СБОРНИК ЗАДАЧ
ПО ОБЩЕМУ КУРСУ ФИЗИКИ
ВОЛНОВАЯ
ОПТИКА
В.П. Рябухо
Саратовский государственный университет
им. Н.Г. Чернышевского
Научно-образовательный институт оптики и биофотоники СГУ
Институт проблем точной механики и управления
Российской Академии Наук
В.П. Рябухо
СБОРНИК ЗАДАЧ
ПО ОБЩЕМУ КУРСУ ФИЗИКИ
ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
Учебное пособие для студентов физических и технических специальностей и направлений Издание 5-е, переработанное и дополненное Саратов 2013 г.ББК 22. УДК В.П. Рябухо
СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ОБЩЕМУ КУРСУ ФИЗИКИ: ВОЛНОВАЯ ОПТИКА: Учебное
пособие: Для вузов. – Саратов. Саратовский государственный университет. 2013 – 111 с.В сборнике представлены задачи по широкому кругу волновых явлений в оптике, изучаемых в рамках университетского общего курса физики. Задачи составлены по основным разделам волновой оптики: электромагнитные волны и колебания оптического диапазона, спектральные свойства электромагнитных волн, поляризация колебаний и волн, отражение и преломление света, полное внутреннее отражение, оптика анизотропных сред и кристаллооптика, интерференция монохроматических и взаимно когерентных волн, когерентность света, интерференция частично когерентного света, многолучевая интерференция, дифракция света, дифракционные решетки, дифракция света на объемных решетках и акустических волнах, оптика движущихся сред.
Сборник задач предназначен в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по физико-математическим и техническим специальностям и направлениям подготовки в университетах.
© В.П. Рябухо, Предисловие В сборнике представлены задачи по широкому кругу волновых явлений в оптике, изучаемых в рамках университетского общего курса физики. Задачи составлены по основным разделам волновой оптики: электромагнитные волны и колебания оптического диапазона, спектральные свойства электромагнитных волн, поляризация колебаний и волн, отражение и преломление света, полное внутреннее отражение, оптика анизотропных сред и кристаллооптика, интерференция монохроматических и взаимно когерентных волн, временная и пространственная когерентность света, интерференция частично когерентного света, многолучевая интерференция, дифракция света, дифракционные решетки, дифракция света на объемных решетках и акустических волнах, оптика движущихся сред.
Задачи подобраны таким образом, чтобы их решения способствовали изучению и пониманию основных положений соответствующих разделов волновой оптики. С этой целью в сборник включены достаточно большое число относительно простых задач по всем разделам, решение которых позволяет закрепить знания, полученные на лекционных и лабораторных занятиях. Часть задач по своему содержанию может быть использована в качестве заданий для самостоятельной работы студентов. Большинство задач дополнено схемными иллюстрациями, в той или иной степени поясняющих и уточняющих условия задачи, поскольку изучение оптических явлений во многом сопряжено с образными пространственными представлениями.
Сборник задач предназначен в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по физико-математическим и техническим специальностям и направлениям подготовки в университетах.
СОДЕРЖАНИЕ
ПредисловиеРаздел 1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА.
ПОЛЯРИЗАЦИЯ КОЛЕБАНИЙ
1.1. Уравнения и параметры электромагнитных волн
1.2. Спектральные свойства электромагнитных волн
1.3. Поляризация электромагнитных волн
1.4. Энергия, мощность, интенсивность света
1.5. Стоячие электромагнитные волны
Раздел 2. ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА
2.1. Формулы Френеля
2.2. Энергетические коэффициенты отражения и пропускания
2.2. Полное внутреннее отражение
Раздел 3. ОПТИКА АНИЗОТРОПНЫХ СРЕД. КРИСТАЛЛООПТИКА
3.1. Преломление света на границе с анизотропной средой
3.2. Поляроиды. Фазовые пластины
3.3. Интерференция поляризованного света
3.4. Поляризационные призмы
3.5. Индуцированная оптическая анизотропия
Раздел 4. КОГЕРЕНТНОСТЬ И ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА
4.1. Интерференция монохроматического и взаимно когерентного света
4.2. Интерферометры с делением по амплитуде. Интерферометры Майкельсона и Маха-Цендера
4.3. Интерферометры с делением по волновому фронту. Интерферометр Юнга.......... 4.4. Когерентность света
Временная когерентность света
Поперечная пространственная когерентность света
Продольная пространственная когерентность света
4.5. Интерференция частично когерентного света
4.6. Многолучевая интерференция. Интерферометр Фабри-Перо
Раздел 5. ДИФРАКЦИЯ СВЕТА
5.1. Зонная теория дифракции Френеля
5.2. Дифракция дальнего поля - дифракция Фраунгофера
5.3. Дифракционная расходимость оптических пучков. Дифракционный предел разрешения оптических систем
5.4. Дифракционные решетки
5.5. Дифракция света на объемных решетках. Дифракция на акустических волнах..... Раздел 6. ОПТИКА ДВИЖУЩИХСЯ СРЕД
6.1. Эффект Доплера
6.2. Кольцевые интерферометры. Интерферометры Физо и Саньяка
ОТВЕТЫ К ЗАДАЧАМ
Раздел 1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА.
