- •В.Н. Красноухова
- •Раздел I. Механика 7
- •Раздел I. Механика Кинематика материальной точки. Основные понятия и уравнения кинематики
- •Динамика. Основные законы и уравнения динамики
- •Законы сохранения
- •Механические колебания и волны
- •Примеры решения задач по механике
- •Задачи для самостоятельного решения по механике
- •Раздел II. Молекулярная физика Основные понятия и уравнения молекулярной физики
- •Изопроцессы идеального газа
- •Явления переноса
- •Примеры решения задач по молекулярной физике
- •Задачи для самостоятельного решения по молекулярной физике
- •Раздел III. Электричество и магнетизм Основные понятия и уравнения электродинамики
- •Электрический заряд. Электростатическое поле
- •Электроемкость конденсатора
- •Постоянный электрический ток
- •Электрический ток в растворах электролитов
- •Магнитное поле тока
- •Явление электромагнитной индукции. Самоиндукция
- •Электромагнитные колебания
- •Примеры решения задач по электродинамике
- •Задачи для самостоятельного решения по электродинамике
- •Раздел IV. Оптика Основные понятия и уравнения оптики
- •Основные световые характеристики. Фотометрия
- •Законы геометрической оптики
- •Основные точки и плоскости оптической системы
- •Построение оптических изображений
- •Волновая оптика. Интерференция света
- •Интерференция в тонких пленках
- •Дифракция света. Дифракция Френеля
- •Поляризация света
- •Примеры решения задач по оптике
- •Задачи для самостоятельного решения по оптике
- •Раздел V. Квантовая физика. Физика атома и ядра Тепловое излучение
- •Квантовые свойства света
- •Строение атома
- •Атомное ядро
- •Радиоактивность
- •Примеры решения задач по квантовой и атомной физике
- •Задачи для самостоятельного решения по квантовой и атомной физике
- •Литература
Волновая оптика. Интерференция света
Волновая оптика изучает оптические явления, в которых проявляется волновая природа света (интерференция, дифракция, поляризация, дисперсия).
Перераспределение светового потока в пространстве (возникновение максимумов и минимумов интенсивности) при наложении световых волн называется интерференцией. Условием наблюдения интерференции является когерентных волн (волны одной частоты) и постоянной разности фаз δ, ,
где λ0– длина волны в вакууме, Δ – оптическая разность хода двух волн,(рис. 4.6).
Если Δ=±mλ0, то, (m= 0, 1, 2…) и в точке наблюдения (рис.4.6, штрихпунктирные линии, точка наблюдения О) будет максимум интенсивности (условие максимума).
Если Δ=±(m+ ½ )λ0то(m= 0, 1, 2…) и в точке наблюдения будет интерференционный минимум (условие минимума) (рис. 4.6, сплошные линии, точка наблюдения А).
Расстояние между двумя соседними минимумами (или максимумами) называется шириной интерференционной полосы Δх (или Δу): , гдеL– расстояние от когерентных источников до экрана,d- расстояние между когерентными источниками (рис. 4.6).
Интерференция в тонких пленках
При падении светового пучка на тонкую прозрачную пленку происходит отражение от обеих поверхностей пленки, в результате чего возникают две когерентных волны, способных интерферировать (рис. 4.7).
В тонких пластинках (параллельных или клиновидных) при наблюдении интерференции в проходящем свете (лучи 1΄, 2΄) разность хода будет иметь вид: или.
В отраженном свете происходит изменение фазы на π (т.к происходит отражение от границы с оптически более плотной средой) и разность хода (для лучей 1′′ и 2′′) будет иметь вид:
или.
Кольца Ньютона – это система, состоящая из плосковыпуклой линзы, помещенной на стеклянную пластинку. Роль тонкой пленки играет воздушный зазор между линзой и пластинкой. При нормальном падении света на поверхность линзы будут наблюдаться чередование светлых и темных полос радиусом r. Радиус светлого кольца в проходящем свете (или темного в отраженном свете):.
Радиус темного кольца в проходящем свете (или светлого в отраженном):
,
где m– номер кольца,n– показатель преломления среды между линзой и пластинкой.
Дифракция света. Дифракция Френеля
Дифракция – это явление нарушения прямолинейного распространения света, кроме явлений, связанных с отражением и преломлением света на границе двух сред.
Френелем был разработан метод, позволяющий легко определить результирующую интенсивность световой волны в любой точке пространства. Он предложил разбить волновую поверхность на кольцевые зоны таким образом, чтобы разность хода волн от соседних зон была равна λ/2 (рис.4.8). Тогда, четное число волн, пришедших в точку наблюдения Р, дадут минимум (т.к. волны приходят в противофазе и, следовательно, гасят друг друга), а нечетное число – максимум.
Результирующая амплитуда колебаний может быть записана как:, где Е1и Еi – это амплитуды от первой и последней зоны, «+» ставится, если число зон нечетное, и «–», если четное.
Радиус зоны rбудет зависеть от вида волны (плоская или сферическая) и от расстояний до зоны и после. Для сферической волны:,
где а- расстояние от источника до зоны, b– расстояние от зоны до точки наблюдения,m– номер зоны (рис.4.8).
Для плоской волны (а = ∞): .
В случае нормального падения на препятствие (щель) параллельного пучка лучей будет наблюдаться дифракция Фраунгофера. Условие минимума интенсивности в этом случае выглядит так: ,
где b– ширина щели, φ – угол дифракции,m– порядок дифракционного минимума, λ – длина волны.
Условие максимума: ,
где φ΄- приближенное значение угла дифракции.
Дифракционная решетка – это спектральный прибор, состоящий из большого числа одинаковых по размеру щелей, отстоящих на равных между собой промежутках. Периодом решетки (постоянная решетки) dназывают расстояние между соседними щелямиd = a+b, где а – ширина промежутка,b– ширина щели. Еще, гдеL– длина всей решетки,N – число штрихов решетки.
Условие главных максимумов дифракционной решетки имеет вид:
.
Разрешающая сила решетки: ,
где Δλ – наименьшая разность длин волн двух соседних спектральных линий (λ и λ+Δλ), которые можно наблюдать раздельно при помощи данной решетки; N – число штрихов решетки,m– порядок дифракционного максимума.
Угловая дисперсия решетки: .