ОПТИКА. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И ЕГО ЗАКОНЫ. КЕЙСОВЫЕ ЗАДАНИЯ Задание 1.
Известно, что одно из свойств света – способность к интерференции. В 1801 году Томас Юнг (1773—1829 гг.) первым дал достаточно детальное и, по сути, не отличающееся от современного объяснение этого явления и ввѐл в научный обиход термин
«интерференция» (1803). Он также выполнил демонстрационный эксперимент по наблюдению интерференции света, получив интерференцию от двух щелевых источников света (1802); позднее этот опыт Юнга стал классическим.
|
Что понимают под интерференцией света?
|
- Сложение нескольких когерентных волн
-сложение световых волн, в результате которого происходит пространственное перераспределение энергии, приводящее в образованию устойчивых гармоничных усиления или ослабления
|
Назовите условия возникновения интерференции
(Монохроматичность; когерентность)
|
-Волны должны быть однонаправленными (близкими по направления)
-Волны должны иметь одинаковые (близкие) частоты
Условия max: Δ= ±λ, разность хода=целому числу длин волн
Условия min: Δ= ±(2+1) λ/2, разность хода= нечетному числу полудлин волн
|
Что называют оптической длиной пути (запишите понятие и приведите формулу)
|
Произведение длины пути пройденной волной (s) на показатель преломления среды (w)
L=ns
|
Запишите условия максимума и минимума интерференции (запишите понятия и приведите формулы)
|
Максимум интенсивности при интерференции наблюдается в случае, когда оптическая разность хода лучей равна целому числу длин волн (целому числу полуволн)
Δ=k λ=2k (λ/2)
Минимум интенсивности при интерференции наблюдается в случае, когда оптическая разность хода лучей равна нечетному числу полуволн
Δ=(2k+1)=(λ/2)
|
Приведите примеры наблюдения явления интерференции в природе
|
Рисунки на крыльях бабочки. Интерференция механических волн на воде. Интерференция масляной пленки и пленки жира.
|
Задание 2.
Дифракция была открыта Франческо Мария Гримальди (1618–1663) в 1666 году — и именно он ввел этот термин в физику (Ньютон, впоследствии изучавший опыты Гримальди, называл ее инфлекцией, т.е. искривлением лучей). Исаак Ньютон продолжил исследования Гримальди, изучая дифракцию монохроматического света.
Оказалось, что ширина дифракционных полос в красном свете больше, чем ширина в фиолетовом. Ньютон, как упоминалось ранее, предполагал, что причина этому —
некоторое взаимодействие между корпускулами света, зависящее от их цвета.
|
Что мы понимаем под дифракцией света?
|
Это явление распространения света с резкими неоднородностями. Свет отклоняется от прямолинейного распространения при прохождении узкие щели.
|
Назовите условие наблюдения дифракции света?
|
Условия: размеры препятствий должны быть меньше длины волны или сравнимы с ее размерами. Расстояние от точки до препятствия должно быть намного больше размеров самого препятствия.
|
Какое представление о свете лежит в основе явления дифракции?
|
Явление отклонения от закона прямолинейного распространения света при прохождение близко к препятствию и попадающему в зону геометрической тени.
|
Что представляет собой дифракционная решетка?
|
Это прозрачная пластинка, на которой нанесены система прозрачных полос, расположенных на равных расстояниях друг от друга.
|
Запишите основную формулу дифракционной решетки
|
dsin φ= kλ
|
Задание 3.
В 1669 г. датский учѐный Расмус Бартолин сообщил о своих опытах с кристаллами известкового шпата (CaCO3), чаще всего имеющими форму правильного ромбоэдра, которые привозили возвращающиеся из Исландии моряки. Он с удивлением
обнаружил, что луч света при прохождении сквозь кристалл расщепляется на два луча.
Бартолин провѐл тщательные исследования обнаруженного им явления двойного лучепреломления, однако объяснения ему дать не смог.
|
Что понимают под двойным лучепреломлением?
|
Раздвоение световых лучей при прохождении через анизотропную среду (кристалл), обусловленное зависимостью преломления показателя этой среды от направлений электрогенного вектора световой волны
|
Как сейчас называются лучи, которые образуются при прохождении луча света через кристалл изветсткового шпата в опыте Расмуса Бартолин?
|
Необыкновенный ( лежащий в главной плоскости кристалла). Законы преломления света не выполняются
Обыкновенный ( перпендикулярен главной плоскости кристалла) . Обычные законы преломления
|
Каким общим свойством обладают лучи, образованные в результате двойного лучепреломления?
|
Частичная поляризация двух лучей
|
Как называется луч, который преломляется, проходя через кристалл?
|
Необыкновенный
|
Назовите вещества, кристаллы которых, помимо известкового шпата, обладают способностью к двойному лучепреломлению
|
Кварц, турмалин
| Задание 4.
