Võnkumised ja lained. Geomeetriline- ja laineoptika

Kursuse kood	F8
Valdkond	loodusained
Kursuse nimetus	Võnkumised ja lained. Geomeetriline- ja laineoptika
Eelduskursused	F1, F2, F3, F7
Lõimumine	matemaatika: tuletis, siinus ja koosinusfunktsioon; bioloogia: fotosüntees, valguskvant, UV-kiirguse toime; Maa pinnani jõudva päikesevalguse spekter ja taimede roheline värvus.
Õppetöö korraldus (eeldus 35 tundi)	kontakttunnid, praktilised tööd, iseseisvad tööd
Õpetamise aeg	11. klass
Kursuse eesmärgid	Õpitakse matemaatiliselt kirjeldama mehaanilisi võnkumisi ja laineid. Kursuses õpitakse lahendama nii mehaaniliste kui ka elektromagnetlainete levimisega seotud ülesandeid ja probleeme, tutvutakse raadioside põhialustega. Süvendatakse ja korratakse 8. klassi optikas õpitud teadmisi ja oskusi. Tutvutakse laineoptika nähtustega ja õpitakse lahendama laineoptika ülesandeid.
Kursuse lühikirjeldus	Mehaaniline võnkumine Võnkliikumine. Võnkumiste liigid. Vaba- ja sundvõnkumised. Võnkumiste liitumine, tuiklemine ja resonants. Sumbuvad võnkumised. Harmooniline võnkumine. Võnkumiste periood, sagedus, võnkeamplituud, võnkumiste faas. Harmoonilise võnkumise võrrand. Vedrupendel. Matemaaline pendel. Energia muundumine mehaanilisel võnkumisel. Mehaanilised lained Lained. Võnkumiste levimine elastses keskkonnas. Lainete liigid. Lainepikkus. Seos kiiruse, lainepikkuse ja sageduse vahel. Lainepind, lainekiir. Seisulaine. Heli. Doppleri efekt. Elektromagnetlained Elektromagnetvõnkumised. Võnkering. Elektromagnetväli. Elektromagnetlaine. Elektromagnetlainete skaala. Raadiolained, nende omadused ja levimine. Raadioside põhialused. Modulatsioon ja detekteerimine. Raadiolokatsioon. Valguse dualism. Valguse laine ja korpuskulteooriate ajalooline areng. Valguslainet iseloomustavad suurused. Valgus kui elektromagnetlaine. Kiiruse ja võnkesageduse vaheline seos. Valguse kiirus ja selle määramine. Inimese silma valgustundlikkus. Geomeetriline optika Valguskiir. Valguse sirgjooneline levimine. Valguse levimise sõltumatuse printsiip. Valguse peegeldumine. Tasapeegel, kujutise konstrueerimine tasapeeglis. Sfääriline peegel. Nõguspeegel ja kumerpeegel. Kujutise konstrueerimine sfäärilises peeglis. Suurendus. Lääts. Õhukese läätse valem. Kujutise konstrueerimine läätses. Optilised süsteemid. Geomeetrilise optika kehtivuspiirid. Läätsede vead. Laineoptika Koherentne valgus. Valguse interferents. Interferentsinähtuse seletamine Huygensi-Fresneli printsiibi põhjal. Interferentsiga seotud nähtused ja nende kasutamine. Valguse difraktsioon. Difraktsiooninähtuse seletamine lähtudes Huygensi-Fresneli printsiibist. Difraktsioonvõre. Difraktsiooniga seotud nähtused ja nende kasutamine. Interferentsi ja difraktsiooni jälgimise tingimused. Valguse murdumine. Valguse murdumisseadus. Absoluutne ja suhteline murdumisnäitaja. Valguse täielik peegeldumine. Valguse murdumine sfäärilistel pindadel. Polariseeritud valgus ja selle saamine. Polaroidprillid ja LCD ekraan. Valguse dispersioon. Spektroskoop. Vikerkaar. Kiirgusspekter. Neeldumisspekter. Pidevspekter, joonspekter. Spektraalanalüüs ja selle kasutamine. Infravalgus. Ultravalgus. Soovituslike ja kohustuslike praktiliste tööde loetelu: raskuskiirenduse määramine matemaatilise pendli abil; vedrupendli liikumise ja energia uurimine; vedru jäikuse arvutamine vedrupendli korral; tutvumine võnkeringide talitluse ning rakendustega demokatse või arvutimudeli abil; tasapeegli ja kujutiste uurimine; läätse optilise tugevuse määramine; läätse valemi kontrollimine; klaasi murdumisnäitaja määramine tasaparalleelse klaasplaadi abil; valguse lainepikkuse määramine difraktsioonivõre abil; ristdifraktsioonivõre konstandi määramine; ühelt pilult, kaksikpilult ja juuksekarvalt saadava difraktsioonipildi uurimine laseri abil; pilu laiuse ja difraktsioonipildi laiuse pöördvõrdelisuse kindlakstegemine kas praktilise töö käigus või arvutimudeli abil; tutvumine eritüübiliste valgusallikatega; polariseeritud valguse uurimine; spektrite uurimine.
