Sylabus přednášky Kmity a vlny. Optika

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Sylabus přednášky Kmity a vlny. Optika"

Libor Soukup
před 5 lety
Počet zobrazení:

1 Sylabus přednášky Kmity a vlny. Optika Semestr zimní 4/2 PS, (4 společné konzultace + 2 pracovní semináře po 4 hodinách) z, zk - 7 KB Doporučeno pro 2. rok bakalářského studia. A. Kmity a vlny 1. Volné kmity soustav s jedním stupněm volnosti D. Halliday a kol.: Fyzika 2, s A. Hlavička: Fyzika pro pedagogické fakulty, s Elektromagnetický oscilátor (LC obvod) viz zvláštní studijní text. Periodický pohyb, perioda, frekvence, počáteční fáze, amplituda. Volné kmity, harmonický pohyb - pohybová rovnice a její řešení (podélné kmity, závaží na pružině, matematické kyvadlo, LC obvod). Celková energie netlumených kmitů, vzájemné přeměny kinetické a potenciální energie. 2. Kmity tlumené. Kmity nucené, rezonance (amplitudová a rychlostní). D. Halliday a kol.: Fyzika 2, s A. Hlavička: Fyzika pro pedagogické fakulty, s , Kvasnica: Mechanika, s Tlumený kmitavý pohyb, aperiodický a mezní aperiodický pohyb. Nucené harmonické kmity, rezonance. 3. Superpozice dvou kmitů téhož směru, rázy, superpozice dvou kolmých kmitů. Fourierova analýza kmitů. Spřažené kmity. A. Hlavička.: Fyzika pro pedagogické fakulty, s Skládání kmitů téhož směru pro různé, stejné a blízké frekvence (rázy). Skládání kolmých kmitů. Fourierova analýza kmitů. Spřažené kmity. 4. Vlnění postupné a stojaté, interference vlnění. D. Halliday a kol.: Fyzika 2, s , A. Hlavička: Fyzika pro pedagogické fakulty, s , Postupné vlnění (podélné a příčné), rovnice postupné vlny, vlnová délka, fázová rychlost. Vznik stojatého vlnění, kmitna, uzel, chvění struny, tyče, vzduchového sloupce základní a vyšší harmonické frekvence. 5. Vlnová rovnice, energie postupného vlnění. Fázová a grupová rychlost. D. Halliday a kol.: Fyzika 2, s A. Hlavička: Fyzika pro pedagogické fakulty, s , P. Malý: Optika, s (V. Pilát: Kmitání a vlnění, s ) Odvození vlnové rovnice, vlnoplocha, paprsek, rovinná a kulová vlna. Energie postupné vlny. Rychlost šíření vlnění (odvození pro strunu). Vztah mezi fázovou a grupovou rychlostí, normální a anomální disperze.