В 1808 г. французский физик Этьен Луи Малюс, глядя сквозь кусок исландского шпата на блестевшие в лучах заходящего солнца окна Люксембургского дворца в Париже, к своему удивлению заметил, что при определѐнном положении кристалла было видно только одно изображение. На основании этого и других опытов и опираясь на
корпускулярную теорию света Ньютона, он предположил, что корпускулы в солнечном свете ориентированы беспорядочно, но после отражения от какой-либо поверхности или прохождения сквозь анизотропный кристалл они приобретают определѐнную
ориентацию. Такой «упорядоченный» свет он назвал поляризованным.
|
Дайте современное понятие плоскополяризованного света
|
Под данным понятием понимается явление света, в котором колебание векторов происходит в одной плоскости.
|
Назовите источники естественного(неполяризованного) света
|
Луна, солнце, свечение звёзд, планет, полярное сияние.
|
Перечислите, известные Вам, способы получения поляризованного света
|
1. Поляризация посредствам преломления и двойного лучепреломления. 2. Проницаемость света через полароидную плёнку.
|
Изобразите поляризованный луч света
|
|
Как используется поляризованный свет в медицине?
|
Используется при лечении болезней суставов, связок и мышц. За счёт это происходит уменьшение воспаления, отёчности и повышается способность к регенерации тканей.
| Задание 5.
В некоторых случаях распространение линейно поляризованного света в веществе сопровождается поворотом направления поляризации вокруг оси пучка. Это явление называют вращением плоскости поляризации.
|
Как называют вещества, обладающие свойством вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через них плоскополяризованного света?
|
Вещества, которые обладают данными свойствами – называются оптически активными веществами. Вращение происходит при повороте плоскости поляризации, плоско поляризованного света при его прохождении через вещество.
|
Приведите примеры веществ, обладающих способностью вращать плоскость поляризованного света
|
Скипидар, кварц, киноварь, никотин. К их числу относятся кристаллические тела, чистые жидкости и растворы оптически активных веществ в неактивных растворителях (водный раствор сахара).
|
Какие изомеры оптически активных веществ вам известны?
|
Изомеры вращают плоскости в разные стороны. Известны, например, изомеры сахара D-глюкоза и L-глюкоза
|
В каком случае раствор оптически активного вещества не будет вращать плоскополяризованный свет?
|
Если источник света будет падать на анализатор с поляризатором, которые стоят скрещено (перпендикулярно), то в таком случае свет не будет доходить до наблюдателя, так как анализатор не пропустит плоско-поляризованный свет, отталкиваясь от закона
Малюса.
|
От чего зависит угол поворота плоскости поляризации раствора оптически активного вещества (запишите формулу)?
|
Угол поворота будет зависеть от толщины слоя раствора и концентрации раствора, а также от удельного вращения.
φ = [α0]lC
С – концентрация активного вещества.
l-толщина слоя раствора
a0- удельное вращение.
|
Как в медицине используется способность некоторых веществ вращать плоскополяризованный свет?
|
Поляризованный свет можно использовать в модельных условиях для оценки механических напряжений, возникающих в костных тканях. Еще, с помощью этой способности, проводят поляризационную микроскопию биологических объектов. С помощью этого метода определяют неконцентрированные сахара в моче.
| Задание 6.
Своеобразным оптическим прибором, занимающим в оптике особое место, является глаз человека. Уточним особенности его строения и вытекающие из них функции.
|
Что в глазе человека выполняет функцию диафрагмы фотоаппарата – изменяет величину светового потока, попадающего в глаз?
|
Данную пункцию выполняет радужная оболочка со зрачком. Они регулируют поступление света на сетчатку с помощью сужения и расширения зрачка.
|
Перечислите элементы, образующие оптическую систему глаза
|
Роговица, передняя камера глаза, радужная оболочка, хрусталик, зрачок, стекловидное тело.
|
Какой элемент оптической системы глаза имеет наибольший показатель преломления?
|
Роговица
|
Что такое аккомодация глаза?
|
Это явление изменения оптической силы глаза и его фокусного расстояния с помощью изменения радиусов кривизны хрусталика
|
Какой элемент оптической системы глаза принимает участие в процессах аккомодации?
|
Хрусталик
|
Как рассчитать оптическую силу глаза (запишите формулу) и укажите единицы ее измерения?
|
D=1/F F – фокусное расстояние.
| Задание 7.
