Оглавление

Предисловие

Введение
     
Глава 1.
Элементы техники сверхвысоких частот

1.1. Распространение электромагнитных волн в волноводах
1.2. Объемные резонаторы
1.3. Генерация СВЧ – колебаний
1.4. Искусственные среды для радиоволн
1.5. Демонстрационный осциллограф и индикатор круговой развертки

Глава 2.
Образование, распространение и основные свойства электромагнитных волн

2.1. Опыты Г. Герца
2.2. Исследование свойств поля электрического диполя
2.3. Распространение электромагнитных волн в двухпроводной линии
2.4. Исследование распространения волн в прямоугольном волноводе
2.5. Поляризация радиоволн. Закон Малюса

Глава 3.
Исследование основных явлений геометрической и градиентной оптики в диапазоне СВЧ

3.1. Преломление электромагнитных волн
3.2. Прохождение электромагнитных волн через плоскопараллельную пластинку
3.3. Преломление электромагнитных волн на призмах
3.4. Призма полного внутреннего отражения и исследование оптического аналога туннельного эффекта
3.5. Линзы для электромагнитных волн
3.6. Градиентная оптика
3.7. Фокусирующие и рассеивающие системы с переменным показателем преломления

Глава 4.
Исследование основных явлений интерференций волн

4.1. Исследование стоячих электромагнитных волн и определение показателя преломления диэлектриков
4.2. Интерференция электромагнитных волн в тонких пленках
4.3. Наблюдение интерференции на бипризме Френеля и в опыте Юнга
4.4. Интерферометр Майкельсона
4.5. Интерферометр Фабри – Перо
4.6. Наблюдение эффекта Доплера и явление интерференции
4.7. Обобщенный эффект Доплера – Михельсона

Глава 5.
Исследование основных явлений дифракции волн

5.1. Границы применимости законов геометрической оптики
5.2. Дифракция Френеля на круглом отверстии  переменного диаметра
5.3. Зонные пластинки, работающие на отражение, и фокусировка волн
5.4.  Зонные пластинки, работающие на прохождение, и фокусировка волн
5.5. Свойства центральной зоны Френеля
5.6. Строгий подход к фокусировке волн
5.7. Дифракция Фраунгофера на щели и управление дифракционной картинкой
5.8. Исследование дифракции на фазовой дифракционной решетке

Глава 6.
Иллюстрация основных методов и принципов рентгеноструктурного  анализа

6.1. Установка для иллюстрации закона Вульфа-Брэггов
6.2. Иллюстрация рентгеновской съемки вращающегося кристалла
6.3. Модель рентгеновского дифрактометра
6.4. Иллюстрация закона погасания для рентгеновских лучей
6.5. Влияние дислокаций на полуширину линий рентгенограмм
6.6. Моделирование опытов Девиссона и Джермера по дифракции электронов

Глава 7.
Иллюстрация кристаллооптических явлений в диапазоне СВЧ

7.1. Исследование линейного дихроизма в диапазоне СВЧ
7.2. Исследование и моделирование явления Брюстера
7.3. Изменение поляризации волны при отражении
7.4. Двоякопреломляющие призмы для радиоволн
7.5. Демонстрация различных случаев двойного лучепреломления и построения Гюйгенса
7.6. Поляризационные двоякопреломляющие призмы для электромагнитных волн
7.7. Моделирование опытов Гюйгенса с двумя двоякопреломляющими кристаллами
7.8.  Сложение двух когерентных волн с взаимно перпендикулярными линиями поляризации. Анализ поляризованного излучения и исследование интерференции поляризованных волн в кристаллах
7.9.  Свойства комбинации фазовых двоякопреломляющих пластинок и понятие о компенсаторах
7.10. Структура волн с круговой поляризацией и исследование их отражения от зеркала 
7.11. Иллюстрация  образования  интерференционных коноскопических фигур
7.12. Исследование взаимодействия  двух когерентных волн с произвольной ориентацией их линий поляризации. Опыт Френеля и Араго
7.13. Исследование взаимодействия двух когерентных волн с эллиптическими, круговыми или линейными поляризациями
7.14. Экспериментальное исследование анизотропных свойств модели одноосного кристалла
7.15. Исследование анизотропии отражения электромагнитных волн от модели одноосного кристалла
7.16. Моделирование  искусственной оптической анизотропии
7.17. Оптически активные вещества и магнитооптический эффект Фарадея
7.18. Опыт Фабри и Саньяка

