- •Введение Физика как наука. Содержание и структура физики
- •I Механика
- •1.1 Кинематика материальной точки
- •1.1.1 Понятие материальной точки. Система отсчета. Траектория, путь, перемещение Единицы измерения
- •1.1.2 Скорость и ускорение произвольно движущейся точки
- •1.1.3 Кинематика прямолинейного движения
- •1.1.4 Движение точки по окружности. Связь между линейными и угловыми кинематическими параметрами
- •1.1.5 Колебательное движение. Виды гармонических колебаний
- •1.1.6 Сложение гармонических колебаний
- •1.2 Динамика материальной точки
- •1.2.1 Законы Ньютона. Масса, сила. Закон сохранения импульса, реактивное движение
- •1.2.2 Силы в механике
- •1.2.3 Работа сил в механике, энергия. Закон сохранения энергии в механике
- •1.3 Динамика вращательного движения твердых тел
- •1.3.1 Момент силы, момент импульса. Закон сохранения момента импульса
- •1.3.2 Кинетическая энергия вращательного движения. Момент инерции
- •II Раздел молекулярная физика и термодинамика
- •2.1 Основные положения молекулярно-кинетической теории газов
- •2.1.1 Агрегатные состояния вещества и их признаки. Методы описания физических свойств вещества
- •2.1.2 Идеальный газ. Давление и температура газа. Шкала температур
- •2.1.3 Законы идеального газа
- •2.2 Распределение Максвелла и Больцмана
- •2.2.1 Скорости газовых молекул
- •2.3. Первое начало термодинамики
- •2.3.1 Работа и энергия в тепловых процессах. Первое начало термодинамики
- •2.3.2 Теплоемкость газа. Применение первого начала термодинамики к изопроцессам
- •2.4. Второе начало термодинамики
- •2.4.1. Работа тепловых машин. Цикл Карно
- •2.4.2 Второе начало термодинамики. Энтропия
- •2.5 Реальные газы
- •2.5.1 Уравнение Ван-дер-Ваальса. Изотермы реального газа
- •2.5.2 Внутренняя энергия реального газа. Эффект Джоуля—Томсона
- •III Электричество и магнетизм
- •3.1 Электростатика
- •3.1.1 Электрические заряды. Закон Кулона
- •3.1.2 Напряженность электрического поля. Поток линий вектора напряженности
- •3.1.3 Теорема Остроградского — Гаусса и его применение для расчета полей
- •3.1.4 Потенциал электростатического поля. Работа и энергия заряда в электрическом поле
- •3.2 Электрическое поле в диэлектриках
- •3.2.1 Электроемкость проводников, конденсаторы
- •3.2.2 Диэлектрики. Свободные и связанные заряды, поляризация
- •3.2.3 Вектор электростатической индукции. Сегнетоэлектрики
- •3.3 Энергия электростатического поля
- •3.3.1 Электрический ток. Законы Ома для постоянного тока
- •3.3.2 Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа. Работа и мощность постоянного тока
- •3.4 Магнитное поле
- •3.4.1 Магнитное поле. Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов
- •3.4.2 Циркуляция вектора индукции магнитного поля. Закон полного тока.
- •3.4.3 Закон Био—Савара—Лапласа. Магнитное поле прямого тока
- •3.4.4 Сила Лоренца Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях
- •3.4.5 Определение удельного заряда электрона. Ускорители заряженных частиц
- •3.5 Магнитные свойства вещества
- •3.5.1 Магнетики. Магнитные свойства веществ
- •3.5.2 Постоянные магниты
- •3.6 Электромагнитная индукция
- •3.6.1 Явления электромагнитной индукции. Закон Фарадея. Токи Фуко
- •3.6.2 Ток смещения. Вихревое электрическое поле Уравнения Максвелла
- •3.6.3 Энергия магнитного поля токов
- •IV Оптика и основы ядерной физики
- •4.1. Фотометрия
- •4.1.1 Основные фотометрические понятия. Единицы измерений световых величин
- •4.1.2 Функция видности. Связь между светотехническими и энергетическими величинами
- •4.1.3 Методы измерения световых величин
- •4.2 Интерференция света
- •4.2.1 Способы наблюдения интерференции света
- •4.2.2 Интерференция света в тонких пленках
- •4.2.3 Интерференционные приборы, геометрические измерения
- •4.3 Дифракция света
- •4.3.1 Принцип Гюйгенса—Френеля. Метод зон Френеля. Зонная пластинка
- •4.3.2 Графическое вычисление результирующей амплитуды. Применение метода Френеля к простейшим дифракционным явлениям
- •4.3.3 Дифракция в параллельных лучах
- •4.3.4 Фазовые решетки
- •4.3.5 Дифракция рентгеновских лучей. Экспериментальные методы наблюдения дифракции рентгеновских лучей. Определение длины волны рентгеновских лучей
- •4.4 Основы кристаллооптики
- •4.4.1 Описание основных экспериментов. Двойное лучепреломление
- •4.4.2 Поляризация света. Закон Малюса
- •4.4.3 Оптические свойства одноосных кристаллов. Интерференция поляризованных лучей
- •4.5 Виды излучения
- •4.5.1 Основные законы теплового излучения. Абсолютно черное тело. Пирометрия
- •4.5.2 Источники света
- •4.6 Действие света
- •4.6.1 Фотоэлектрический эффект. Законы внешнего фотоэффекта
- •4.6.2 Эффект Комптона
- •4.6.3 Давление света. Опыты Лебедева
- •4.6.4 Фотохимическое действие света. Основные фотохимические законы. Основы фотографии
- •4.7 Развитие квантовых представлений об атоме
- •4.7.1 Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Планетарно-ядерная модель атома
- •4.7.2 Спектр атомов водорода. Постулаты Бора
- •4.7.3 Корпускулярно-волновой дуализм. Волны де Бройля
- •4.7.4 Волновая функция. Соотношение неопределенности Гейзенберга
- •4.8 Физика атомного ядра
- •4.8.1 Строение ядра. Энергия связи атомного ядра. Ядерные силы
- •4.8.2 Радиоактивность. Закон радиоактивного распада
- •4.8.3 Радиоактивные излучения
- •4.8.4 Правила смещения и радиоактивные ряды
- •4.8.5 Экспериментальные методы ядерной физики. Методы регистрации частиц
- •4.8.6 Физика элементарных частиц
- •4.8.7 Космические лучи. Мезоны и гипероны. Классификация элементарных частиц
- •Содержание
4.4 Основы кристаллооптики
4.4.1 Описание основных экспериментов. Двойное лучепреломление
При изучении явлений интерференции и дифракции вопрос о том, являются ли световые волны продольными или поперечными, имел второстепенное значение.