В медицине разре шающую способность глаза оценивают остротой зрения. За норму остроты зрения принимается единица.
|
Чему равен наименьший угол зрения в норме?
|
Угол зрения – это угол между лучами, идущими от крайних точек предмета = 1/60 градусов. Или одна градусная минута.
|
Почему при уменьшении значения наименьшего угла зрения человек уже не будет различать мельчайшие элементы рассматриваемого объекта?
|
Так как расстояние между точками уменьшается, следовательно возбуждение проходит лишь по одной клетке.
|
Если наименьший угол зрения равен 5, то чему будет равна острота зрения у этого человека?
|
Если угол равен 5, то острота зрения будет равно 0,2
|
Какие аберрации, свойственные линзам, могут наблюдаться в оптической системе глаза? Как их исправляют?
|
Абберация хроническая и сферическая.
|
Как называется недостаток глаза, при котором задний фокус располагается за пределами сетчатки?
|
Когда изображение фокусируется за пределами сетчатки, такое явление называется дальнозоркостью.
|
Как корректируется это состояние?
|
С помощью собирающей линзы.
|
Задание 8.
Оптической системе глаза свойственны некоторые специфические недостатки. На приеме у офтальмолога пациент, глаз которого доктор характеризует как
эмметропический с несферической формой роговицы.
|
Что включает в себя понятие "эмметропический глаз"?
|
Нормальная реакция глаза чнловека, при которой он хорошо различает предметы и вдали, и вблизи. Главный оптический фокус располагаются на сетчатке
|
О чем свидетельствует несферическая форма роговицы глаза пациента?
|
Астигмация. Лучи света не сходятся в одной точке на сетчатке. В результате в глазу появляются два оптических фокуса. Человек видит размытое изображение
|
Какие особенности зрительного восприятия наблюдаются у пациента с несферической формой роговицы в темное время суток?
|
Ночное зрение, такое же как и днем, просто лучи света не сфокусированы на сетчатке, как это должно быть, поэтому получен ?
|
Требует ли этот диагноз коррекции, почему и какой?
|
Да. Если астигматизм не лечить, то может развиться косоглазие ( зрение ухудшается и не поддается коррекции). Коррекция с помощью ?
|
Что понимают под аккомодацией глаза?
|
Аккомодация – способность глаза к размещения его ? (т.е к четкому видению разноудаленных объектов за счет изменения …..)
|
Влияет ли несферическая форма роговицы глаза пациента на его способность к аккомодации?
|
Влияет. Может развиться аккомодативная астенотия: быстрая утомляемость глаз, покраснение, нечеткость, тошнота, рвота
|
Задание 9.
В медицинской практике активно используют микроскопирование биологических препаратов. Микроскоп представляет собой оптический прибор, предназначенный для
получения увеличенных изображений, а также измерения объектов или деталей структуры, невидимых или плохо видимых невооружѐнным глазом.
|
Чем представлена оптическая система микроскопа?
|
|
Как определить увеличение микроскопа?
|
Нужно умножить увеличение объектива на увеличение окуляра
|
Дайте понятие и приведите формулы предела разрешения микроскопа и его разрешающей способности
|
|
Как повлияет на разрешение микроскопа использование монохроматического красного света?
|
|
Как повлияет на разрешающую способность микроскопа микроскопирование в кедровом масле?
|
|
Дайте понятие полезного увеличения микроскопа
|
Полезное увеличение – увеличение, при котором глаз наблюдателя будет полностью
Использовать разрешающую способность микроскопа
|
Задание 10.
Из всего многообразия электромагнитных излучений, видимых или не видимых
человеком, можно выделить одно, присущее всем телам. Это излучение нагретых тел или тепловое излучение. Интенсивность излучения и его спектральный состав
меняются в зависимости от температуры тела.
|
Какое значение будет иметь монохроматический коэффициент поглощения, если телом поглощается 45 % всего падающего на него излучения данной длины волны?
|
|
Как изменится энергетическая светимость черного тела при увеличении температуры в 2 раза?
|
|
Как изменится длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости черного тела при увеличении температуры в 2 раза?
|
|
Укажите способы теплообмена организма с окружающей средой
|
Теплоизлучение
Конвекция
Теплопроводимость
Испарение воды
|
Каким из способов теплообмена организма, при проживании в умеренном климате, достигается наибольшая теплоотдача
|
Наибольшая теплопередача при проживании в умеренном климате достигается теплоизлучением
| |
Скачать 150.06 Kb.