Тестовые задания. Практикум представляет собой образцы тестовых заданий по разделам курса физики «Оптика, атомная и ядерная физика»

Предисловие

Практикум представляет собой образцы тестовых заданий по разделам курса физики «Оптика, атомная и ядерная физика». Тестовые задания, включенные в практикум, составлены в соответствии с требованиями образовательных стандартов и типовых учебных программ и нацелены на усвоение основных понятий, законов физической оптики, квантовой физики, атомной и ядерной физики.

Тестовые задания составлены по типу заданий закрытой формы, один или несколько из которых являются правильными. Часть задач составлена на усыновление правильного соответствия между элементами двух множеств.

Практикум предназначен в помощь студентам заочной формы обучения для проверки усвоения ими учебного материала, а также может быть использован при подготовке к экзаменам, проводимым в тестовой форме. Данное учебное издание содержит также ряд контрольных вопросов и задач без выбора ответа и может быть полезно для студентов дневной формы обучения для подготовки к коллоквиумам по соответствующим разделам физики и для преподавателей, использующих в своей работе тестовый способ контроля знаний.

Основные законы и формулы

«Оптика»

Скорость света в среде -		, где - скорость света в вакууме; - показатель преломления среды.
Связь длины волны с частотой и скоростью распространения		, где λ- длина световой волны.
Оптическая длина пути световых волн		, где - геометрическая длина пути световой волны в среде с показателем преломления .
Оптическая разность хода двух световых волн
Зависимость разности фаз от оптической разности хода световых волн
Условия максимального усиления света при интерференции		,
Условие максимального ослабления света		,
Оптическая разность хода световых волн, возникающая при отражении монохроматического света от тонкой пленки:		, где - толщина пленки; n - показатель преломления пленки; - угол падения
Радиус светлых колец Ньютона в отраженном свете		, где k - номер кольца; R -радиус кривизны линзы.
Радиус темных колец Ньютона в отраженном свете
Угол -отклонения лучей, соответствующий максимуму (светлаяполоса) при дифракции на одной щели, определяется из условия		, , где a- ширина щели, - порядковый номер максимума
Угол отклонения лучей, соответствующиймаксимуму (светлаяполоса) при дифракции света на дифракционной решётке, определяется из условия		, где d- период дифракционной решетки.
Разрешающая способность дифракционной решетки		где - наименьшая разность длин волн двух соседних спектральных линий , при которой этилинии могут быть видны раздельно в спектре, полученном посредством данной решетки: - полное число щелей решетки
Формула Вульфа-Брэгга		, ,,где - угол скольжения (угол между направлением параллельногопучка рентгеновского излучения, падающего на кристалл, и атомной плоскостью в кристалле); d - расстояние между атомными плоскостямикристалла.
Закон Брюстера		, где -угол падения, при котором отразившийся от диэлектрика луч полностью поляризован; -относительный показатель преломления второй среды относительно первой.
Закон Малюса		, где - интенсивность плоскополяризованного света, падающего на анализатор; I- интенсивность этого света после анализатора; - угол между направлением колебаний электрического вектора света, падающего на анализатор, и плоскостью пропускания анализатора.
Угол поворота плоскости поляризации монохроматического света при прохождении через оптически активное вещество:		(в растворах),   где a - удельное вращение; - массовая концентрация оптически активного вещества в растворе.

Вопросы для самоконтроля по разделу «Оптика»

1. Что такое интерференция света? Сформулируйте необходимое условие интерференции двух произвольных электромагнитных волн.

2. Приведите принципиальную схему наблюдения интерференции при использовании точечного источника света. Как объяснить возможность наблюдения интерференции в неполяризованном свете?

3. Какие волны называются когерентными?

4. Какие методы получения когерентных лучей существуют в оптике?

5. Что такое временная когерентность, пространственная когерентность?

6. Чему равна разность фаз между двумя когерентными лучами, если разность хода между ними равная d.

7. Что такое оптическая длина пути?

8. Как связана интенсивность света с амплитудой плоской монохроматический волны?

9. Укажите лучи, которые интерферируют между собой в случае интерференции на плоскопараллельной пластинке и при образовании колец Ньютона.

10. Как возникают кольца Ньютона? Как можно в этом опыте измерить длину волны? Чем отличаются картины в отраженном и проходящем свете?

11. Дайте определение дифракции света.

12. Сформулируйте принцип Гюйгенса - Френеля.

13. Что собой представляют зоны Френеля? Какова их площадь и радиусы?

14. Нарисуйте опытную схему дифракции Фраунгофера и объясните назначение всех ее элементов.

15. Опишите дифракцию Фраунгофера на одной щели.