2 6. Huygensův-Fresnelův princip, odraz a lom vlnění. Dopplerův jev. A. Hlavička.: Fyzika pro pedagogické fakulty, s , Zvláštní studijní text. D. Halliday a kol.: Fyzika 2, s Formulace Huygensova-Fresnelova principu a jeho využití při odvození zákona odrazu a lomu. Dopplerův jev pro zvukovou vlnu - odvození vztahů pro změnu frekvence, Dopplerův jev u světla. B. Základní vlastnosti světla 7. Vývoj názorů na podstatu světla. Světlo jako elektromagnetická vlna. Rovinná harmonická vlna, polarizace. Hustota a tok energie, tlak záření. P. Malý: Optika, s , 18-32, 33-35, E. Klier: Optika, s B. Klimeš, J. Kracík, A. Ženíšek: Základy fyziky II, s D. Halliday a kol.: Fyzika 4, s Přehled vývoje základních představ o podstatě světla. Popis světla jakožto elektromagnetické vlny, rovinná a kulová vlna, měření rychlosti světla. Rovinná harmonická vlna, její charakteristiky, druhy polarizace. Hustota a tok energie, tlak záření. C. Vlnová optika 8. Superpozice a interference světelných vln, Youngův pokus. E. Klier: Optika, s D. Halliday a kol.: Fyzika 4, s Odvození vztahů pro intenzitu pro případ koherentních a nekoherentních vln. Metody získávání koherentních svazků. Uspořádání Youngova pokusu, odvození interferenčních maxim a minim. 9. Interference na tenké vrstvě (Newtonovy kroužky). Interferometry. Princip holografie. E. Klier: Optika, s D. Halliday a kol.: Fyzika 4, s P. Malý: Optika, s , Odvození interferenčních maxim a minim pro tenkou vrstvu, vznik Newtonových kroužků (poloměry světlých a tmavých kroužků). Princip holografie (kvalitativně). Interferometry základní typy a užití. 10. Difrakce světla: Fraunhoferova difrakce na štěrbině, dvojštěrbině a mřížce. Fresnelova difrakce na stínítku s kruhovým otvorem. Charakteristiky spektrálních přístrojů. Difrakce na krystalech. P. Malý: Optika, s D. Halliday a kol.: Fyzika 4, s Rozlišení Fraunhoferova a Fresnelova ohybu. Ohyb na štěrbině odvození podmínky pro minimum. Ohyb na dvojštěrbině a na mřížce. Difrakce na kruhovém otvoru. Spektrální přístroje rozlišení. Rentgenová difrakce na krystalech.

3 D. Geometrická optika 11. Základní zákony geometrické optiky, Fermatův princip. Zobrazení rovinným zrcadlem. Minimální deviace hranolu. E. Klier: Optika, s D. Halliday a kol.: Fyzika 4, s Základní zákony geometrické optiky, Fermatův princip jeho důsledky, odvození zákona odrazu a lomu. Zobrazení rovinným zrcadlem a odraznými hranoly. Hranol lámavý úhel, odvození vztahu pro minimální deviaci hranolu. 12. Ideální zobrazení, kolineace jako model optického zobrazení. Newtonovy a čočkové zobrazovací rovnice. E. Klier: Optika, s B. Klimeš, J. Kracík, A. Ženíšek, s Studijní text na webu. Základní pojmy - hlavní bod a rovina, uzlový bod, ohnisko, ohnisková rovina a ohnisková vzdálenost, příčné a úhlové zvětšení. Kolineace, zobrazovací rovnice (Newtonovy a čočkové). 13. Odraz a lom na kulové ploše, tenká a tlustá čočka. Centrované soustavy. Optické přístroje (lidské oko, lupa, mikroskop, dalekohled). Optické vady. E. Klier: Optika, s D. Halliday a kol.: Fyzika 4, s B. Klimeš, J. Kracík, A. Ženíšek, s Zobrazení sférickým zrcadlem (duté a vypuklé), konstrukce obrazů. Zobrazení tenkými čočkami konstrukce obrazů, optická mohutnost. Otvorová a barevná vada a jejich korekce. Optické přístroje oko a jeho vady, lupa zvětšení lupy, mikroskop jeho části, zvětšení, dalekohledy druhy (Keplerův a Galileův dalekohled, triedr, zrcadlový dalekohled), jejich zvětšení. E. Fotometrie 14. Základní fotometrické pojmy, veličiny a jejich jednotky. Fotometry. E. Svoboda, E.: Přehled středoškolské fyziky, s Z. Horák, F. Krupka: Fyzika, s Fotometrické veličiny zářivý tok, svítivost. osvětlení, jednotky. Princip Bunsenova fotometru. F. Světlo v izotropním prostředí a na rovinném rozhraní dvou prostředí 15. Odraz a lom na rovinném rozhraní, Fresnelovy vzorce a jejich důsledky. Základy vláknové optiky. E. Klier: Optika, s D. Halliday a kol.: Fyzika 4, s P. Malý: Optika, s (vláknová optika). Odraz a lom elektromagnetické vlny na rovinném rozhraní dvou dielektrik - odvození zákona odrazu a lomu. TE a TM vlna, odrazivost, propustnost, důsledky Fresnelových vzorců Brewsterův úhel, úplný odraz. Základy vláknové optiky (kvalitativně).

