БИЛЕТ 1

1. Основные законы геометрической оптики:

1. Закон прямолинейного распространения света: свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно. Под прямой понимается линия, по которой распространяется свет в однородной среде. Этот закон теряет силу, если мы переходим к очень малым отверстиям. В данном случае начинает проявляться волновая природа света и отклонение от прямолинейного распространения составляет (сущность дифракции).

2 . Закон независимости световых пучков: распространение всякого светового пучка в среде не зависит от наличия других пучков; лучи обратимы. Световой поток можно разбить на отдельные световые пучки, выделяя их, например, при помощи диафрагм. Действие этих пучков оказывается независимым, т.е. суммарный эффект представляет собой сумму вкладов каждого светового пучка в отдельности. Ограниченность этого закона проявляется в явлениях интерференции света.

3. Законы отражения:

➢ отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром (нормалью), проведенным к границе раздела двух сред в точке падения луча;

➢ угол отражения β численно равен углу падения α

4 . Законы преломления:

➢ луч падающий АB, луч преломленный BC и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости;

➢ для данных двух сред отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления γ равно отношению скорости света в первой среде υ1 к скорости света во второй среде υ2 и называется относительным показателем преломления второй среды по отношению к первой n21 (закон Снеллиуса)

5

---

. Принцип кратчайшего оптического пути (или минимального времени распространения), именуемый также принципом Ферма. Луч света всегда распространяется в пространстве между двумя точками 1 и 2 по тому пути, по которому время его прохождения меньше, чем по любому из всех других путей, соединяющих эти точки. Время прохождения светом расстояния ds, заполненного средой с показателем преломления n, пропорционально оптической длине пути L. Принцип Ферма можно рассматривать как общий закон распространения света. Другие законы распространения света являются его следствием (за исключением закона независимости световых пучков).

6. Обратимость световых лучей. Из принципа Ферма вытекает обратимость световых лучей. Действительно, оптический путь, который минимален в случае распространения света из точки 1 в точку 2, окажется минимальным и в случае распространения в обратном направлении.

2 . Формула тонкой линзы с пояснением знаков. Вывод для собирающей линзы.

В ыведем формулу, которая свяжет три величины – расстояние от предмета до линзы, расстояние от линзы до изображения и фокус линзы. Рассмотрим собирающую линзу, предмет AB и его изображение в этой линзе A1B1.

3. Электронная микроскопия и её виды

Технические предпосылки для разработки электронного микроскопа создал немецкий физик Х. Буш. В 1928 г. немецкие физики М. Кнолль и Э. Руска приступили к созданию магнитного просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) и через три года получили изображение микрообъекта, сформированное пучками электронов. Первые растровые электронные микроскопы (РЭМ) были построены в Германии.

РЭМ работают по принципу сканирования – управляемого пространственного перемещения пучка электронов по объекту. Изображение последнего воссоздается по точкам в виде растра – совокупности однотипных элементов экрана, различным образом отражающих и поглощающих (или рассеивающих) излучение. В 1980-х годах были разработаны модификации РЭМ – туннельный и атомно-силовой микроскопы, сыгравшие решающую роль в развитии нанотехнологии.

Электронный микроскоп – прибор, в котором для наблюдения и фотографирования многократно (до 10^6 раз) увеличенного изображения объекта вместо световых лучей используются пучки электронов, ускоренных до больших энергий в условиях глубокого вакуума.

---

Для изучения поверхностей часто применяют метод реплик: с поверхности образца снимают копию-отпечаток в виде тонкой пленки углерода, коллодия (раствор пихтовой смолы) и др., которую рассматривают в ПЭМ вместо самого объекта. Метод декорирования состоит в напылении на поверхность образца тонкого слоя декорирующих частиц. Они осаждаются преимущественно на участках сосредоточения микрополей.

Растровый оже-электронный микроскоп позволяет при сканировании электронного зонда детектировать оже-электроны из поверхностного слоя объекта. Прибор работает при сверхвысоком вакууме. Для исследования глубинной структуры объекта он оснащен ионной пушкой.

Эмиссионный электронный микроскоп создает изображение объекта электронами, которые эмитируются из него при нагревании, бомбардировке первичным пучком электронов, при воздействии электромагнитного излучения или сильного электрического поля.

Зеркальный электронный микроскоп разработан для визуализации электростатических «потенциальных рельефов» и магнитных микрополей на поверхности объекта. Основным элементом прибора является электронное зеркало – электрическая или магнитная система, отражающая пучки электронов с целью изменения направления их движения и получения электронно-оптического изображения объекта «в отраженных лучах».

Наибольшего увеличения и разрешения на сегодняшний день можно добиться с помощью технологии трансмиссивной, или просвечивающей электронной микроскопии (ТЭМ) высокого разрешения. Она заключается в пропускании сфокусированного электронного пучка сквозь тонкий образец.

