Физика. Оптика

Москва 2022

М ИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ БАЗОВОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Кафедра физики

И.Ф. Уварова

ФИЗИКА.  
ОПТИКА

Учебное пособие для практических занятий

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 4756

УДК 53 
 
У18

Р е ц е н з е н т 
д-р техн. наук, проф. И.В. Ушаков

Уварова, Ирина Федоровна.
У18  
Физика. Оптика : учеб. пособие для практических занятий / И.Ф. Уварова. – Москва : Издательский Дом НИТУ 
«МИСиС», 2022. – 56 с.
ISBN 978-5-907560-21-5

Учебное пособие содержит теоретический материал по основным 
темам дисциплины «Физика. Оптика» для самостоятельной подготовки студентов к выполнению домашних заданий и практическим 
занятиям. Имеются методические указания к решению задач, приведены примеры решения типичных задач. В приложении содержатся некоторые справочные данные.
Предназначено для студентов-бакалавров ИТКН, обучающихся 
по направлениям подготовки 01.03.04, 09.03.01, 09.03.02, 09.03.03.

УДК 53

 Уварова И.Ф., 2022
ISBN 978-5-907560-21-5
 НИТУ «МИСиС», 2022

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ........................................................................ 4
Методические указания к выполнению заданий .................. 5
1 Элементы геометрической оптики .................................. 8
1.1 Теория .................................................................. 8
1.2 Пример решения и оформления задачи ................... 10
1.3 Домашние задания ............................................... 12
2 Интерференция и дифракция света .............................. 16
2.1 Теория ................................................................ 16
2.2 Пример решения и оформления задачи ................... 25
2.3 Домашние задания ............................................... 27
3 Поляризация света ..................................................... 32
3.1 Теория ................................................................ 32
3.2 Пример решения и оформления задачи ................... 36
3.3 Домашние задания ............................................... 39
4 Квантово-оптические явления ..................................... 42
4.1 Теория ................................................................ 42
4.2 Пример решения и оформления задачи ................... 45
4.3 Домашние задания ............................................... 46
Заключение ................................................................. 49
Список рекомендуемой литературы ................................. 50
Приложение ................................................................. 51

ВВЕДЕНИЕ

Физика является одной из тех наук, знание которых необходимо для успешного изучения общенаучных и специальных дисциплин. При изучении физики большое значение имеет 
практическое применение теоретических знаний для решения 
задач. Рабочей программой дисциплины «Физика» предусмотрено освоение такой общепрофессиональной компетенции, как 
способность применять естественнонаучные и общеинженерные знания, методы математического анализа и моделирования 
в профессиональной деятельности. Освоение данной компетенции является одной из целей данного пособия, поскольку решение физической задачи предполагает создание модели физического процесса, которая учитывает лишь существенные стороны 
явления, содержит неизбежные приближения и допущения.
Настоящий сборник содержит теоретический материал по 
геометрической и волновой оптике, по отдельным темам квантовой оптики, примеры решения типовых задач и задачи для 
самостоятельного выполнения домашних заданий. Весь материал сгруппирован в четыре раздела в соответствии с Рабочей 
программой дисциплины «Физика» для студентов-бакалавров 
ИТКН.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 
К ВЫПОЛНЕНИЮ ЗАДАНИЙ

Решение практически любой задачи допускает применение различных методов, основанных на одних и тех же физических законах. Результатом решения должно стать выражение 
требуемых физических величин через величины, известные из 
условия задачи.
Каждая задача сформулирована в общем виде и дополнена 
таблицей числовых данных, размещенных в отдельных строках, 
которые обозначены соответственными номерами (шифрами). 
Физическая величина, числовое значение которой необходимо 
определить в данном шифре, обозначена знаком «?». Величины, 
обозначенные прочерком «–», для решения данного шифра не 
требуются, т.е. определять их не нужно.
Единицы измерения, в которых необходимо выразить 
определяемую величину, указаны в заголовке соответствующей 
графы таблицы числовых данных (столбца). Во многих случаях 
используются дольные или кратные от единиц СИ, а также другие единицы, применяемые в науке и технике. Таблицы единиц 
измерения физических величин, соотношения между различными единицами, приставки для образования кратных и дольных единиц, а также значения основных физических постоянных содержатся в приложении.
Номер задачи и номер шифра (строка числовых данных) 
студент выбирает в соответствии с маршрутом выполнения домашних заданий по своему номеру в журнале группы. Сроки 
и порядок сдачи (защиты) домашних заданий определяется графиком учебных занятий.
Задание должно быть оформлено в отдельной тонкой 
школьной тетради, на обложке которой указываются фамилия и 
имя студента, номер группы, номер студента по журналу группы, номер домашнего задания, номера вошедших в него задач, 
шифр к задаче.
При решении каждой задачи необходимо полностью переписать условие, записать его в кратком виде, при необходимости сделать поясняющий рисунок или схему. Образцы решения и оформления задач приведены в данном пособии.

Приступая к решению задачи, внимательно ознакомьтесь с условием, вникните в постановку вопроса. Определите основные физические законы, которые можно использовать при 
решении задачи. В ходе решения необходимо пояснить и обосновать использование тех или иных законов, соотношений, 
формул. Ознакомьтесь с таблицами физических констант, которые даны в приложении, используя их при решении, не вводите иных обозначений и числовых значений для этих констант.
Для решения большинства задач требуется выполнить 
подробный и аккуратный чертеж, рисунок или схему (см. примеры решения). На чертеже следует указать все рассматриваемые объекты, обозначения, векторы, систему координат. В ряде 
случаев это облегчает решение задачи, позволяет представить 
физический процесс наглядно, а в задачах по геометрической 
и волновой оптике решение без чертежа или рисунка, как правило, невозможно. В комментариях к рисунку нужно разъяснить роль допущений, сделанных в задаче.
За редким исключением каждая задача должна быть 
решена в общем виде – так, чтобы искомая величина была выражена через заданные в условии величины. Решение в общем 
виде позволяет проанализировать результат, получить определенную закономерность, понять, как зависит искомая величина от заданных в условии параметров. Полученное в общем 
виде решение необходимо проверить с точки зрения размерности в обобщенном (буквенном) виде. Если размерность не соответствует искомой физической величине, нужно искать ошибки в решении. В отдельных случаях возможна подстановка 
числовых данных в промежуточные выражения, если это существенно облегчает решение, а выражение для искомой величины слишком громоздкое.
Приступая к вычислениям, выразите все числовые данные 
в одной системе единиц, желательно в СИ. Округлите полученный результат, сохранив в нем столько значащих цифр, сколько 
содержится в других значениях для этой физической величины 
в таблице. Обычно достаточно двух или трех значащих цифр.
Обобщая вышесказанное, сформулируем перечень основных методических рекомендаций по выполнению индивидуального домашнего задания.