ПОЛЯРИЗАЦИЯ КОЛЕБАНИЙ
1.1. Уравнения и параметры электромагнитных волн
1.2. Спектральные свойства электромагнитных волн
1.3. Поляризация электромагнитных волн
1.4. Энергия, мощность, интенсивность света
1.5. Стоячие электромагнитные волны
Раздел 2. ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА
2.1. Формулы Френеля
2.2. Энергетические коэффициенты отражения и пропускания
2.2. Полное внутреннее отражение
Раздел 3. ОПТИКА АНИЗОТРОПНЫХ СРЕД. КРИСТАЛЛООПТИКА
3.1. Преломление света на границе с анизотропной средой
3.2. Поляроиды. Фазовые пластины
3.3. Интерференция поляризованного света
3.4. Поляризационные призмы
3.5. Индуцированная оптическая анизотропия.
Раздел 4. КОГЕРЕНТНОСТЬ И ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА
4.1. Интерференция монохроматического и взаимно когерентного света
4.2. Интерферометры с делением по амплитуде. Интерферометры Майкельсона и Маха-Цендера
4.3. Интерферометры с делением по волновому фронту. Интерферометр Юнга........ 4.4. Когерентность света
4.4. Интерференция частично когерентного света
4.5. Многолучевая интерференция. Интерферометр Фабри-Перо
Раздел 5. ДИФРАКЦИЯ СВЕТА
5.1. Зонная теория дифракции Френеля
5.2. Дифракция дальнего поля - дифракция Фраунгофера
5.3. Дифракционная расходимость оптических пучков. Дифракционный предел разрешения оптических систем
5.4. Дифракционные решетки
5.5. Дифракция света на объемных решетках. Дифракция на акустических волнах... Раздел 6. ОПТИКА ДВИЖУЩИХСЯ СРЕД
6.1. Эффект Доплера
6.2. Кольцевые интерферометры. Интерферометры Физо и Саньяка
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бутиков Е.И. Оптика. – С.-Петербург: Невский Диалект: БХВ-Петербург, 2003. – 480 с.2. Ландсберг Г.С. Оптика. Издание 5-е. – М.: Наука, 1976. – 928 с. Издание 6-е. – М.:
Наука, 2006. – 928 с.
3. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика.
– М.: Наука, 1982. – 496 с. – С-Пб.: Лань, 2008. – 496 с.
4. Калитеевский Н.И. Волновая оптика. – М.: Высшая школа, 1995. – 463 с. – С-Пб.:
5. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. – М.: Наука, 1976. – 752 с.
3-е изд., стереот. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 792 с.
6. Стафеев С.К., Боярский К.К., Башнина Г.Л. Основы оптики. – С.-П.: Изд-во «Питер», 7. Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика: Учебник. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998. – 656 с. 2-е изд. - М.: Изд-во МГУ; Наука, 2004. - 656 с.
8. Матвеев А.Н. Оптика. – М.: Высшая школа, 1985. – 351 с.
9. Годжаев Н.М. Оптика. – М.: Высшая школа, 1977. – 432 с.
10. Горелик Г.С. Колебания и волны. Введение в акустику, радиофизику и оптику. 3-е изд.
– М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 656 с.
11. Сборник задач по общему курсу физики. Оптика. / Под ред. Д.В.Сивухина, изд. 4. – М.:
Наука, 1977. – 320 с.
12. И.Е.Иродов. Задачи по общей физике. – М.; Наука, 1988. – 446 с.
13. Ильичева Е.Н., Кудеяров Ю.В., Матвеев А.Н. Методика решения задач оптики. /Под ред. А.Н.Матвеева. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981. – 232 с.
Дополнительная литература 14. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. – М.: Наука, 1973. – 720 с.
15. Дитчберн Р. Физическая оптика. – М.: Наука, 1965. – 631 с.
16. Учебно-методические материалы по оптике, размещенные на Интернет-сайте кафедры оптики и биофотоники http://optics.sgu.ru class='zagtext'> СБОРНИК ЗАДАЧ
«