Государственный комитет Российской Федерации
по высшему образованию
Нижегородский государственный университет
им. Н.И.Лобачевского

 УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
о общему курсу

"ВОЛНЫ. ОПТИКА"

для направления подготовки
"физика"
и по специальности
"радиофизика и электроника"

Курс 2
Семестр 4
Лекции 51 час
Практикум 34 час.
Лаборатория 68 час.
Экзамен 4 семестр
Зачет 4 семестр

Программа составлена зав. кафедрой общей физики, профессором, д. ф.-м. н. Н.С.Степановым и доцентами кафедры общей физики  к. ф.-м. н. М.И.Бакуновым и  С.Б.Бираговым

 Н. Новгород 1995

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА
"ВОЛНЫ. ОПТИКА"

1. Учебные цели и задачи курса

Цель курса - дать единый подход к изучению волновых процессов различной физической природы, сформировать у студентов представление об основных закономерностях возбуждения и распространения волн, о наиболее важных оптических явлениях; дать навыки простейших практических расчетов волновых процессов, а также экспериментальной работы с оптическими приборами.

Курс является основой для последующего изучения дисциплин "Теория электромагнитного поля" и "Механика сплошных сред" теорфизического цикла, специальных дисциплин "Электродинамика" и "Теория волновых процессов", а также курсов оптической специализации.

2. Дисциплины, изучение которых необходимо для усвоения курса

Для успешного изучения курса необходимо усвоение таких разделов высшей математики, как математический и векторный анализ, теория дифференциальных уравнений, а также курса "Электричество и магнетизм.Физика колебаний" цикла общей физики.

СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

"ВОЛНЫ.ОПТИКА"

Программа курса

 

Волновые процессы. Кинематика волн.

Понятие волны. Волновое уравнение. Гармонические волны. Плоские и сферические волны. Распространение сигналов (волновых пакетов). Распространение тригармонической волны. Условие пренебрежения дисперсионным искажением сигнала.

[1] Гл. 5l 1-4, 9,10 [2] Гл. 6 [3] Гл.1 8.

Интерференция синусоидальных волн.

Примеры интерференции волн ( две плоские волны, две сферические волны). Интерференция в тонких пластинах. Интерферометры (двухлучевые и многолучевые).

[1] Гл. 5 5-6 [2] Гл. 9 1-4 [3] Гл. 3 [5] Гл. 5.

Упругие волны.

Продольные волны в стержне, вывод волнового уравнения. Энергетичес-кие соотношения в упругой волне. Акустические волны в газах и жидкостях.

Явления на границе двух сред при нормальном падении упругих волн. Собственные колебания в ограниченных системах.

[1] Гл. 1-7.

Электромагнитные волны. Электромагнитная теория света.

Вывод волнового уравнения из уравнений Максвелла. Плоские волны. Бегущие и стоячие волны. Поляризация электромагнитных волн. Импеданс. Энергетические соотношения для электромагнитных волн, теорема Пойнтинга.

Отражение и преломление волн на границе двух сред. Закон Снеллиуса. Формула Френеля. Явления Брюстера и полного (внутреннего) отражения. Излучение электромагнитных волн. Поле излучения элементарного вибратора. Диаграмма направленности. Полуволновой вибратор, сложные излучатели. Излучение движущихся заряженных частиц. Классическая модель "светящегося" атома. Молекулярный механизм отражения, преломления, дисперсии.

[1] Гл. 7, гл. 8 [2] Гл. 7 4,5 [3] Гл. 1, гл. 5, гл. 8 84 [4] Гл. 1, гл. 2, гл. 4

[5] Гл. 1 [6] Гл. 1.

Распространение света в анизотропных средах.

Оптическая анизотропия кристаллов. Нормальные волны в одноосном кристалле: дисперсионные свойства, поляризационная структура. Двойное преломление. Построение Гюйгенса. Поляризационные приборы. Интерференция поляризованных лучей. Искусственная анизотропия. Оптическая активность. Понятие о пространственной дисперсии.

[1] Гл. 7 9 [3] Гл. 7, гл. 8 94-96 [4] Гл. 3 [5] Гл. 3.

Дифракция волн.

Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция на структурах с осевой симметрией. Зоны Френеля, зонная пластинка. Дифракция Френеля на щели и прямоугольном отверстии. Спираль Корню. Предельные случаи дифракции: геометрическая оптика и дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка как спектральный прибор, ее спектральные характеристики.

Роль дифракционных явлений в некоторых оптических приборах. Предельные возможности направленных излучателей, фокусирующих устройств, объективов телескопа и микроскопа. Понятие о голографии.

[1] Гл. 9 [2] Гл. 9 5-7 [3] Гл. 4 [4] Гл. 6 [5] Гл. 6, гл. 7.

Статистические свойства волновых полей.

Понятие о временной и пространственной когерентности, их связь с характеристиками источников света. Влияние когерентных свойств света на наблюдение интерференции и дифракции. Источники когерентного света. Лазеры.

[1] Гл.10 [3] Гл. 3 28-32 [5] Гл. 2, гл. 10.

Нелинейные волны

Понятие о нелинейных волновых процессах: генерация гармоник, солитоны, ударные волны, самофокусировка волновых пучков.

[5] Гл. 11 [6] Гл. 5.

ЛИТЕРАТУРА ПО КУРСУ

"ВОЛНЫ.ОПТИКА"

Основная литература

  1. Горелик Г.С. Колебания и волны. М.: Физматгиз, 1959.
  2. Берклеевский курс физики, т.3, Ф.Крауфорд. Волны. М.: Наука, 1974.
  3. Сивухин Д.В. Общий курс физики, т.4, Оптика. М.: Наука, 1980
  4. Калитеевский Н.И. Волновая оптика. М.: Наука, 1971.

Дополнительная литература

  1. Виноградова М.Б., Руденко О.В., Сухоруков А.Д. Теория волн. М.: Наука, 1979.
  2. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1976.

ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

  1. Сложение эквидистантных по фазе колебаний. Кинематика волн.
  2. Эффект Доплера.
  3. Интерференция.
  4. Интерференция. Влияние немонохроматичности и размеров источника.
  5. Интерференция в тонких пленках.
  6. Электромагнитные волны.
  7. Излучение электромагнитных волн.
  8. Решетки из вибраторов.
  9. Кристаллооптика.
  10. Дифракция на структурах с осевой симметрией.
  11. Дифракция на прямоугольных структурах.
  12. Дифракция Фраунгофера. Дифракционные решетки.
  13. Пространственная когерентность.

ЛИТЕРАТУРА ПО ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

  1. Сборник задач по общему курсу физики. Оптика /Под ред. Д.В.Сивухина. М.: Наука, 1977.
  2. Иродов И.Е. Задача по общей физике. М.: Наука,1988.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

  1. Продольные ультразвуковые волны в проволоке.
  2. Кольца Ньютона.
  3. Определение длины световой волны при помощи бипризмы Френеля.
  4. Дифракция Фраунгофера.
  5. Дифракция Френеля.
  6. Изучение явления двойного лучепреломления и поляризационных эффектов на приборе Норренберга.
  7. Дифракция света на ультразвуке.
  8. Изучение роли пространственных частот в формировании оптического изображения.
  9. Дифракция света на простейших структурах.

ПРОГРАММА-МИНИМУМ

  1. Свободные и вынужденные колебания гармонического осциллятора. Резонансные кривые.
  2. Спектральное разложение. Колебательный контур как спектральный прибор.
  3. Интерференция волн. Примеры: две плоские волны, две сферические волны.
  4. Энергетические соотношения для электромагнитных волн. Теорема Пойнтинга.
  5. Отражение и преломление волн на границе двух сред. Закон Снеллиуса. Явления Брюстера и полного (внутреннего) отражения.
  6. Излучение элементарного вибратора. Диаграмма направленности.
  7. Обыкновенная и необыкновенная волны в одноосном кристалле. Двойное преломление. Фазовые пластинки.
  8. Дифракция на структурах с осевой симметрией. Зоны Френеля, зонная пластинка.
  9. Дифракция Френеля на щели. Спираль Корню.
  10. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка как спектральный прибор.

АВТОРЫ: профессор Н.С.Степанов доцент М.И.Бакунов доцент С.Б.Бирагов

ЗАВ.КАФЕДРОЙ: профессор Н.С.Степанов

ПРЕДСЕДАТЕЛЬ МЕТОД. КОМИССИИ: профессор В.Г.Гавриленко