Лицей «Вторая школа». Физика. 11 класс. 2011-2012 уч. год

Лицей «Вторая школа». Физика. 11 класс. 2011-2012 уч. год
Вопросы к зачету «Элементы теории колебаний и волн. Оптика»
Результаты, необходимые и достаточные для "3":
Элементы теории колебаний
Общий вид уравнения свободных гармонических колебаний и его решение. Амплитуда, частота, фаза, начальная фаза.
Период колебаний пружинного и математического маятника. Свойство изохронности колебаний.
Превращения энергии в LC-контуре.
Затухающие свободные колебания: случай «вязкого трения»: уравнения для механической и электрической систем, стандартный вид
уравнения, его решение, частота, период колебаний, график зависимости x(t).
Колебания под действием вынуждающей гармонической силы: вывод уравнения для механической и электрической систем, стандартный
вид уравнения, общее решение, установившиеся колебания.
Амплитуда и фаза установившихся вынужденных колебаний: качественная зависимость от частоты внешней силы. Резонанс.
Цепи переменного тока
Генератор переменного тока
Резистор в цепи переменного тока. U(t), I(t). Мощность тепловых потерь. Активное сопротивление. Действующие значения U, I
Конденсатор в цепи переменного тока. U(t), I(t). Емкостное сопротивление
Катушка в цепи переменного тока. U(t), I(t). Индуктивное сопротивление
Трансформатор: назначение, принцип действия. Коэффициент трансформации. Холостой и рабочий ход.
Элементы теории волн
Определение волны, механическая модель волны, описание волны
Продольные и поперечные волны. Примеры.
Волновой фронт.
Вид зависимости U(x,t) для монохроматической бегущей волны.
Фазовая скорость. Связь длины волны, частоты и фазовой скорости. Смысл круговой частоты.
Фазовая скорость звуковой волны в воздухе (без вывода), скорости продольной волны в стержне (без вывода), в струне (без вывода).
Интерференция. Когерентные волны. Условия интерференционных максимумов и минимумов.
Дифракция. Принцип Гюйгенса-Френеля.
Дифракционная решетка (ДР). Период решетки. Формула для главных дифракционных максимумов при нормальном падении света на ДР
(без вывода).
Дисперсия. Опыт Ньютона по разложению белого света в спектр.
Высота, громкость, тембр звука - связь с характеристиками волн.
Акустический эффект Доплера (качественное описание): изменение частоты в различных случаях.
Электромагнитные волны
Условие излучения ЭМВ движущимся зарядом
Спектр электромагнитных волн. Генерация различных ЭМВ.
Скорость света в среде. Показатель преломления.
Интенсивность ЭМВ
Поляризация ЭМВ. Линейно-поляризованный свет. Естественный свет.
Геометрическая оптика
Законы геометрической оптики: закон прямолинейного распространения, закон отражения, закон преломления света.
Полное внутреннее отражение. Предельный угол.
Построение изображения в плоском зеркале.
Прохождение луча света через плоскопараллельную пластинку.
Линза (определение, характерные точки, оси, плоскости). Правила построения изображений в собирающей (рассеивающей) линзе.
Фокусное расстояние линзы как функция радиусов кривизны образующих ее поверхностей. Оптическая сила линзы. Формула тонкой
линзы. Увеличение линзы.
Глаз как оптическая система. Дефекты зрения. Очки.
Принцип действия оптических приборов: глаз, лупа, микроскоп, зрительные трубы, телескопы.
Результаты, необходимые для получения "4":
Вывод формулы для периода свободных гармонических колебаний (связь с круговой частотой).
Методы получения уравнения свободных колебаний. Вывод уравнения колебаний для LC-контура двумя способами.
Свободные колебания в поле постоянной внешней силы: смещение положения равновесия, период колебаний (примеры).
Определение констант в решении уравнения свободных гармонических колебаний по начальным условиям.
Затухающие свободные колебания: случай «вязкого трения»: вывод уравнения для механической и электрической систем, стандартный
вид уравнения, его решение, частота, период колебаний, график зависимости x(t).
Колебания под действием вынуждающей гармонической силы: вывод уравнений для механической и электрической систем, стандартный
вид уравнения, общее решение, «забывание» начальных условий, установившиеся колебания.
Сложение гармонических колебаний: метод векторных диаграмм.
Последовательный RLC-контур. Векторная диаграмма. Резонанс напряжений
Плоская монохроматическая бегущая волна. Волновое число, длина волны, графики U(x,t_фикс), U(x_фикс, t), смысл круговой частоты и
волнового числа.
Стоячая волна
Акустический эффект Доплера. Вывод формул для смещения частоты : случаи движения источника или приемника.
Осуществление интерференции света: деление волнового фронта (примеры), деление амплитуды (примеры). Расчет интерференционных
максимумов и минимумов в опыте Юнга.
Интерферометр Рэлея. Оптический путь.
Вывод законов геометрической оптики (закон отражения, закон преломления света), из принципа Гюйгенса-Френеля.
Построение изображения в двух зеркалах, расположенных под прямым углом друг к другу.
Правила построения изображения в сферическом зеркале. Фокусное расстояние (вывод). Формула сферического зеркала (без вывода).
Формула тонкой линзы (вывод).
Фокусное расстояние линзы для случая двух сред, окружающих линзу (без вывода).
Сферическая и хроматическая аберрация.
Принцип расчета оптических систем. Оптическая сила. Примеры: две линзы вплотную, две линзы на расстоянии, линза+зеркало.
Угловое увеличение. Вывод формулы для углового увеличения лупы и микроскопа.
Результаты, необходимые для получения "5":
Вывод уравнения колебаний для математического маятника.
Фазовый портрет колебаний (гармонические колебания, затухающие колебания, автоколебания)
Затухающие колебания: декремент затухания, логарифмический декремент затухания, добротность колебательного контура
Вывод формулы для амплитуды и фазы установившихся вынужденных колебаний.
Параллельный RLC-контур. Векторная диаграмма. Резонанс токов
Энергия и импульс бегущей гармонической волны. Мгновенная и средняя плотность кинетической и потенциальной энергии в бегущей
гармонической волне (вывод на примере волны упругой деформации в стержне)
Перенос энергии и импульса, плотность потока энергии и импульса, интенсивность волны
Акустический эффект Доплера: вывод формул для смещения частоты из условия инвариантности фазы.
Излучение света атомами. Волновой цуг. Время когерентности
Кольца Ньютона. Расчет радиусов светлых и темных колец.
Интерференция белого света (на примере двух источников).
Метод зон Френеля. Расчет радиусов и площадей зон Френеля для плоской волны. Векторная диаграмма.
Формула для главных максимумов дифракционной решетки (вывод).
Критерий применимости геометрической оптики. Дифракционная длина.
Вывод законов геометрической оптики (закон отражения, закон преломления света) из принципа Ферма.
Формула сферического зеркала (вывод).
Фокусное расстояние линзы для случая двух сред, окружающих линзу (вывод). Формула тонкой линзы. Увеличение линзы.
Вывод формулы для углового увеличения лупы, микроскопа, телескопа-рефрактора.
Константы (обязательно для всех):
Скорость света в вакууме
Электрическая постоянная
Магнитная постоянная
Скорость звука в воздухе