

D = 1/f. (1.2)

Оптическая сила измеряется в диоптриях (дптр).

Плоскость, проходящая через фокус линзы перпендикулярно ее главной оптической оси, называется фокальной плоскостью. Она обладает важным свойством: параллельный пучок лучей после преломлений в линзе пересекается в фокальной плоскости (рис. 1.4).

Формула тонкой линзы:

, (1.3)

где a – расстояние от предмета до линзы; b – расстояние от изображения до линзы. Если линза собирающая, то f > 0, а если рассеивающая, то f < 0. Для действительного изображения b > 0, для мнимого b < 0.

Таблица 1

Вопросы для самоконтроля	Справочный материал
1 С какими постоянными величинами связана скорость света в вакууме?	§39 [2]
2 От чего зависит скорость света в веществе?	§104 [2]
3 Что собой представляет электромагнитная волна?	§104 [2]
4 Что такое фронт волны и волновая поверхность?	§93 [2]
5 Какими свойствами обладают электромагнитные волны?	§105 [2]
6 Запишите уравнение плоской электромагнитной волны.	§105 [2]
7 Что такое световые лучи?	§110 [2]
8 Что такое интенсивность света?	§107, 110 [2]
9 Чем определяется интенсивность света?	Данное пособие
10 Как объяснить световое давление?	Данное пособие

Окончание табл. 1

11 От чего зависит оптическая плотность среды?	§110 [2]
12 Что такое абсолютный показатель преломления?	§110 [2]
13 Что такое относительный показатель преломления?	§112 [2]
14 Сформулируйте законы отражения и преломления света.	§112 [2]
15 Что такое полное внутреннее отражение?	§112 [2]
16 Чему равен предельный угол?	§112 [2]
17 Что такое коэффициенты отражения и пропускания?	§112 [2]
18 Чем определяются коэффициенты отражения и пропускания?	§112 [2]
19 При каком условии в отраженной волне происходит потеря полуволны?	§112 [2]
20 Что такое световой поток?	§§113, 114 [2]
21 Что такое сила света?	§114 [2]
22 Что такое освещенность?	§114 [2]
23 Что такое светимость?	§114 [2]
24 Что такое яркость?	§114 [2]
25 Что такое линза?	Данное пособие
26 Что такое тонкая линза?	Данное пособие
27 Что такое оптический центр тонкой линзы?	Данное пособие
28 Что такое главная оптическая ось тонкой линзы?	Данное пособие
29 Что такое фокусы тонкой линзы?	Данное пособие
30 Что такое фокальная плоскость тонкой линзы?	Данное пособие
31 Что такое действительное и мнимое изображение?	§116 [2]
32 Что такое прямое и обратное изображение?	§116 [2]
33 Что такое линейное увеличение?	§116 [2]
34 Что такое оптическая сила линзы?	Данное пособие
35 Запишите формулу тонкой линзы.	Данное пособие

Задачи

1.1 Чему равна напряженность электрического поля в электромагнитной волне, если магнитная индукция равна 5 мкТл?

1.2 Чему равна магнитная индукция в электромагнитной волне, если напряженность электрического поля равна 15 кВ/м?

1.3 Чему равна интенсивность электромагнитной волны, если объемная плотность энергии электромагнитного поля в ней равна 5 мкДж/м³?

1.4 Чему равна объемная плотность энергии в электромагнитной волне, если ее интенсивность равна 1, 5 Вт/см²?

1.5 Чему равна диэлектрическая проницаемость вещества, если скорость света в нем 2, 5·10⁸ м/с?

1.6 Чему равна скорость света в веществе, если его диэлектрическая проницаемость равна 2, 25?

1.7 Длина световой волны частотой 5·10¹⁴ Гц в веществе равна 500 нм. Чему равна скорость света в этом веществе?

1.8 Скорость света в веществе равна 2·10⁸ м/с. Чему равна длина волны, если частота света 5·10¹⁴ Гц?

1.9 Угол падения равен 30°, угол преломления 60°. Чему равен относительный показатель преломления.

1.10 Какая среда обладает большим абсолютным показателем преломления (рис. 1.5)?

1.11 В какой среде больше скорость света (рис. 1.5)?

1.12 Свет переходит из среды с абсолютным показателем преломления 1, 2 в среду, абсолютный показатель преломления которой 1, 5. Чему равен относительный показатель преломления?

1.13 Относительный показатель преломления при переходе света из одной среды в другую равен 1, 5. Чему равен показатель преломления второй среды, если показатель преломления первой равен 1, 2?

1.14 Относительный показатель преломления при переходе света из одной среды в другую равен 1, 25. Чему равен показатель преломления первой среды, если показатель преломления второй равен 1, 5?

1.15 В некоторой среде скорость света равна 2, 5·10⁸ м/с. Чему равен абсолютный показатель преломления среды?

1.16 Свет падает на границу некоторого вещества с воздухом. Чему равен предельный угол, если показатель преломления вещества равен 2?

1.17 Чему равен коэффициент отражения при нормальном падении света из вакуума на вещество, абсолютный показатель преломления которого равен 2?

1.18 Чему равен коэффициент пропускания при падении света из вакуума на вещество, абсолютный показатель преломления которого равен 2?

1.19 Свет падает на границу двух прозрачных сред с показателями преломления 1, 8 и 2, 2. Чему равен коэффициент отражения?

1.20 Свет падает на границу двух прозрачных сред с показателями преломления 1, 8 и 2, 2. Чему равен коэффициент пропускания?

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