Kursuse õpitulemused	Kursuse lõpetaja: teab põhimõisteid: võnkumine, vaba- ja sundvõnkumised, resonants, sumbuvad võnkumised, harmooniline võnkumine, võnkeperiood, sagedus, võnkeamplituud, võnkumiste faas, harmoonilise võnkumise võrrand, vedrupendel, matemaatiline pendel, laine, lainepikkus, laine levimiskiirus, elektromagnetlaine, elektromagnetlainete skaala, valguskiir, valguse sirgjoonelise levimise seadus, peegeldumine, langemisnurk, peegeldumisnurk, peegeldumisseadus, tasapeegel, sfääriline pendel, valguse murdumine, murdumisnurk, murdumisseadus, suhteline murdumisnäitaja, absoluutne murdumisnäitaja, täielik sisepeegeldus, optiline kaabel, lääts, näiv kujutis, tõeline kujutis, läätse valem, lainefront, lainepikkus, sagedus, periood, faas, dispersioon, spekter, valguse interferents valguse difraktsioon, koherentsus, käiguvahe, polarisatsioon, polariseeritud valgus, valguse dispersioon, spekter, pidevspekter, joonspekter, kiirgusspekter, neeldumisspekter, spektraalanalüüs. oskab kasutada seoseid: teab mudeleid: harmooniline võnkumine, matemaatiline pendel, valguskiir, laine levimine, elektromagnetväli, kujutis, kujutiste konstrueerimine läätses, Huygensi-Fresneli printsiip. mõõteriistu: spektromeeter; oskab kirjeldada nähtusi ja rakendusi: võnkumine, resonants, resonantsi toime, elektromagnetvõnkumine, läätse kasutamine optikaseadmetes, difraktsioonvõre, selgendavad katted, holograafia, valguse murdumine, täielik sisepeegeldus, optiline kaabel, vikerkaar, spektraalaparaat, spektraalanalüüs, polaroidprillid; nimetab vabavõnkumise ja sundvõnkumise olulisi tunnuseid ning toob näiteid nende esinemise kohta looduses ja tehnikas; tunneb füüsikaliste suuruste (hälve, amplituud, periood, sagedus ja faas) tähendust, mõõtühikuid ning mõõtmisviisi; kasutab probleeme lahendades seoseid: võnkumiste kontekstis; seletab energia muundumisi pendli võnkumisel; teab, et võnkumiste korral sõltub hälve ajast ning et seda sõltuvust kirjeldab siinus- või koosinus funktsioon; teab, et hetkkiirus on koordinaadi tuletis ja hetkkiirendus hetkkiiruse tuletis aja järgi; nimetab resonantsi olulisi tunnuseid ning toob näiteid selle esinemise kohta looduses; oskab lahendada probleeme, kasutades seoseid ; nimetab pikilaine ja ristlaine olulisi tunnuseid; tunneb füüsikaliste suuruste (lainepikkus, laine levimiskiirus, periood ja sagedus) tähendust, mõõtühikuid ning mõõtmisviisi; kasutab probleeme lahendades seoseid ; kirjeldab võnkeringi kui raadiolainete kiirgamise ja vastuvõtu baasseadet; kirjeldab elektromagnetismi olulisemaid rakendusi, näiteks raadioside, televisioon, radarid, globaalne punktiseire (GPS); nimetab lainenähtuste peegeldumine ja murdumine olulisi tunnuseid; toob näiteid lainenähtuste kohta looduses ja tehnikas; tunneb valguse murdumisseadust ja oskab probleemide lahendamisel kasutada seost ; konstrueerib kiirte käiku kumer- ja nõgusläätse korral; kasutab läätse valemit kumer- ja nõgusläätse korral korral ning oskab arvutada joonsuurendust ; teab nähtava valguse lainepikkuste piire ja põhivärvuste lainepikkuste järjestust; teab, et valguse laineomadused ilmnevad valguse levimisel, osakese-omadused aga valguse tekkimisel (kiirgumisel) ning kadumisel (neeldumisel); kirjeldab elektromagnetlainete skaalat, määratleb etteantud spektraalparameetriga elektromagnetkiirguse kuuluvana selle skaala mingisse kindlasse piirkonda; leiab ühe etteantud spektraalparameetri (lainepikkus vaakumis, sagedus, kvandi energia) põhjal teisi; teab lainete amplituudi ja intensiivsuse mõisteid ning oskab probleemide lahendamisel neid kasutada; seletab valguse koherentsuse tingimusi ja nende täidetuse vajalikkust vaadeldava interferentsipildi saamisel; seletab joonise järgi interferentsi- ja difraktsiooninähtusi optikas; oskab probleemide lahendamisel kasutada seoseid ; seletab polariseeritud valguse olemust; kirjeldab valge valguse lahutumist spektriks prisma ja difraktsioonvõre näitel; tunneb spektrite põhiliike ja teab, mis tingimustel nad esinevad; eristab soojuskiirgust ja luminestsentsi, toob näiteid vastavatest valgusallikatest.
Hindamisviis	Kursuse hinne moodustub kontrolltööde ja praktiliste tööde, tunnikontrollide ning iseseisvate tööde koondhinde alusel.
Õppematerjalid Kirjandus (soovituslik kirjandus)	K. Tarkpea “Füüsika 11. klassile 1. ja 2. osa” H. Voolaid “Füüsika 11. klassile. Optika” Ü. Ugaste, J. Saukas “Füüsika gümnaasiumile. Küsimusi ja ülesandeid I” V. Väinaste “Valikvastustega füüsikaülesanded” T. Ainsaar ja M. Reemann “Füüsika seeriaülesanded 2. osa” A. Rõmkevitš ja I. Rõmkevitš “Füüsika ülesannete kogu keskkoolile” G. Karu “Füüsika redeltestid” e-õpik: http://opik.fyysika.ee/index.php/book/view/15 E. Paju, V. Paju “Füüsika ülesannete kogu gümnaasiumile”
Vastutav õppetool	reaalainete õppetool
Kursuse väljund	füüsika koolieksam

Viimati uuendatud: 26.02.2018