- •Министерство образования и науки Российской федерации
- •Часть I. Механика
- •Тема 1. Кинематика поступательного и вращательного движения. Кинематика поступательного движения
- •Кинематика вращательного движения
- •Тема 2. Динамика поступательного движения. Законы Ньютона
- •Тема 3. Работа. Кинетическая, потенциальная и полная энергия
- •Тема 4. Момент инерции твердого тела. Теорема Штейнера
- •Тема 5. Кинетическая энергия и работа вращательного движения Уравнение динамики вращательного движения твердого тела
- •Тема 6. Момент импульса. Закон сохранения момента импульса
- •Тема 7. Механические колебания. Пружинный маятник
- •Тема 8. Гармонические колебания физического маятника
- •Тема 9. Механические волны
- •Тема 10. Механика жидкости. Уравнение Бернулли
- •Часть II. Молекулярная физика и термодинамика
- •Тема 1. Уравнение состояния идеального газа.
- •Тема 2. Термодинамические процессы. Изопроцессы.
- •Тема 3. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа.
- •Тема 4. Распределение молекул идеального газа по скоростям.
- •Тема 5. Барометрическая формула. Распределение Больцмана.
- •Тема 6. Явления переноса (диффузия, теплопроводность, вязкость).
- •Тема 7. Первое начало термодинамики. Внутренняя энергия. Работа. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам.
- •Тема 8. Теплоемкость газа при изопроцессах. Уравнение Майера.
- •Тема 9. Адиабатический процесс.
- •Тема 10. Обратимый и необратимый процессы. Круговой процесс. Тепловая машина и цикл Карно.
- •Часть III. Электричество и магнетизм
- •Тема 2. Работа сил электростатического поля. Потенциал
- •Циркуляцией вектора напряженности электростатического поляпо произвольному замкнутому контуру l называется интеграл
- •Связь между напряженностью и потенциалом электростатического поля
- •Тема 4. Действие магнитного поля на проводник с током (закон Ампера) и на движущийся заряд (сила Лоренца)
- •Тема. 5. Магнитный поток. Теорема Гаусса для магнитного поля
- •Теорема Гаусса для магнитного поля
- •Тема. 6. Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея
- •Тема 7. Циркуляция вектора магнитной индукции
- •Тема 8. Уравнения Максвелла для стационарных электрического и магнитного полей
- •I. ; II. ;
- •III. ; IV. .
- •Тема 8.Уравнения Максвелла для электромагнитного поля
- •I. ; II. ;
- •Тема 9. Электромагнитные колебания в колебательном контуре
- •Тема 10. Электромагнитные волны
- •Часть IV.Волновая и квантовая оптика
- •Тема 1. Волновая теория света. Интерференция света
- •Условия интерференционного максимума и минимума
- •Тема 2. Дифракция света. Дифракция Френеля
- •Тема 3. Дифракция Фраунгофера
- •Тема 4. Дифракция рентгеновских лучей на кристаллах
- •Глава 5. Дисперсия и поляризация света
- •Тема 6. Корпускулярная оптика
- •Тема7. Тепловое излучение
- •Тема 8. Квантовая физика атома. Постулаты Бора
- •По теории Бора полная энергия электрона на n-ой орбите атома водорода:
Тема 3. Дифракция Фраунгофера
Фраунгофер рассмотрел дифракцию плоских световых волн, или дифракцию в параллельных лучах, которую можно наблюдать в том случае, если источник света и точка наблюдения бесконечно удалены от препятствия, вызвавшего дифракцию. Чтобы этот тип дифракции осуществить, достаточно точечный источник света поместить в фокусе собирающей линзы, а дифракционную картину исследовать в фокальной плоскости второй собирающей линзы, установленной за препятствием. Если плоская монохроматическая световая волна падает нормально плоскости узкойщели ширинойа(рис. 5), то оптическая разность ходаDмежду крайними лучамиМС иND,идущими от щели в произвольном направленииj (j – угол дифракции):.
Разобьем открытую часть волновой поверхности в плоскости щели MNна зоны Френеля. Ширина каждой зоны выбирается так, чтобы разность хода от краев этих зон была равнаl/2, т. е. всего на ширине щели уместитсяD:l/2 зон. Так как свет на щель падает нормально, то плоскость щели совпадает с волновым фронтом.
Рис. 5 Следовательно, все точки волнового фронта
в плоскости щели будут колебаться в одинаковой фазе.
Так как число зон Френеля, укладывающихся на ширине щели, зависит от угла j , а от числа зон Френеля, в свою очередь, зависит результат наложения всех вторичных волн, то из приведенного построения (рис. 5) следуют условия наблюдениядифракционного максимума и дифракционного минимума.
Рис. 4
Если число зон Френеля, укладывающихся на щели, нечетное, то в точке Внаблюдается дифракционный максимум,соответствующий действию одной нескомпенсированной зоны Френеля.
Этому условию соответствует соотношение:
(= 1, 2, 3, …) .
Если же число зон Френеля, укладывающихся на щели, четное, то в точке Внаблюдается дифракционный минимум(при интерференции света от каждой пары соседних зон Френеля амплитуда результирующих колебаний равна нулю, так как колебания от каждой пары соседних зон взаимно гасят друг друга). Этому условию соответствует соотношение:
(= 1, 2, 3, …) .
Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке.
Одномерная дифракционная решетка– это система параллельных щелей равной ширины, лежащих в одной плоскости и разделенных равными по ширине непрозрачными промежутками.
Дифракционная картина на решетке определяется, как результат взаимной интерференции волн, идущих от всех щелей. Если ширина каждой щели равна а,а ширина непрозрачных участков между щелямиb,то величинаd=a+bназываетсяпостоянной (периодом) дифракционной решетки. Пусть плоская монохроматическая волна падает нормально к плоскости решетки (рис. 6). Так как щели находятся друг от друга на одинаковых расстояниях, то разности хода лучейD, идущих от двух соседних щелей, будут для данного направленияj(j – угол дифракции) одинаковы в пределах всей дифракционной решетки:
Рис. 6
.
Кроме минимумов интенсивности, наблюдаемых от одной (каждой) щели (главные минимумы) и определяемых условием, рассмотренным выше:
Рис. 8
(= 1, 2, 3, …),
для дифракции на решетке, вследствие взаимной интерференции световых лучей, посылаемых двумя щелями, возникнут в некоторых направлениях дополнительные минимумы. Эти дополнительные минимумы будут наблюдаться в тех направлениях, которым соответствует разность хода лучей, исходящих, например, от крайних точекМиСсоседних щелей, равнаяl/2, 3l/2, ..., что является условием наблюдения дополнительных минимумов:
(= 0, 1, 2, …) .
С другой стороны, действие одной щели будет усиливать действие другой, если
(= 0, 1, 2, …),
что является условием наблюдения главных максимумов, которое носит название формулы дифракционной решетки.