Материал: Сборник задач к практическим занятиям по дисциплине «Микрооптика и фотоника» для студентов направления «Нанотехнологии и микросистемная техника». Калгин А.В., Горшков А.Г
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Кафедра физики твердого тела
2-2018
СБОРНИК ЗАДАЧ
к практическим занятиям по дисциплине «Микрооптика и фотоника» для студентов направления 28.03.01 «Нанотехнологии и микросистемная техника» (профиль «Компоненты микро- и наносистемной техники») очной формы обучения
Воронеж 2018
УДК 621.382:535(07)
ББК 32.854я7
Составитель канд. физ.-мат. наук, доц. А.В. Калгин
Сборник задач к практическим занятиям по дисциплине «Микрооптика и фотоника» для студентов направления 28.03.01 «Нанотехнологии и микросистемная техника» (профиль «Компоненты микро- и наносистемной техники») очной формы обучения / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; сост. А.В. Калгин. Воронеж, 2018. 33 с.
Сборник задач включает ряд задач по основным разделам физической оптики.
Табл. 1. Ил. 26. Библиогр.: 2 назв.
УДК 621.382:535(07)
ББК 32.854я7
Рецензент канд. физ.-мат. наук, доц. А.Г. Горшков
Печатается по решению учебно-методического совета Воронежского государственного технического университета
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2018
ВВЕДЕНИЕ
Сборник задач подготовлен в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования и рабочей программой дисциплины «Микрооптика и фотоника» по направлению подготовки 28.03.01 «Нанотехнологии и микросистемная техника» и предназначен для проведения практических занятий и самостоятельной работы студентов. Решение задач, представленных в данном сборнике, позволяет студентам глубже усвоить дисциплину «Микрооптика и фотоника», развивает способность к аналитическому мышлению и творческое отношение к решению задач.
1. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА И ПРОСТЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
1.1.В каких пределах может изменяться угол отклонения луча φ при его прохождении через стеклянную призму с пре-ломляющим углом α = 60º? Показатель преломления стек-
ла n = 1,5.
1.2.Световой луч падает на выпуклое сферическое зеркало (рис. 1.1; F − фокус, OO' − оптическая ось). С помощью геометрических построений найти направление отраженного луча.
Рис. 1.1. Заданное направление луча, падающего на выпуклое зеркало с фокусным расстоянием F
1.3. Найти с помощью геометрических построений положение сферического зеркала и его фокуса, если Р и Р' – сопряженные точки, а ОО' – оптическая ось (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Положения сопряженных точек Р и Р' относительно оптической оси OO' сферического зеркала
1.4. Луч света падает из воздуха на стеклянную пластину со сферической поверхностью (рис. 1.3; точками отмечены положения фокусов). С помощью геометрических построений найти направление преломленного луча.
Рис. 1.3. Падение луча света 1 на стеклянную сферическую поверхность и положения фокусов
1.5. Точечный источник света S находится на расстоянии а = 20 см от передней поверхности стеклянной симметричной двояковыпуклой линзы (рис. 1.4): толщина линзы d = 5 см, радиус кривизны поверхностей R = 5 см. Показатель преломления стекла n = 1,5. На каком расстоянии от задней поверхности линзы находится изображение источника?
Рис. 1.4. Принятые обозначения
2
1.6. С помощью построений найти положение тонкой стеклянной линзы в однородной среде и ее фокусов, если известны положения сопряженных точек S и S* относительно оптической оси ОО' (рис. 1.5).
Рис. 1.5. Положение сопряженных точек S и S* относительно оси ОО'
1.7. С помощью построений найти ход луча 2 после преломления в собирающей тонкой линзе, находящейся в однородной среде, если известно положение линзы (и ее оптической оси ОО') и задан ход луча 1 (рис. 1.6).
Рис. 1.6. Положение тонкой собирающей линзы и ход
луча 1
1.8.Две тонкие симметричные линзы с одинаковыми радиусами кривизны преломляющих поверхностей R = 5 см (одна – собирающая, из кронгласа SK1 с показателем преломления n1 = 1,61, а другая − рассеивающая, из кварцевого стекла
сn2 = 1,46 ) прижали вплотную друг к другу и погрузили в воду с n0 = 1,33. Найти фокусное расстояние f этой оптической системы.
1.9.Труба Галилея представляет собой телескопическую систему и состоит из собирающей (объектив) и рассеивающей (окуляр) линз. При установке на бесконечность труба имеет длину l = 70 см и дает 15-кратное угловое увеличение. Определить: а) фокусные расстояния объектива и окуляра трубы; б) на какое расстояние l надо передвинуть окуляр трубы,
3