16. Что такое дифракционная решетка.

17. Опишите действия дифракционной решетки.

18. Какую максимальную длину волны можно наблюдать в спектре решетки с периодом d?

1. Чем отличается естественный свет от плоскополяризованного?
2. Какая плоскость называется плоскостью поляризации. Какие вы знаете способы получения поляризованного света.
3. Естественный свет падает на поверхность стекла под углом Брюстера. Чему равна степень поляризации отраженного луча?

Тестовые задания

1. Какое из приведенных выражений определяет максимум интенсивности при интерференции световых волн:

а) ; б) ; в) ;

г) .

2. На рисунке изображено преломление света на границе двух сред. Какая среда оптически более плотная?

а) первая; б) вторая; в) их оптические плотности одинаковы;

г) для решения задачи не хватает данных.

3. Относительный показатель преломления двух сред связан с предельным углом полного внутреннего отражения соотношением:

а) n ₁sin i = n ₂sin r;б) ; в) ; г) ; д) .

4.

На рисунке изображены законы…

5. Разность фаз d колебаний возбуждаемых в точке двумя монохроматическими волнами определяется по формуле:

а) ; б) ; в) .

6. При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную n ₂ < n ₁ (например, из стекла в воздух) можно наблюдать явление ……………………………… ……………………….., то есть ………………………………………………………………. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол α _пр, который называется …………………………………………………………………………

7. Луч света падает на поверхность воды под углом 40°. Под каким углом должен упасть луч света на поверхность стекла, чтобы угол преломления оказался таким же, как и в первом случае? Показатель преломления воды 1,33; стекла – 1,5.

а) 62°; б) 35°; в) 27°; г) 47°.

8. Как изменяется скорость распространения света при переходе из вакуума в прозрачную среду с абсолютным показателем преломления n = 2?

а) увеличится в два раза;

б)останется неизменной;

в) уменьшится в два раза;

г) изменение зависит от угла падения.

9. Какие закономерности из перечисленных ниже явлений свидетельствуют о волновой природе света?

1 радужные переливы в тонких пленках;

2 возникновение светлого пятна в центре тени;

3 освобождение электронов с поверхности металлов при освещении?

.

а) только 1; б) 1 и 2; в) 1,2,3; г) 2,3.

10. Установите соответствие между определением и его математическим выражением.

Определение Математическое выражение

а) оптическая разность хода 1)

б) разность фаз колебаний 2)

в) фаза колебания 3)

г) волновое число 4)

а)_; б)_; в)_; г)_.

11. В чем состоит сущность явления интерференции света?

а) сложении волн любой природы;

б) наложени двух или более световых волн с непрерывно меняющейся разностью фаз;

в) наложении когерентных волн, при котором происходит пространственное перераспределение энергии светового излучения;

г) разложении световых волн при прохождении через призму.

12. Амплитуда результирующего колебания при сложении двух монохроматических волн с циклической частотой w определяется по формуле:

а) ; б) ; в) .

13. Какие волны называются когерентными?

а) если они имеют одинаковую частоту и разность фаз, независящую от времени;

б) если они имеют одинаковую амплитуду;

в) если они имеют одинаковую частоту и разность фаз, равную нулю;

г) если они имеют одинаковую частоту и амплитуду.

14.Какие условия необходимы и достаточны для наблюдения минимума интерференции электромагнитных волн от двух источников?

а) источники волн когерентны, разность хода может быть любой;

б) источники волн когерентны, разность хода ;

в) разность хода , источники могут быть любые;

г ) источники волн когерентны, разность хода .

15.

Рисунок демонстрирует явление…

16. Произведение геометрической длины пути s световой волны в данной среде на показатель преломления этой среды n называется…

17. При расчете интерференционной картины от двух щелей положение максимумов определяется по формуле

а) ; б) .

18. Какие из перечисленных ниже явлений объясняются интерференцией света?

1 – радужная окраска тонких мыльных пленок;

2 – кольца Ньютона;

3 – появление светлого пятна в центре тени от малого непрозрачного диска;

4 – отклонение световых лучей в область геометрической тени?

а) только 1; б) 1 и 2; в) 1, 2, 3, 4; г) 3 и 4.

19. При расчете интерференционной картины от двух щелей положение минимумов определяется по формуле

а) ; б) .

20.

а)	б)
Какой из приведенных графиков описывает распределение интенсивности в интерференционной картине схемы опыта Юнга?

21. Какие из перечисленных ниже явлений объясняются дифракцией света?

1 – радужная окраска тонких мыльных пленок;

2 – кольца Ньютона;

3 – появление светлого пятна в центре тени от малого непрозрачного диска;

4 – отклонение световых лучей в область геометрической тени?

