Оптика

Мета вивчення дисципліни:
Навчальна дисципліна «Оптика» має на меті
• Отримання здобувачами знань про широкий спектр оптичних явищ, що спостеріга-ються в природі і в фізичних експериментах.
• Вивчення здобувачами фізичних законів що описують ці явища.
• Набуття навичок застосування математичного апарату для опису оптичних явищ.
• Набуття навичок експериментального спостереження оптичних явищ.
• Підготовка до засвоєння матеріалу в подальших курсах загальної і теоретичної фізики

Практичне значення та використання отриманих знань:
Вивчення дисципліни «Оптика» дозволить здобувачу знати основні оптичні явища і вміти описувати ці явища аналітичними та чисельними методами. Після курсу електродинаміки, курс оптики розвиває навички опису динаміки полів а також динаміки їх взаємодії із середовищем
Тематика та види навчальних занять

Для очної (денної) форми здобуття освіти

Лекційні заняття
Лекція 1. «Світло як електромагнітна хвиля».
Лекція 2. «Світло як електромагнітна хвиля (продовження)
Лекція 3. «Енергія і потік енергії електромагнітного поля в вакуумі».
Лекція 4. «Енергія і потік енергії електромагнітного поля в вакуумі (продовження)».
Лекція 5. «Енергія і потік енергії електромагнітного поля в вакуумі (продовження).».
Лекція 6. «Електромагнітне поле в середовищі.».
Лекція 7. «Електромагнітне поле в середовищі (продовження).».
Лекція 8. «Простий вивід законів заломлення і відбиття світла на границі розділу двох однорідних ізотропних діелектричних середовищ».
Лекція 9. « Енергія електромагнітного поля в середовищі».
Лекція 10. «Теорема про розклад періодичної функції в ряд Фур’є.».
Лекція 11. «Тривимірний ряд Фур’є.».
Лекція 12. «Електромагнітне поле як сукупність гармонічних осциляторів. Задача про рівноважне теплове випромінювання».
Лекція 13. «Задача про рівноважне теплове випромінювання (продовження).» .
Лекція 14. «Вивод формули М.Планка.».
Лекція 15. «Електромагнітне поле як сукупність гармонійних осциляторів. Фотоефект.».
Лекція 16. «Тривимірне перетворення Фур’є».
Лекція 17. «. Граничні умови для електромагнітного поля на границі розділу двох однорідних ізотропних діелектричних середовищ.»
Лекція 18. «.. Подальший аналіз граничних умов. Отримання законів відбиття і заломлення світла з граничних умов.»
Лекція 19. «Формули Френеля і наслідки з них».
Лекція 20. «Застосування перетворення Фур’є для опису інтерференції і дифракції світлових хвиль».
Лекція 21. «Застосування перетворення Фур’є для опису інтерференції і дифракції світлових хвиль (продовження)».
Лекція 22. «Світлові хвилі в одновісному кристалі».

Практичні заняття
Практичне заняття №1. «Розрахунок часткової суми ряду Фур’є».
Мета занять: Власноручне виконання здобувачами громіздких обчислень з метою підготовки до засвоєння подальшого лекційного матеріалу.
Практичне заняття №2. «Розрахунок виразу для дивергенції векторного поля в декартових».
Мета занять: Власноручне отримання здобувачами виразу для дивергенції векторного поля в декартових координатах. Набуття навичок роботи з диференційними операціями над векторними полями.
Практичне заняття №3. «Символ Леві-Чівітта та його властивості.».
Мета занять: Набуття навичок роботи з сиволом Леві-Чівітта, підготовка до засвоєння подальших тем, пов’язаних з здійсненням диференційних операцій над компонентами електромагнітного поля..
Практичне заняття №4. «Теореми Остроградського-Гаусса і Стокса.».
Мета занять: Власноручне проведення здобувачами за допомогою викладача громіздких розрахунків, пов’язаних із доведенням теорем, які будуть використані в лекційному курсі
Практичне заняття № 5. «Отримання векторних тотожностей з ротором і дивергенцією від векторних полів».
Мета занять: Власноручне отримання здобувачами важливих тотожностей. Набуття навичок роботи із векторними полями і диференційними операціями над ними. Підготовка до подальшого засвоєння лекційного матеріалу.
Практичне заняття №6. . Розв’язок задач по темі інтерференція світлових хвиль.».
Мета заняття: Набуття навичок опису інтерференції світлових хвиль. Набуття навичок розв’язку задач. Поглиблення знань про явище інтерференції світлових хвиль
Практичне заняття №7. «. Розрахунок зон Френеля для круглого отвору».
Мета заняття: Вивчення методу зон Френеля для опису дифрації світлових хвиль. Набуття навичок роботи із комплексними Фур’є-компонентами електромагнітних полів. Набуття навичок опису експерименту
Практичне заняття №8. «.Дифракція світла на шілині».
Мета заняття: Набуття навичок опису дифрації хвиль. Вивчення закономірностей дифракції світла на щилині. Підготовка до засвоєння матеріалу в подальших курсах.

