- •1. Гармонический осциллятор, его закон движения, скорость, ускорение, возвращающая сила, энергия.
- •2. Маятники пружинный, математический, физический.
- •3. Сложение одинаково направленных гармонических колебаний с одинаковыми частотами. Метод векторной диаграммы. Биения.
- •4. Сложение взаимно-перпендикулярных колебаний. Фигуры Лиссажу.
- •5. Свободные затухающие колебания. Логарифмический декремент. Апериодический процесс.
- •6. Вынужденные колебания. Резонанс
- •7. Волна, уравнение гармонической волны.
- •8. Перенос волной энергии, вектор Умова.
- •9. Электромагнитное поле. Уравнения Максвелла. Плоская электромагнитная волна.
- •Уравнения Максвелла для электромагнитного поля
- •Интерференция волн
- •Интерференция света
- •11. Интерференция света в тонких пленках, примеры ее наблюдения и применения.
- •Кольца Ньютона
- •Полосы равного наклона (интерференция от плоскопараллельной пластинки)
- •Применение интерференции света
- •12. Дифракция, условие её наблюдения. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля и его применение для расчета дифракции света на узкой щели.
- •13. Дифракционная решетка, ее применение в качестве спектрального прибора.
- •14. Физические принципы голографии.
- •15. Поляризация света. Поляризатор и анализатор. Закон Малюса. Примеры получения и применения поляризованного света.
- •16. Тепловое излучение, его характеристики: энергетическая светимость, испускательная и поглощательная способности. Цвет несамосветящегося тела. Абсолютно черное и серое тела. Закон Кирхгофа
- •17. Законы излучения абсолютно черного тела: Закон Стефана-Больцмана, закон Вина. Трудности классической физики при объяснении распределения энергии в спектре черного тела. Квантовая гипотеза Планка.
- •1. Закон Стефана-Больцмана:
- •2. Закон Вина:
- •18. Фотоэффект, красная граница, работа выхода электрона из металла, задерживающее напряжение. Квантовый механизм фотоэффекта, уравнение Эйнштейна.
- •19. Эффект Комптона, его квантовый механизм.
- •20. Корпускулярно-волновой дуализм излучения. Фотоны. Взаимосвязь волновых и корпускулярных характеристик фотонов. Связь между корпускулярной и волновой картинами.
- •21. Волна де Бройля. Дифракция электронов. Статистический смысл волн де Бройля. Электронный микроскоп как пример практического использования электронных волн.
- •22. Соотношения неопределенностей как выражение корпускулярно-волнового дуализма и границ применения классической физики.
- •23. Состояние и уравнение движения квантовой частицы. Волновая функция, ее статистический смысл. Уравнение Шредингера.
- •24. Примеры применения уравнения Шредингера: частица в бесконечно глубокой потенциальной яме; гармонический осциллятор.
- •25. Развитие представлений о строении атома. Модель атома Резерфорда, ее недостатки.
- •26. Спектры испускания и поглощения атомов как источник информации об их строении и свойствах. Спектр атома водорода. Формула Бальмера.
- •27. Модель атома Бора, ее недостатки. Постулаты Бора. Энергетические уровни атома водорода и его спектр по модели Резерфорда – Бора.
- •28. Волновая модель атома водорода. Квантовые числа, их проявления в опыте. Периодическая таблица элементов Менделеева как отражение квантовых состояний электронов.
- •29. Спонтанное и вынужденное излучение. Лазер.
- •30. Ядро атома: состав, размеры, плотность. Энергия связи ядра атома, удельная энергия связи.
- •31. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Период полураспада. Виды радиоактивного распада. Экологические аспекты радиоактивности.
- •32. Ядерная реакция. Законы сохранения. Энергетический эффект. Реакция деления тяжелых ядер, термоядерная реакция, их применение в энергетике, экологические аспекты.
Применение интерференции света
Явление интерференции обусловлено волновой природой света; его количественные закономерности зависят от длины волны 0. Поэтому это явление применяется для подтверждения волновой природы света и для измерения длин волн (интерференционная спектроскопия).