4 G. Světlo v anizotropním prostředí 16. Šíření světla anizotropním prostředím, jednoosé a dvojosé krystaly, dvojlom, polarizační zařízení - polarizační hranoly, polaroidy, čtvrtvlnová destička, umělý dvojlom, přirozená a umělá optická aktivita (tekuté krystaly). D. Halliday a kol.: Fyzika 4, s B. Klimeš, J. Kracík, A. Ženíšek, s J. Bajer: Optika 2, s Co je dvojlom, řádný a mimořádný paprsek, optická osa, jednoosý a dvojosý krystal, popis polarizačního přístroje, čtvrtvlnová destička, optická aktivita látek tekuté krystaly. H. Kvantová optika 17. Vlnově-korpuskulární dualismus, fotony, fotoelektrický jev vnější a vnitřní. D. Halliday a kol.: Fyzika 5, s B. Klimeš, J. Kracík, A. Ženíšek, s Zvláštní studijní text. Energie kvanta elmg. záření, Planckova konstanta, fotoelektrická emise, fotoelektrický proud u vnějšího fotoefektu, mezní frekvence, Einsteinův vztah pro fotoefekt, výstupní práce, fotonka, koncept fotonu, rozdíl mezi fotonem a elektronem. Vnitřní fotoelektrický jev, využití. 18. Comptonův jev. Teplotní záření a jeho zákony. Záření absolutně černého tělesa. Stimulovaná emise světla, lasery. D. Halliday a kol.: Fyzika 5, s , B. Klimeš, J. Kracík, A. Ženíšek, s , Zvláštní studijní text. Comptonův jev. Absolutně černé těleso, zákony teplotního záření (Stefanův-Boltzmannův zákon, Wienův posunovací zákon, Planckův vyzařovací zákon), pyrometr. Lasery vlastnosti, princip, základní typy laserů a jejich konstrukce. Literatura: 1. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker: Fyzika 2, 4, 5. VUTIUM PROMETHEUS, Brno J. Kvasnica a kol.: Mechanika. Academia, Praha I. G. Main: Kmity a vlny ve fyzice. Academia, Praha B. Klimeš, J. Kracík, A. Ženíšek: Základy fyziky II. Academia, Praha A. Štrba: Všeobecná fyzika 3 - Optika. Alfa - SNTL, Bratislava - Praha E. Klier: Optika. SPN, Praha 1978 (skriptum MFF UK v Praze). 7. A. Hlavička.: Fyzika pro pedagogické fakulty. SPN, Praha, 1971 (1978). 8. P. Malý: Optika. Karolinum, Praha J. Bajer: Optika 1, 2. Vladimír Chlup - chlup.net, Olomouc, E. Hejnová: Sbírka úloh k obecné fyzice Kmity a vlny. Optika (elektronický studijní text). PřF UJEP, Ústí nad Labem Doplňující literatura: 1. V. Pilát: Kmitání a vlnění. SPN, Praha Z. Horák, F. Krupka: Fyzika. SNTL, Praha 1976, 1981

5 3. B. E. A. Saleh, M. C. Teich: Fundamentals of Photonics. John Wiley & Sons, New York - Chichester - Brisbane - Toronto - Singapur (český překlad: Základy fotoniky sv MATFYZPRESS, Praha ). 4. M. Švec: Aplikovaná optika. CERM, Brno 1995 (skriptum FS VUT v Brně). 5. J. Kučírek: Sbírka úloh z optiky. SPN, Praha, E. Svoboda, E.: Přehled středoškolské fyziky. Prometheus, Praha, 2001.

Podobné dokumenty

VLNOVÁ OPTIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník

VLNOVÁ OPTIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník VLNOVÁ OPTIKA Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník Vlnová optika Světlo lze chápat také jako elektromagnetické vlnění. Průkopníkem této teorie byl Christian Huyghens. Některé jevy se dají