Integrovaná výuka - přednáška a cvičení se vzájemně prolínají. Kurs
optiky a speciální teorie relativity v pojetí pro potřeby budoucích
učitelů 2. stupně škol.
Určeno pro 3.r. U MF/ZŠ.
Poslední úprava: G_F (05.06.2001)
Integrated course - lecture and exercises overlap. Course of optics and special theory of relativity on the level appropriate for future teachers.
Considered for the 3rd year teacher students of mathematics - physics /basic school.
Literatura
Poslední úprava: MKUCERA/MFF.CUNI.CZ (15.05.2008)
základní
A.Beiser, Úvod do moderní fyziky, Academia 1978
V.Hajko, Fyzika v príkladoch, SNTL 1960
Z.Horák, F.Krupka, Fyzika, SNTL 1966
E.Klier, Optika, skriptum MFF UK, 1978
J.Kolovrat, Příklady z optiky, skriptum MFF UK, 1979
D. Halliday, R.Resnick, J. Walker, Fyzika, část 4 a 5, Vutium, Brno 2001
B.Sedlák, I.Štoll, Elektřina a magnetismus, kap.5, Academia 1993
A.Štrba, Optika, Alfa 1979
doplňující
R.P.Feynman, Feynmanové prednášky z fyziky 1, 2, 4, Alfa 1982-8
S.E.Friš, A.V.Timoreva, Kurs fyziky III
I.G.Main, Kmity a vlny ve fyzice, Academia 1990
B.E.A.Saleh, M.C.Teich, Základy fotoniky, Matfyzpress 1995
Š.Višňovský, Makroskopická elektrodynamika, skriptum MFF UK 1997
V.Votruba, Speciální teorie relativity, Academia 1969
Metody výuky
Poslední úprava: MKUCERA/MFF.CUNI.CZ (15.05.2008)
přednáška a cvičení
Sylabus -
Poslední úprava: T_KFNT (20.05.2003)
1. Úvod
Obsah a rozdělení optiky. Vývoj názorů na podstatu světla. Měření rychlosti světla optickými metodami. Fermatův princip, optická dráha, paprsek. Huygensův, resp. Huygensův-Fresnelův princip, vlnoplocha.
2. Vlnová a elektromagnetická optika
Maxwellovy rovnice ve vakuu, vlnová rovnice. Vlastnosti záření, hustota elmag. energie, přenos energie, Poyntingův vektor, tlak záření, okamžité a časové střední hodnoty.
Vlna: elektromagnetická, rovinná, sférická, válcová; monochromatická, harmonická. Záření oscilujícího elektrického dipólu. Šíření vln. Vlnový vektor, frekvence, vlnová délka, fáze, fázová rychlost. Spektrální obor optického záření. Polarizace (lineární, kruhová, eliptická).
Relativistická hmota a hybnost, klidová hmotnost. Energie celková, kinetická. Pohybová rovnice. Ekvivalence hmoty a energie.
Poslední úprava: T_KFNT (20.05.2003)
1. Introduction
Subject and parts of optics. History of approaches to the nature of light. Light velocity measurements. Fermat's principle, optical path, ray. Huygens and Huygens-Fresnel principle, wavefront.
2. Wave and electromagnetic optics
Maxwell equations in free space, wave equation. Characteristics of radiation, spatial density of electromagnetic energy, energy flow density, Poynting vector, radiation pressure, instantaneous and time-averaged values.
Wave: electromagnetic; plane, spherical, cylindrical; monochromatic, harmonics. Radiation of oscillating electric dipole. Propagation of waves. Wavevector, frequency, wavelength, phase, phase velocity. Spectral range of optical radiation. Polarisation (linear, circular, elliptical).
Superposition of waves, path/phase delay, temporal coherence. Standing wave.
Interference - constructive/destructive, Young experiment, spatial coherence, interference on a thin layer, antireflection layer, interferometers (Fabry-Perot, Michelson). Holography.
Reflection and refraction at a planar interface, angle and plane of incidence/reflection/refraction. Snell's law. Fresnel formulae, reflectance, transmittance, total reflection, critical angle, Brewster angle. Polarised light using reflection and refraction
Colinear transformation. Cardinal points and planes of an imaging system: focal points and planes, principal points and planes, nodal points, focal lengths. Imaging formulae. Real/virtual image. Image magnification. Centred optical systems converging, diverging, telescopic.
Blackbody radiation, Planck's law, Wien's law, Stephan-Boltzmann law. Fotoeffect, work function. Quantum characteristics of radiation, photon.
Spontaneous and stimulated emission. Optical resonator. Population inversion. Lasers.
5. Human and light
Human eye: anatomy, eye as an optical system. Perception of light, colours. Additive/ subtractive mixing of colours. - Accommodation, near point. Glasses. Adaptation, Purkyne's effect.
6. Photometry
Basic quantities in photometry and radiometry. Sources and detectors.
7. Special theory of relativity
Postulates. Inertial systems. Michelson-Morley experiment. Galileo transformation, Lorentz transformation. Space-time. Time dilatation. Length contraction. Relativity of simultaneity. Transformation of velocity. Doppler effect.
Relativistic mass and momentum, rest mass. Total energy, kinetic energy. Equation of motion. Equivalence of mass and energy.