Явление интерференции применяется также для улучшения качества оптических приборов (просветление оптики) и получения высокоотражающих покрытий.
П росветление оптики. Для этого на свободные поверхности линз наносят тонкие пленки с показателем преломления меньшим, чем у материала линзы. При отражении света от границ раздела воздух — пленка и пленка — стекло возникает интерференция когерентных лучей 1' и 2' (рис.253). Толщину пленки d и показатели преломления стекла nс и пленки n можно подобрать так, чтобы интерферирующие лучи гасили друг друга. Для этого их амплитуды должны быть равны, а оптическая разность
хода — равна (2m+1)0/2.
Явление интерференции также применяется в очень точных измерительных приборах, называемых интерферометрами. Все интерферометры основаны на одном и том же принципе и различаются лишь конструкционно.
Интерферометры — очень чувствительные оптические приборы, позволяющие определять незначительные изменения показателя преломления прозрачных тел (газов, жидких и твердых тел) в зависимости от давления, температуры, примесей и т. д.
12. Дифракция, условие её наблюдения. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля и его применение для расчета дифракции света на узкой щели.
Д ифракция – нарушение прямолинейности распространения и попадания волны в область геометрической тени. Дифракция свойственна волнам любой природы.
В естественных условиях дифракция наблюдается в виде нерезкой, размытой границы тени предмета. Подробное изучение показывает, что причиной нерезкости являются узкие интерференционные полосы вблизи границы геометрической тени. Вследствие дифракции оптическая система (например, микроскоп) изображает точку в монохроматическом свете в виде светлого пятна, окруженного попеременно темными и светлыми кольцами, поэтому разрешающая способность оптических приборов ограничена.
Принцип Гюйгенса-Френеля:
1. Каждая точка фронта волны является вторичным источником, от которого распространяется вперед полусферическая волна.
Новое положение фронта волны есть огибающее фронтов вторичных волн.
2. Вторичные источники когерентны, интерферируя между собой, они дают максимумы и минимумы интенсивности в дифракционной картине.
Зоны Френеля:
Распределение на экране интенсивности дифрагировавшего излучения можно рассчитать, пользуясь принципом Гюйгенса-Френеля, согласно которому фронт волны может рассматриваться как совокупность когерентных точечных источников. Пришедшие на экран волны, испущенные этими источниками, интерферируют между собой.
Рассмотрим распространение монохроматической световой волны от точечного источника S в некоторую точку Р на экране (рис. 1.4).
Согласно принципу Гюйгенса-Френеля действие источника S заменим действием воображаемых когерентных источников. Они располагаются на поверхности фронта волны, представляющей собой в некоторый момент времени сферу радиусом а, пересекающуюся в точке О с прямой SP.
На рис. 1.4 фронт волны изобразится дугой радиусом а с центром в S. Далее поверхность фронта разобьем на кольцевые области, расстояния от краев которых до точки Р отличаются на λ/2. Эти области называются зонами Френеля. Пронумеруем их, начиная с ближайшей к точке Р, как показано на рис. 1.4. Расчет показывает, что площади всех зон Френеля одинаковы, т.е. каждая из них содержит одно и то же число точечных источников, излучающих одинаковую энергию. Радиус зоны Френеля с номером т выражается формулой
Волновой процесс в точке Р можно рассматривать как результат интерференции волн, приходящих от каждой зоны в отдельности. Волны из соседних зон приходят в противофазе и ослабляют друг друга. Поэтому, если между источником S и экраном поставить преграду, оставляющую открытыми четное число зон Френеля, то свет в точку Р не попадет. При нечетном числе зон Френеля одна из зон окажется непогашенной и в точке Р будет наблюдаться светлое пятно.
В случае плоской волны при а → ∞ согласно предыдущей формуле получим выражение для радиуса зоны Френеля:
Дифракция на щели:
М етод зон Френеля позволяет рассчитать дифракцию плоской световой волны на щели шириной b. Схема хода лучей показана на рис. 1.5. Лучи, идущие под углом φ, линза собирает в точке М.
При условии
щель содержит четное число зон Френеля и в точке М будет минимум интенсивности.