Электромагнитные волны. Фотометрия

ГОУ ВПО «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра Общей физики и дидактики физики

 

СБОРНИК ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ.

Оптика

(для студентов нефизических специальностей)

 

Рекомендовано к изданию

Решением Учёного совета

Физико-технического

 факультета ДонНУ

(протокол №3 от «18»ноября 2016)

 

 

Донецк 2016

УДК 378.147:34

 

Сборник тестовых заданий. Оптика. Методические указания для студентов нефизических специальностей / Б. И. Бешевли, О. С. Сухорукова, А. Ю. Лучина. –  Донецк: ДонНУ, 2016. –  с.85

 

В сборнике приведены краткий теоретический материал, контрольные вопросы к теоретическому материалу и тестовые задания по разделу «Оптика», которые отвечают программе по физике для нефизических специальностей высших учебных заведений.

Пособие предназначено для студентов нефизических специальностей классических университетов.

 

Составители:

Б. И. Бешевли, канд. техн. наук, доцент каф. общей физики и дидактики физики

О. С. Сухорукова, канд. физ.-мат. наук, ассистент каф. общей физики и дидактики физики

А. Ю. Лучина, старший преп. каф.общей физики и дидактики физики

 

 

Рецензент:

Юрченко В. М., доктор физ.-мат. наук, профессор, зав. отдела ДонФТИ
им. А. А. Галкина.

 

 

© Бешевли Б. И., Сухорукова О. С., Лучина А. Ю.

© Донецкий национальный университет. 2016

Введение

 

Основной целью современного обучения является развитие у студентов навыков самостоятельного изучения нового материала, вооружение их знаниями, умениями и навыками, необходимыми в дальнейшей профессиональной деятельности. Необходимо формировать у обучаемых готовность к самообразованию, развивать творческий потенциал личности, приобщать к методам науки. В настоящее время основное внимание в обучении уделяют эффективности методов обучения, а не количеству затраченного времени. В связи с тем, что согласно учебным планам 60% учебного материала вынесено на самостоятельную работу, особенно важен самоконтроль учащихся, который позволяет в процессе самостоятельного изучения нового материала проверить степень усвояемости.

Использование тестового контроля знаний студентов по физике при проведении модульного контроля на биологическом и химическом факультетах показало его высокую эффективность. Было выяснено, что высокие результаты показали те студенты, которые хорошо знакомы с технологией тестового контроля. Кроме того, наличие у студентов базы тестовых заданий позволяет им самостоятельно проводить контроль усвояемости материала и хорошо подготовиться к итоговому контролю. В связи с этим было разработано данное пособие, которое является логическим продолжением выпущенных ранее «Тренувальні тести. Механіка» и «Тренувальні тести. Молекулярна фізика та термодинаміка», «Сборник тестовых заданий. Электричество и магнетизм».

В начале каждого раздела приводится краткий теоретический материал и перечень контрольных вопросов, которые позволят оценить степень усвояемости теоретического материала.

Тестовые задания разделены на две группы:

1. Закрытая форма тестовых заданий.

2. Задание открытой формы.

Все тестовые задания имеют только один правильный ответ.

Электромагнитные волны. Фотометрия.

Процесс распространения колебаний в сплошной среде – волна. Основным свойством всех волн является перенос энергии без переноса вещества.

Длина волны λ=υ∙T

P = [ E, H ] – Вектор Умова – количественно характеризует перенос энергии волнами. Его направление совпадает с направлением переноса энергии, а его модуль равен энергии, переносимой волной за единицу времени через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны.

Электромагнитные волны представляют собой электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью.

Видимый свет является электромагнитными волнами, длина которых лежит в диапазоне 380 < l< 760 нм. Энергетические параметры света характеризуются световым потоком, силой света и освещенностью.

Световой поток F равен отношение энергии света , падающего на площадку , к промежутку времени , за который перенесена эта энергия

S

r

a

Рис. 2.1

                                    .

Сила света , излучаемая точечным источником S, равна отношению светового потока  к телесному углу  (рис.2.1)

                                              .

Телесный угол  равен отношению площадки , перпендикулярной направлению света, к квадрату расстояния до источника света

                                       .

Освещенность Е равна отношения светового потока, падающего на перпендикулярно ориентированную площадку  к величине этой площадки: . Для точечного источника освещенность определяется по закону

                                              ,

где I – сила света, r – расстояние от источника света до освещаемой поверхности, a - угол падения света на поверхность.

 

 

Контрольные вопросы

1.1.1. Что изучает оптика?

1.1.2. Какой процесс называется волновым?

1.1.3. Что такое упругие волны?

1.1.4. Дайте определение продольным и поперечным волнам.

1.1.5. Что такое волновой фронт?

1.1.6. Что называется амплитудой волны?

1.1.7. Что называется частотой волны?

1.1.8. Что называется фазой волны?

