- •Волновая и квантовая оптика. Атомная и ядерная физика.
- •Воронеж
- •Оглавление
- •Предисловие
- •Введение
- •I. Геометрическая оптика
- •II. Волновая оптика Когерентность и монохроматичность световых волн
- •Интерференция света
- •Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников
- •Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля
- •Метод зон Френеля
- •Дифракция в параллельных лучах на одной щели
- •Дифракция на дифракционной решетке
- •Дифракция рентгеновских волн на пространственной кристаллической решетке. Формула Вульфа-Брэгга
- •Дисперсия света
- •Электронная теория дисперсии света
- •Поляризация света. Естественный и поляризованный свет
- •Закон Малюса
- •Поляризация при отражении и преломлении. Закон Брюстера
- •Двойное лучепреломление
- •III. Квантовая оптика Тепловое излучение и его характеристики
- •Закон Кирхгофа
- •Закон Стефана-Больцмана
- •Распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела . Закон смещения Вина
- •Формула Рэлея-Джинса
- •Формула Планка
- •Внешний фотоэффект и его законы
- •Уравнение Эйнштейна
- •Давление света
- •IV. Элементы квантовой механики Гипотеза де Бройля
- •Соотношение неопределенностей
- •Волновое уравнение Шредингера
- •Волновая функция (X, y, z, t)
- •Уравнение Шредингера для стационарных состояний
- •Уравнение Шредингера для микрочастицы в одномерной прямоугольной потенциальной яме
- •V. Атомная физика Теория атома Бора. Постулаты Бора
- •Квантовые числа
- •Спин электрона
- •Принцип Паули
- •VI. Физика твердого тела Классическая и квантовая статистики
- •Статистика Бозе - Эйнштейна
- •Статистика Ферми - Дирака
- •Энергетические зоны в кристаллах. Классификация твердых тел по зонной теории
- •Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников
- •Контакт электронного и дырочного полупроводников
- •Полупроводниковый диод и его вольт - амперная характеристика (вах)
- •VII. Элементы физики атомного ядра и элементарных частиц Состав и характеристики атомного ядра
- •Спин ядра
- •Ядерные силы
- •Энергия связи ядра. Дефект массы
- •Радиоактивность
- •Ядерные реакции
- •Реакция деления ядер. Цепная реакция
- •Реакция синтеза атомных ядер
- •Классификация элементарных частиц по типу взаимодействия между ними
- •Вопросы для самоподготовки
- •Библиографический список
Введение
Физика есть наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы ее движения. В настоящее время известны два вида неживой материи: вещество и поле. К первому виду материи – веществу - относятся атомы, молекулы и все состоящие из них тела. Второй вид материи образует электромагнитные, гравитационные и другие поля. Различные виды материи могут превращаться друг в друга. Материя находится в непрерывном движении, которое представляет собой неотъемлемое свойство материи. Физические законы устанавливаются на основе обобщения опытных факторов и выражают объективные закономерности, существующие в природе. Эти законы формулируют в виде количественных соотношений между физическими величинами.
Основным методом исследования в физике является эксперимент. Для объяснения экспериментальных данных привлекаются гипотезы, которые, в случае успешной проверки, превращаются в научные теории и законы. Физическая теория представляет собой систему основных идей, обобщающих опытные данные и отражающих объективные закономерности природы. Физическая теория дает объяснение целой области явлений природы с единой точки зрения. Поэтому физика как наука оказывает огромное воздействие на развитие техники и общественной жизни.
Роль курса физики в вузе заключается в формировании у бакалавров основ научного мировоззрения и получении базовых знаний для изучения большинства общеинженерных и специальных дисциплин в дальнейшей практической деятельности.
I. Геометрическая оптика
В геометрической оптике рассматриваются законы распространения световых лучей, т.е. линий, вдоль которых распространяется световая энергия.
Экспериментально установлены четыре основных закона геометрической оптики.
1. Закон прямолинейного распространения света. Это закон вытекает непосредственно из принципа Ферма: луч света всегда распространяется в однородном пространстве между двумя точками по тому пути, вдоль которого время его распространения наименьшее.
2. Закон независимости световых лучей: лучи при пересечении не возмущают друг друга и распространяются независимо друг от друга.
3. Закон отражения света: падающий луч, нормаль к границе раздела, и отраженный луч лежат в одной плоскости; угол падения равен углу отражения (i1 = i2).
4. Закон преломления света: падающий луч, нормаль к границе раздела, и преломленный луч лежат в одной плоскости;
– относительный показатель преломления второй среды относительно первой.
n12 = const–для двух данных сред, n1 и n2 – абсолютные показатели преломления I и II среды соответственно.
; ,
где с – скорость света в вакууме; и – скорости света в данных средах.
То есть .
Из закона преломления следует: , т.е. обратимость световых лучей.
II. Волновая оптика Когерентность и монохроматичность световых волн
Необходимым условием интерференции волн является их когерентность - согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов. Этому условию удовлетворяют монохроматические волны, т.е. волны одинаковой частоты или длины волны. В природе ни один реальный источник не дает строгого монохроматического света, то волны, излучаемые независимым источником света, всегда некогерентны. Различают временную и пространственную когерентность. Временная когерентность – это согласованность процессов, заключающаяся в том, что разность фаз двух колебаний остается неизменной с течением времени в данной точке пространства. Пространственная когерентность – это согласованность процессов, которая заключается в том, что разность фаз остается постоянной в разных точках волновой поверхности.