а) только 1; б) 1 и 2; в) 1, 2, 3, 4; г) 3 и 4.

22. Для полос равного наклона интерференционный минимум наблюдается при условии:

а) ;

б) .

23. Условия максимума при дифракции Фраунгофера на одной щели?

а) ; б)

24. Какое из приведенных выражений определяет положения максимумов интенсивности при дифракции рентгеновских лучей?

а) ; б) ; в)

г)

25. Вычислите радиусы первых двух зон Френеля для световой волны длиной l, если расстояние от источника до волновой поверхности равно 1м, расстояние от волновой поверхности до точки наблюдения равно 1м.

а) ; б) ; в) .

26. Какое из приведенных выражений является условием наблюдения главных максимумов в спектре дифракционной решетки?

а) ; б) ; в)

г)

27. Дифракционная решетка имеет ряд параллельных щелей шириной b каждая, щели разделены непрозрачными промежутками шириной a. Каким условием определяется угол φ к нормали, под которым наблюдается 1-й дифракционный максимум?

а) b sinφ = λ/2; б) a sinφ = λ/2; в) (a + b) sinφ = λ/2; г) (a + b) sinφ = λ.

28. Разность хода двух интерферирующих лучей равна . Чему равна разность фаз?

а) ; б) ; в) ; г) .

29. При переходе луча света из одной среды в другую угол падения равен 30⁰, а угол преломления 60⁰. Каков относительный показатель преломления второй среды относительно первой?

а) 0,5; б) ; в) ; г) 2.

30. Радиусы тёмных колец Ньютона в отражённом свете определяются формулой:

а) ; б) в) ; г) .

31. Для полос равного наклона интерференционный максимум наблюдается при условии:

а) ;

б) .

32. Два когерентных источника света с длиной волны 600 нм приходят в точку А экрана с разностью хода 0,9мкм. Что будет наблюдаться на экране в точке а?

а) максимум интенсивности света;

б) минимум интенсивности света;

в) определить невозможно.

33. Пучок белого света падает нормально на пластинку, толщина которой d= 1 мкм. Показатель преломления стекла n=1,5. Какая область видимого спектра будет усиливаться в отраженном пучке?

а); красная; б) желтая; в) зеленая; г) фиолетовая.

34. Как располагаются цвета в максимуме первого порядка при дифракции белого света?

35. В каком случае интенсивность световой волны больше:

а) открыта вся волновая поверхность; б) открыты две зоны Френеля; в) открыты три зоны Френеля; г) интенсивность световой волны не зависит от числа зон Френеля.

36. Условие максимумов интенсивности в интерференционной картине при отражении световой волны от плоскопараллельной пластинки толщины d имеет вид:

а) ; б) ;

в) ; в) .

37. Радиус m-ой зоны Френеля для сферической волны определяется выражением:

а); б) ; в) ; г) .

38. Амплитуда колебания световой волны, создаваемая в некоторой точке Р всей сферической волновой поверхностью, равна:

а) ; б) ; в) ; г) .

39. На пути точечного источника поставлен непрозрачный диск, который закрывает первую зону Френеля. Что будет наблюдаться на экране?

а) на экране будет наблюдаться дифракционная картина в виде чередования светлых и темных колец;

б) на экране будет наблюдаться дифракционная картина в виде чередования темных и светлых колец;

в) свет не отбрасывает тени - освещенность экрана всюду остаётся такой же, как и при отсутствии преграды.

40. Радиусы m-й зоны Френеля в случае плоской волны опреде­ляются выражением:

а) ; б) ; в) .

41. Плоская световая волна (с длиной волны ) падает нормально на узкую щель ширина b. График зависимости I=f()интенсивности света в дифракционной картинке, наблюдаемой на экране имеет вид;

42. Закону поставьте в соответствие математическое выражение.

Закон Математическое выражение

а)закон полного внутреннего отражения 1)

б) закон Брюстера 2)

в) закон Малюса 3)

г) формула Брэгта-Вульфа 4)

а)_; б)_; в)_; г)_.

43. Естественный свет падает на поверхность стекла под углом Брюстера. Чему равна степень поляризации отраженных лучей?

а) 0,5; б) 0,25; в) 0; г) 1.

44. Чему равен угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора, если интенсивность естественного света, прошедшего через поляризатор и анализатор уменьшается в два раза.

а) ; б) ; в) ; г) .

45. Степень поляризации P частично поляризованного света равна 0,5. Во сколько раз отличается максимальная интенсивность света, пропускаемого через анализатор, от минимальной.

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4.