Лабораторні заняття
Лабораторне заняття №1. «Експериментальні перевірка зв’язку між показником заломлення діелектричного середовища і його діелектричною проникністю».
Мета заняття: Поглиблення знань щодо розповсюдження світлових хвиль в діелектричних середовищах
Лабораторне заняття №2. «Визначення довжини світлової хвилі за допомогою дифракційної гратки».
Мета заняття: Вивчення метода вимірювання довжини світлової хвилі за допомогою явища дифракції на фиракційній гратці. Поглиблення знань про дифракцію і інтерференцію світла
Лабораторне заняття №3. «Вивчення явища інтерференції за допомогою спостереження кілець Ньютона».
Мета заняття: Поглиблення знань про інтерференцію світла. Вивчення одного з способів експериментального спостереженні інтерференції. Використання теоретичних знань для опису експеримента.
Лабораторне заняття №4. «Вивчення інтерференції світла на двох щілинах ».
Мета заняття: Експериментальна перевірка отриманих раніше закономірностіей інтерфетенції світла на двох щилинах. Підготовка до подальшого вивчення курсу квантової механіки.
Лабораторне заняття №5. «Експериментальна перевірка законів фотоефекта».
Мета заняття: Спостереженння явища фотоефекта і його закономірностей. Підготовка до подальшого вивчення курсу квантової механіки.
Лабораторне заняття №7. «Розповсюдження світла в анізатропних середовищах Спостереження явища подвійного променезаломлення».
Мета занять: Власноручний розв’язок здобувачами системи рівнянь Максвела в одновісному анізатропному середовищі і експериментальна перевірка отриманих результатів

Консультації здійснюються впродовж семестру згідно з встановленим розкладом.

Індивідуальна робота

Розрахунково графічна робота. Оскільки зазвичай інтерференційна картина спостерігається на плоському екрані у здобувачів часто виникає хибне уявлення що вона існує лише в площині екрана а не в просторі. Провести експеримент, який би демонстрував існування оптичної інтерференційної картини в просторі достатньо складно бо потребує дорогих витратних матеріалів. Тому метою РГР є комп’ютерне моделювання об’ємної інтерференційної картини і її візуалізація за допомогою 3D – комп’ютерної графіки.

Розрахункова частина роботи полягає в отриманні виразу для густини енергії світлового поля що утворюється при інтерференції від двох щилин як функції просторових координат.
Графічна частина полягає в візуалізації цієї картини щляхом побудови різних графіків як 2D
так і 3D.

Розрахункова частина роботи здається в першому модулі і оцінюється макимально в 5 балів.
Графічна частина здається в другому модулі і оцінюються максимально в 10 балів. Макимальна оцінка за РГР – 15 балів

Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання

Для очної (денної)ї форми здобуття освіти

Поточний контроль полягає у контрольних опитуваннях на практичних заняттях (оцінюється максимум у 12 балів в першому модулі і також у 12 балів в другому модулі, 24 бали сумарно), і захисті лабораторних робіт по 16 балів максимум в кожному з двох моду-лів (32 бали в сумі).
Ці 24 бали за практичні заняття і 32 бали за лабораторні розподіляються тпеим чи-ном: Кожне з восьми практичних завдань оцінюються максимально у 3 бали (24 бали су-марно). Захист звітів з лабораторних робіт 1-4 оцінюється по 4 бали кожна (16 балів сума-рно), захист звітів з лабораторних робіт 5 і 6 оціюється в 5 балів кожна, а лабораторної ро-боти 7 в 6 балів (сумарно 16 балів)
Ще 5 балів максимум в першому модулі і 10 балів максимум в другому модулі здо-бувач може отримати за виконання завдань РГР
Також поточний контроль полягає у виконанні двох модульних контрольних робіт. Контрольна робота в першому модулі оцінюється в 17 балів, а в другому модулі в 12 балів. Таким чином в кожному модулі здобувач може отримати по 50 балів. Модульна контроль-на робота виконується у письмовій формі та складається з 2 частин
1) відповіді на питання, що охоплює одну з тем лекційного курсу (7 балів в першій моду-льній контрольній роботі і 6 балів в другій )
2) розв’язку задачі з курсу практичних занять (10 балів в першій модульній контрольній роботі і 6 балів в другій).
Отже здобувач сумарно може отримати в семестрі 24+32+15+17+12=100 балів.
Підсумковий контроль – екзамен. Екзаменаційний білет складається з трьох питань. Два з них стосуються лекційного курсу і формуються таким чином. щоб вони охоплювали декілька взаємопов'язаних частин цього курсу. Кожне питання оцінюються в 30 балів. Третє питання передбачає розв’язок задачі, пов’язаної з курсом практичних занять і оцінюється в 40 балів. Максимальна оцінка, яку може отримати здобувач – 100 балів.