Глава 8.
Дисперсия, поглощение и рассеяние волн

8.1. Исследование дисперсии в диапазоне СВЧ
8.2. Поглощение электромагнитных волн
8.3. Рассеяние волн

Список литературы

Предисловие

   В период модернизации системы образования повышаются требования к качеству преподавания физики, как в средней, так и в высшей школах. Нет сомнения в том, что физика, как фундамент современного естествознания, обеспечивает прогресс в создании инновационных технологий. Но все достижения физики, так или иначе, начинаются со школьного и вузовского образования, где формируются не только знания, умения, навыки, но и научное мировоззрение и физическое мышление будущих специалистов. Современная физика одновременно является теоретической и экспериментальной наукой. Поэтому учебный физический эксперимент, включающий в себя лабораторный практикум и лекционные демонстрации в системе непрерывного образования является неотъемлемой частью целостного процесса обучения физике. Говоря о роли учебных экспериментальных исследованиях физических явлений профессор МГУ А.Б. Млодзеевский писал: «Невозможно изучить ботанику, не видя растений, или минералогию, не видя минералов; невозможно изучить и физику, не видя физических явлений, демонстрируемых на опыте» . Следует помнить, что в основе учебной физики лежит эксперимент, а любая теория проверяется опытом. «Меловая» физика в школе, обилие абстрактных математических подходов к изложению общей физики на первых курсах университетов часто приводит к формализму знаний обучаемых, разрыву теории и практики, неумению применять знания к решению практических задач: теория выстраивается одним путем, эксперимент – другим, а жизнь идет своим. В период модернизации системы образования никто не отрицает важности и значения учебного эксперимента в процессе обучения физике. Академик П.Л. Капица писал: «Школьник понимает физический опыт только тогда хорошо, когда он его делает сам. Но еще лучше он понимает его, если сам делает прибор для эксперимента» . Часто эксперимент повышает интерес школьников и студентов к физике и учебным исследованиям, работе с приборами и оборудованием.

   В этой книге излагается определенная система лекционного и лабораторного эксперимента по применению СВЧ техники, т.е. радиоволн сантиметрового диапазона ( l=3,2см) в учебном процессе при изучении волновой оптики. Пионерами введения элементов радиофизики, как экспериментальной базы, в процессе обучения волновой оптики, являются профессора Н.Н. Малов, Н.И. Калитеевский, Б.Ш. Перкальскис, Н.М. Шахмаев и многие другие. Введение элементов радиофизики в курс оптики, с одной стороны, позволяет привести учебный физический эксперимент в соответствие с современным техническим уровнем, а с другой стороны осуществить единый подход к изложению оптических и электромагнитных явлений, что содействует повышению научного уровня преподавания физики, обеспечивая большую прочность усвоения учебного материала. Применение учебного физического эксперимента в диапазоне СВЧ позволяет при изучении оптических явлений увеличить длину волны примерно в  10⁵  раз и сделать явления более обозримыми; исследовать эти явления разносторонне и при различных условиях эксперимента.

   Помимо описания самих лекционных опытов автор стремился дать их теоретическое обоснование, особенно это касается сложных вопросов волновой оптики. С одной стороны, это позволяет показать неразрывную связь теории и эксперимента, а с другой – помочь лекторам внедрить современный физический эксперимент в теоретические курсы оптики вузов.

   Постановка большинства демонстрационных и лабораторных опытов осуществлялась весьма скромными средствами, так что их можно успешно воспроизвести в любом физическом кабинете высшего учебного заведения, техникума и средней школы. В качестве источника и приемника радиоволн в учебном эксперименте по волновой оптике может быть использована стандартная аппаратура, выпускаемая промышленностью. Приборы и оборудование, применяемые для учебного исследования оптических явлений в диапазоне СВЧ, удовлетворяет основному дидактическому требованию, предъявляемому к  учебному физическому эксперименту, - наглядности, что обусловлено обозримыми по аудиторным масштабам размерами установок.

   Цель настоящей книги – помочь преподавателям вузов, учителям, работникам физических кабинетов в постановке современного учебного физического эксперимента по волновой оптике.