1.1.9. Что называется длиной волны?

1.1.10. Что называется волновым уравнением и в чем его смысл?

1.1.11. Давление света. Опыты Лебедева.

1.1.12..Перечислить основные фотометрические величины.

1.1.13. Что такое световой поток? Формула светового потока.

1.1.14. Что такое освещенность? Формула освещенности.

1.1.15. Что такое сила света? Формула силы света.

 

Открытые задания

(вставьте пропущенное слово)

1.2.1 Процесс распространения колебаний в сплошной среде называется …

1.2.2 Непрерывно распределенная в пространстве и обладающая упругими свойствами среда называется …

1.2.3 Геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t, называют … ….

1.2.4 Основным свойством всех волн является перенос … без переноса вещества.

1.2.5 В продольных волнах частицы колеблются в направлении … ….

1.2.6 В поперечных волнах частицы колеблются в направлении … ….

1.2.7 Строго синусоидальная волна с постоянной во времени частотой ω, амплитудой a и начальной фазой φ называется … волной.

1.2.8 Раздел оптики, занимающийся вопросами измерения интенсивности света и его источников, называется ….

1.2.9 Видимый свет является … волнами, длина которых находится в диапазоне .

1.2.10 Отношение энергии света, падающего на площадку dS, к промежутку времени ∆t, за который эта энергия перенесена называется ….

1.2.11 Величина, излучаемая точечным источником S, равная отношению светового потока к телесному углу называется ….

1.2.12 Отношение светового потока, падающего на перпендикулярно ориентированную площадку ∆S к величине этой площадки называется ….

1.2.13 Дифференциальное уравнение в частных производных, описывающее распространение волн в однородной изотропной среде называют … уравнением.

1.2.14 Переменное электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью называют … ….

1.2.15 Дифференциальное уравнение электромагнитных волн описывается системой уравнений ….

1.2.16 Вектор плотности потока энергии электромагнитной волны (называется вектором ….

1.2.17 Вектор Умова-Пойтинга направлен в сторону распространения.. …

1.2.18 Модуль вектора Умова-Пойтинга равен …, переносимой электромагнитной волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению распространения волны.

1.2.19 При торможении электронов с высокой кинетической энергией в веществе возникает … излучение.

1.2.20 Наиболее ярко корпускулярные свойства выражены у … излучения.

 

Закрытые задания

(с одним правильным ответом)

1.3.1. При распространении волны частицы среды

а) находятся в покое;                                         б) хаотически движутся;

в) колеблются около положений равновесия;     г) описывают окружности.

1.3.2. Расстояние между двумя ближайшими частицами, колеблющимися в одной фазе,

а) период волны;                                б) длина волны;

в) частота волны;                               г) амплитуда волны.

1.3.3. Промежуток времени между прохождением вершин двух последовательных гребней через одну и ту же точку пространства …

а) период волны;                                б) длина волны;

в) частота волны;                               г) амплитуда волны.

 

1.3.4. Длина волны описывается формулой

а)              б) ;          в)                 г)

1.3.5. Световой поток описывается формулой

а)           б)   в)                 г)

1.3.6. Для изотропного точечного источника общий световой поток Ф связан с силой света I соотношением:

а) ;            б) ;        в) ;             г) .

1.3.7. Световой вектор определяется как:

а) ;                         б) ; 

в) ;                          г) . 

1.3.8. Сила света описывается формулой

а)           б)         в)           г)

1.3.9. Телесный угол описывается формулой

а)           б)        в)            г)

1.3.10. Освещенность описывается формулой

а)           б)        в)            г)

1.3.11. Единица измерения силы света

а) кандела (кд);  б) люкс (лк);          в) люмен (лм);   г) ватт.

1.3.12. Единица измерения светового потока

а) кандела (кд);  б) люкс (лк);           в) люмен (лм);   г) ватт.

1.3.13. Единца измерения освещенности

а) кандела (кд);  б) люкс (лк);          в) люмен (лм);   г) ватт.

1.3.14. Векторы напряженности  и  переменного электромагнитного поля удовлетворяют системе волновых уравнений:

а)  ; ;                б)  ; ;

 

в)  ; ;              г)  ; .

 

1.3.15. Какой физический смысл имеет величина k в уравнении плоской монохроматической волны?

 

а) постоянная Больцмана;                 б) коэффициент затухания волны;

в) единичный вектор вдоль z;          г) волновой вектор.

 

1.3.16. Выберите рисунок, на котором отображено взаимное расположение векторов напряженности  и  переменного электромагнитного поля

 

а)                                                                                      б)

в)                                                                                 г)

 

1.3.17. Первые эксперименты по определению давления излучения на отражающие и поглощающие тела, подтвердившие вывод теории Максвелла, были выполнены

а) Ньютоном;     б) Лебедевым;        в) Максвеллом;  г) Эйнштейном.