Анализ уравнений Максвелла приводит к выводу, что изменение во времени электрической напряженности Е сопровождается появлением переменного магнитного поля Н. Переменное электромагнитное поле не остается неподвижным в пространстве, а распространяется со скоростью света вдоль линии, перпендикулярной к векторам Е и Н, образуя электромагнитные световые волны (рисунок- 4.45). Ориентация векторов Е и Н не является осью симметрии этих волн. Такая асимметрия характерна для поперечных волн, продольные же волны всегда симметричны по отношению к направлению ее распространения. Таким образом, асимметрия относительно луча и является одним из признаков, который отличает поперечную волну от продольной. Этот признак и был использован для экспериментального доказательства поперечности световых волн.
Предметом опытного исследования асимметрии может, очевидно, служить только система, которая, в свою очередь, обладает свойством асимметрии. Такой системой, пригодной для исследования свойств светового луча, может служить анизотропный кристалл, свойства которого по различным направлениям различны.
Прохождение света через анизотропное вещество связано с рядом своеобразных явлений. Еще в 1670 г. Эразм Бартоломинус наблюдал, что при прохождении через исландский шпат световой луч разбивается на два. Это явление получило название двойного лучепреломления.
Исландский шпат есть разновидность углекислого кальция (СаС03). Он встречается в природе в виде довольно больших и оптически чистых кристаллов. Кристаллы исландского шпата принадлежат к гексагональной системе, легко раскалывается по определенным плоскостям, и потому его можно легко привести к форме ромбоэдра, ограниченного шестью подобными параллелограммами с углами 78°08' и 101 °52' (рисунок - 4.46). Узкий пучок света, преломляясь в таком кристалле, по выходе из него дает два пучка, идущих по несколько различным направлениям. Исследуя свойства обоих лучей, можно убедиться, что для одного из них отношение синуса угла падения к синусу угла преломления - остается постоянным. При изменении угла падения; этот луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной к поверхности пластинки в точке падения. Таким образом, он удовлетворяет обычному закону преломления. Этот луч называется обыкновенным лучом. Второй луч называется необыкновенным. Для него указанное отношение не остается постоянным при изменении угла падения. Его обыкновенный показатель преломления п0 = 1,6585, необыкновенный пе = 1,4863 (для желтой линии).
Меняя направление падающего луча, можно убедиться, что внутри кристалла существуют такие направления, вдоль которых луч распространяется, не разбиваясь на два. Для исландского шпата таким направлением является направление, параллельное диагонали АВ, соединяющей тупые углы естественного ромбоэдра (рисунок -4.46). Прямая, проведенная через любую точку кристалла, в направлении, в котором не происходит двойного лучепреломления, называется главным сечением или главной плоскостью кристалла, соответствующей этому лучу. Через кристалл, очевидно, можно провести бесчисленное множество оптических осей и бесчисленное множество главных сечений. Линия пересечения любых двух главных сечений всегда является оптической осью.
Рисунок - 4.45 |
Рисунок - 4.46 |
Кристаллы, имеющие лишь одно направление, вдоль которого не происходит двойного лучепреломления, называются одноосными. Существуют кристаллы, имеющие два направления, вдоль которых не происходит двойного лучепреломления, — они называются двуосными.
В большинстве прозрачных одноосных кристаллов поглощение обыкновенного и необыкновенного лучей одинаково. Однако существуют и такие кристаллы, в которых один из лучей поглощается сильнее другого. Такое различное поглощение называется дихроизмом. Весьма сильным дихроизмом в видимых лучах обладает кристалл турмалина. В кристалле турмалина толщиной в 1мм обыкновенный луч практически полностью поглощается. Это свойство турмалина используется для получения поляризованного света. Кроме естественных твердых кристаллов, двойное лучепреломление дают жидкие кристаллы, аморфные тела при деформации и жидкости в электрическом поле.