4 . Рассеяние света, закон Рэлея, нефелометрия

Рассеянием света называют явление, при котором распространяющийся в среде световой поток отклоняется по всевозможным направлениям.

Н еобходимое условие для возникновения рассеяния света – наличие оптических неоднородностей, т.е. областей с иным, чем основная среда, показателем преломления. При прохождении световых лучей через мутные среды (туман, дым) часть светового пучка рассеивается в стороны от основного направления. Результатом рассеяния является убывание плотности потока энергии излучения в направлении распространения,

---

причем более быстрое, чем при наличии только поглощения. Рассеяние света в мутных средах на частицах постороннего вещества экспериментально впервые исследовал Д. Тиндаль, теорию данного явления разработал Д. Рэлей.

Рэлей установил, что при рассеянии в мутной среде на неоднородностях, приблизительно меньших 0,2λ, а также при молекулярном рассеянии интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны (закон Рэлея). Согласно закону Рэлея сильнее рассеиваются короткие волны (с меньшей длиной волны).

Направление рассеянного света, степень его поляризации, спектральный состав и т.д. приносят информацию о параметрах, характеризующих межмолекулярное взаимодействие, размеров макромолекул в растворах, частиц в коллоидных растворах, эмульсиях, аэрозолях и т.д. Методы измерения рассеянного света с целью получения такого рода сведений называют нефелометрией, а соответствующие приборы – нефелометрами.

БИЛЕТ 2

1.Явление полного внутреннего отражения с графическими пояснениями.

Е сли свет распространяется из среды с большим показателем преломления n1 (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления n2 (оптически менее плотную), например, из стекла в воду, то, согласно закону Снеллиуса:

Отсюда следует, что преломленный луч удаляется от нормали. С увеличением угла падения увеличивается угол преломления до тех пор, пока при некотором угле падения (α = αпр) угол преломления не окажется равным 90°. Угол αпр называется предельным углом полного внутреннего отражения. При углах падения больше αпр, весь падающий свет полностью отражается. Таким образом, при углах падения больше αпр до π/2 луч полностью отражается в первую среду, причём интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы. Это явление называется полным внутренним отражением

Явление полного внутреннего отражения используется в призмах полного отражения. Существуют призмы, позволяющие повернуть луч на 90°, на 180°, перевернуть изображение

Явление полного внутреннего отражения используется также в световодах, которые представляют собой тонкие нити (волокна) из оптически прозрачного материала. По причине полного отражения от боковой поверхности световода свет распространяется только вдоль волокна. С помощью световодов можно искривлять путь светового пучка.

---

2 . Понятие тонкой линзы. Уравнение связи основных характеристик линз. Формулы опт силы и лин увеличения.

Линза является тонкой, если толщина линзы много меньше радиусов кривизны её сферических границ и расстояния от линзы до предмета.

Точки O1 и O2 являются 2 центрами её сферических поверхностей, R1 и R2 – радиусы кривизны этих поверхностей.

1. 
   MN<
2. 
   M N<

1. 
   D – оптическая сила линзы
   
2. 
   F – фокусное расстояние линзы
   
3. 
   N л – показатель преломления материала линзы
   
4. 
   Nос – пок-ль преломления окр среды
   
5. 
   R1 и R2 – радиусы кривизны ее поверхностей.
   

Линейное увеличение линзы – это отношение линейного размера изображения (H) к линейному размеру предмета(h). (f-от изображ до линзы, d-от предмета до линзы)

D – в дптр

3. Сканирующая зондовая микроскопия

Первыми устройствами, с помощью которых стало возможным наблюдать за нанообъектами и передвигать их, стали сканирующие зондовые микроскопы – атомно-силовой микроскоп и работающий по аналогичному принципу сканирующий туннельный микроскоп.

Основой атомно-силового микроскопа (АСМ) служит зонд, обычно сделанный из кремния и представляющий собой тонкую пластинку-консоль. На конце консоля расположен очень острый шип, оканчивающийся группой из одного или нескольких атомов. При перемещении микрозонда вдоль поверхности образца острие шипа приподнимается и опускается, очерчивая микрорельеф поверхности. На выступающем конце кантилевера расположена зеркальная площадка, на которую падает и от которой отражается луч лазера. Когда шип опускается и поднимается на неровностях поверхности, отраженный луч отклоняется, и это отклонение регистрируется фотодетектором, а сила, с которой шип притягивается к близлежащим атомам – пьезодатчиком. В результате, можно строить объёмный рельеф поверхности образца в режиме реального времени.

---

Смотрите также файлы

• Рекрутмент, или подбор персонала.docx

• Выберите жидкости, в которых утонет тело, плотность которого составляет 900 кгм.docx

• Расчёт теплоёмкости системы по табличным термодинамическим данным.docx

• Рассказ о войне с которой персидского царя Кира приводит Геродот (История i 205214).docx

• Для разрешения ресурсных конфликтов рассматривается ресурсный профиль оптимальный нормальный поздний нейтральный.docx