1.3.18.  Давление электромагнитного излучения создается

а) силой трения; б) силой Лоренца; в) силой Ампера; г) силой тяжести.

1.3.19. Объемная плотность энергии электромагнитной волны описывается формулой

а) ;  б)     в) ;   г)

1.3.20. Направление вектора Умова-Пойтинга совпадает с направлением

а) вектора напряженности ;                              б) вектора напряженности ;

в) обратным направлению распространения волны;   г) переноса энергии.

1.3.21. Импульс электромагнитной волны записывается в виде:

а) ;      б) ;      в) ;      г)

1.3.22. Укажите, на котором из рисунков правильно указаны направления векторов  электромагнитной волны: б)

1.3.23. Интенсивность световой волны определяется как:

а) ;        б) ; в) ; г) .

1.3.24. По закону Малюса интенсивность I линейно поляризуемого света, который прошел через поляризатор, зависит от угла j между плоскостями поляризации падающего света и поляризатора и определяется как:

а) I = I₀ sin² j ;            б) I=I₀ cos² j;       в) I =I₀cos j;

г) I=I₀ sin j ;              д) I =I₀² cos j.

1.3.25. В оптически активной среде угол поворота плоскости поляризации j зависит от толщины материала d по закону:

а) j=c d;    б) j = c d ²;    в) j=c d l^1/2;     г) j= c d l^3/2;    д) j= c d ⁴.

1.3.26. Интенсивность света I зависит от расстояния l, которую проходит свет в среде, по закону:

а) ; б) ;      в) ;  г) ; д) ;

1.3.27. Когерентные волны имеют:

а) одинаковую амплитуду и частоту;

б) одинаковую амплитуду и постоянную разность фаз;

в) одинаковую частоту и постоянную разность фаз;

г) одинаковую частоту и фазу;

1.3.28. По отношению к вакууму в оптически более плотной среде для света:

а) частота уменьшается;

в) длина волны возрастает, а частота уменьшается;

б) длина волны увеличивается;

г) длина волны уменьшается, а частота не изменяется.

1.3.29. Скорость света в воде равна

а) 200000 км/с;   б) 225600 км/с;   в) 200000 км/ч;  г) 300000 км/ч.

1.3.30. Укажите промежутки, в которых находится длина волны видимого света

а) от 10^-7 м до 8∙10^-7 м;                                 б) от 2∙10^-7 м до 6∙10^-7 м;

в) от 3∙10^-7 м до 7∙10^-7 м;                        г) от 4∙10^-7 м до 8∙10^-7 м.

1.3.31. Являются ли когерентными волны, частота колебаний которых одинаковая, а разность фаз равна π/4?

а) да, т.к. разность фаз не равна 0;             б) нет, т.к. разность фаз не равна 0;

в) да, т.к. разность фаз неизменна;            г) нет, т.к. частоты равны.

1.3.32. Укажите величину, которая в формулах интерференционного минимума обозначена как Δ:

a) оптическая разность хода волн;            б) сумма хода волн;

в) длина волны;                                      г) порядок максимума.

1.3.33. При отражении света от оптически более плотной среды n > 1 фаза отражённой волны:

а) не изменится;                                           б) изменится на p;

в) изменится на 2p;                                     г) изменится на p/2.

1.3.34. При интерференции отражённого света от тонкой плоско-параллельной пластины наблюдаются:

а) полосы ровного наклона;  б)  полосы ровной толщины;

в) кольца Ньютона;                г) полосы ровного наклона и ровной толщины.

1.3.35. Выберите диапазоны электромагнитных волн для связи на дальние расстояния в пределах Земли

а) длинные;                             б) ультракороткие;

в) средние;                              г) произвольной частоты.

1.3.36. Определите время, за которое свет идет от Солнца к Земле, если среднее расстояние равно 150000000 км?

а) 83 мин.;        б) 50с;        в) 8,3 мин;        г) 5 с.   

1.3.37. Какие природные явления объясняются рассеиванием света на мелких неоднородностях?

а) северное сияние;  б) радуга;     в) мираж;  г) голубой цвет неба;

1.3.38. Укажите выражение для коэффициента мощности

а) ;                                         б) ;  

 

в) ; г) ;

 

д) .

 

1.3.39. Расстояние от Земли до наиболее близкой системы α Центавра составляет 4 световых года. Выразите это расстояние в километрах:

а) 3,78∙10¹⁵ км;      б) 3,78∙10¹⁴ км;      в) 3,78∙10¹³ км;    г) 3,78∙10¹² км.

1.3.40. Радиостанция передает звуковой сигнал, частота которого 440 Гц. Найдите число колебаний высокой частоты, которое переносит одно колебание звуковой частоты, если передатчик работает на волне 50 м.

а) 136;        б) 1360;             в) 13600;        г) 136000;         д) 2720.