PředmětyPředměty(verze: 849)
Předmět, akademický rok 2019/2020
   Přihlásit přes CAS
Fyzika V (optika) - NUFZ005
Anglický název: Physics V (Optics)
Zajišťuje: Katedra didaktiky fyziky (32-KDF)
Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
Platnost: od 2015
Semestr: zimní
E-Kredity: 8
Rozsah, examinace: zimní s.:4/2 Z+Zk [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: neomezen
Stav předmětu: nevyučován
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Garant: prof. RNDr. Helena Štěpánková, CSc.
doc. RNDr. Miroslav Kučera, CSc.
Anotace -
Poslední úprava: T_KDF (23.05.2003)
Integrovaná výuka - přednáška a cvičení se vzájemně prolínají. Kurs optiky a speciální teorie relativity v pojetí pro potřeby budoucích učitelů 2. stupně základních škol. Určeno posluchačům 3. r. Bc FV / FMz.
Cíl předmětu -
Poslední úprava: T_KFNT (11.04.2008)

Kurs optiky a speciální teorie relativity v pojetí pro potřeby budoucích učitelů 2. stupně základních škol.

Literatura
Poslední úprava: T_KFNT (02.01.2008)

Halliday D., Resnick R., Walker J.: Fyzika. český překlad VUTIM Brno a Prometheus Praha, 2001

Štrba A.: Optika (Všeobecná fyzika 3), Alfa a SNTL, Bratislava a Praha 1979

Klier E.: Optika, Universita Karlova, Praha 1980 (skripta)

Fuka, Havelka, Optika a atomová fyzika - I Optika, SPN, Praha 1961

Beiser, Úvod do moderní fyziky, Academia, Praha 1975

Kolovrat, Příklady z optiky, SPN, Praha 1979

Doplňková literatura:

Klimeš, Kracík a Ženíšek, Základy fyziky II, Academia, Praha 1972

Vrba, Moderní aspekty klasické fyzikální optiky, Academia, Praha 1974

Peřina, Teorie koherence (popularní přednášky o fyzice), SNTL, Praha 1975

Born a Wolf, Principles of Optics, Pergamon Press, Oxford 1965 (3. vyd.)

Saleh a Teich, Fundamentals of Photonics, John Wiley and Sons, New York 1991; Základy fotoniky, Matfyzpress, Praha 1994

Zeman a kol., Sbírka řešených příkladů z fyziky pro pedagogické fakulty, SPN, Praha 1971

Hajko, Fyzika v příkladech, SNTL, Praha 1976

Halpern, 3000 solved problems in Physics, McGraw-Hill, New York 1988 (optika: kap. 34-36, relativita: kap. 37) Academia, Praha 1972

Sylabus -
Poslední úprava: T_KFNT (02.01.2008)
od 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).
  • Superpozice vln, dráhové/fázové zpoždění, časová koherence. Stojaté vlnění.
  • Interference - konstruktivní/destruktivní, Youngův interferenční pokus, prostorová koherence, interference na tenké vrstvě, antireflexní vrstva, interferometry (Fabry-Perotův, Michelsonův). Holografie.
  • Difrakce (ohyb) světla - Fraunhoferův/Fresnelův ohyb, difrakce na štěrbině, kruhovém otvoru, kruhovém terčíku, hraně. Fresnelovy zony. Optická mřížka, rozlišení, Rayleighovo kritérium.
  • Optická prostředí - klasifikace.
  • Index lomu. Disperze indexu lomu, fázová/grupová rychlost. Absorpce, Lambert-Beerův zákon.
  • Optická anizotropie, dvojlom. Polarizátory, fázové destičky (čtvrtvlnná, půlvlnná). Malusův zákon.
  • Dichroismus. polarizační filtry. Optická aktivita.
  • Rozptyl světla, pružný a nepružný.
  • Odraz a lom na rovinném rozhraní, úhel a rovina dopadu/odrazu/lomu, Snellův zákon, Fresnelovy vzorce, odrazivost, propustnost, totální odraz, mezní úhel, Brewsterův úhel, polarizace lomem a odrazem.

3. Geometrická (paprsková) optika

  • Zákony geometrické optiky.
  • Základní optické prvky. Hranoly odrazné/lámavé/disperzní (rozkladné), čočky, zrcadla.
  • Kolineární zobrazení, kardinální body a roviny zobrazovací soustavy: ohniska/ohniskové roviny, hlavní body/roviny, uzlové body; ohniskové dálky. Zobrazovací rovnice (Newtonovy, vrcholové). Reálný/virtuální obraz, zvětšení (úhlové/lineární). Centrovaná soustava spojná, rozptylná, teleskopická.
  • Optické zobrazení paraxiálními paprsky. Kulové rozhraní. Spojka, rozptylka, tenká/tlustá čočka; zrcadlo rovinné, duté, vypuklé.
  • Vady zobrazení a jejich odstraňování - otvorová a barevná vada, koma, astigmatismus, zkreslení a zklenutí obrazu.
  • Optické přístroje: dalekohled, lupa, mikroskop. Objektiv, okulár, zvětšení, rozlišovací schopnost. Fotografický přístroj. Spektrometr. Optický vlnovod.

4. Základy kvantové optiky

  • Záření absolutně černého tělesa, Planckův vyzařovací zákon, Wienův posunovací zákon, Stefan-Boltzmannův zákon. Fotoelektrický jev, výstupní práce. Kvantové vlastnosti záření, foton.
  • Spontánní/stimulovaná emise, optický rezonátor,inverze populace, princip laseru.

5. Člověk a světlo

  • Stavba a optická soustava lidského oka. Vnímání světla, barev. Aditivní/subtraktivní skládání barev.
  • Akomodace, blízký a vzdálený bod, konvenční zraková vzdálenost, vady oka, brýle. Adaptace, Purkyňův jev. Prostorové vnímání.

6. Fotometrie

  • Základní fotometrické a radiometrické veličiny. Zdroje a detektory.

7. Speciální teorie relativity

  • Základní postuláty. Inerciální soustavy. Michelsonův - Morleyův pokus. Galileova transformace, Lorentzova transformace. Časoprostor. Dilatace času. Kontrakce délky. Transformace rychlosti. Dopplerův jev. Relativita současnosti.
  • Relativistická hmota a hybnost, klidová hmotnost. Energie celková, kinetická. Pohybová rovnice. Ekvivalence hmoty a energie.

 
Univerzita Karlova | Informační systém UK