Раздел 1. Волновая оптика

1.1. Волновая природа света

Теоретическое введение

В соответствии с волновой теорией свет является электромагнитной волной.

Из электромагнитной теории вытекают два важных вывода:

I. Переменные электрические и магнитные поля всегда существуют вместе, в виде единого электромагнитного поля, которое в каждой точке характеризуется одновременно двумя векторами и .

2. Электромагнитное поле, возникнув в одном месте пространства, не остаётся локализованным (сосредоточенным) в нём, а распространяется от этого места с конечной скоростью в виде электромагнитной волны. Т.е. электромагнитная волна - форма существования электромагнитного поля.

Одной из особенностей электромагнитных волн является то, что они не требуют никакой среды для своего распространения и могут распространяться в пустоте (вакууме).

Векторы и электромагнитной волны взаимно перпендикулярны и перпендикулярны вектору скорости распространения электромагнитной волны .

Простейшей электромагнитной волной является плоская синусоидальная волна, т.е. такая волна, у которой фронт представляет собой плоскость, перпендикулярную направлению распространения, а в фиксированной точке изменения векторов и происходит по закону синуса или косинуса.

Электромагнитная волна переносит энергию. В любой точке пространства объемную плотность энергии магнитного поля можно представить в виде объемной плотности энергии электрического и магнитного поля.

или .

Отсюда следует, что плотность энергии электрического и магнитного поля в любой точке пространства в любой момент времени всегда равны:

Плотность потока электромагнитной энергии равна , где V- объём, занимаемый волной.

Вектор Умова-Пойтинга указывает направление распространения электромагнитной волны и численно равен энергии, переносимой электромагнитной волной через площадь в 1м² за 1 секунду.

Скорость распространения электромагнитной волны в вакууме не зависит от частоты и длины волны и называется скоростью света в вакууме c (с = 3∙10⁸ м/с).

Отношение скорости света в вакууме к фазовой скорости света v в данной среде называется абсолютным показателем преломления n.

Относительный показатель преломления второй среды относительно первой равен , где λ – длина волны.

При переходе электромагнитной волны из одной среды в другую частота и период колебаний векторов и не изменяются, а скорость распространения, длина волны и показатель преломления изменяются скачком.

Задания к теме

Задание 1

На рисунке показана ориентация векторов напряжённости электрического ( ) и магнитного ( ) полей в электромагнитной волне. Вектор плотности потока энергии электромагнитного поля ориентирован в направлении …

1 ; 2; ^*3; 4.

Задание 2

На рисунке представлена мгновенная фотография электрической составляющей электромагнитной волны, переходящей из среды 1 в среду 2 перпендикулярно границе раздела АВ.

О тношение скорости света в среде 2 к его скорости в среде 1 равно …

^*1) 0,67; 2) 1,5; 3) 1,75; 4) 0,84.

Задание 3

На рисунке представлена мгновенная фотография электрической составляющей электромагнитной волны, переходящей из среды 1 в среду 2 перпендикулярно границе раздела АВ.

О тносительный показатель преломления среды 1 относительно среды 2 равен …

^*1) 0,67; 2) 1,5; 3) 1,75; 4) 0,84.