обязательный минимум знаний2 (Архив подготовки к экзамену)

Когерентные волны и источники.

Условия интерференционных максимумов и минимумов.

Дифракция Фраунгофера и Френеля.

Условия максимумов, минимумов дифракционной решетки, дополнительные минимумы.

Зоны Френеля.

Естественный и поляризованный свет.

Линейно поляризованный свет.

Закон Малюса и Брюстера.

Абсолютно черное тело.

Законы Вина и Стефана-Больцмана.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Постулаты Бора.

Нуклоны, дефект масс.

Когерентные волны и источники.

_{Когерентность – согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных процессов.}

_{Волновым цугом называется прерывистое излучение света атомами в виде отдельных коротких импульсов.}

_{Время когерентности – средняя продолжительность одного цуга.}

_{Длина когерентности – расстояние при прохождении которого две или несколько волн утрачивают когерентность.}

_{Радиусом когерентности – называется максимальное поперечное направлению распостранения волны расстояние, на котором возможно проявление интерференции.}

Условия интерференционных максимумов и минимумов.

_{Интерференцией света – называется пространственное перераспределение светового потока в результате чего в одних местах возникают максимумы а в других минимуиы интенсивности..}

Разности хода лучей от двух соседних щелей будут одинаковы в пределах всей дифракционной решетки:

1) если число длин полуволн четное, то: Δ =±mλ (m=1,2,3…) – условие максимума

2) если число длин полуволн нечетное, то: Δ =±(2m+1)λ/2 (m=1,2,3…) – условие минимума (полная темнота).

Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями, например, в близи границ прозрачных или непрозрачных тел, сквозь малые отверстия. Дифракция, в частности, приводит к огибанию световыми волнами препятствий, и проникновению света в область геометрической тени. Между интерференцией и дифракцией нет существенных физических различий. Оба явления заключаются в перераспределении светового потока в рез-тате суперпозиции волн. Перераспределение интенсивности, возникающее вследствие суперпозиции волн, возбуждаемых когерентными источниками, принято называть дифракцией волн. Поэтому говорят, например, об интерференционной картине от двух узких щелей и о дифракционной картине от одной щели. Различают два вида дифракции. Если источник 8 и точка наблюдения Р расположены от препятствия настолько далеко, что лучи, падающие на препятствие, и лучи, идущие в точку Р, образуют практически параллельные пучки, говорят о дифракции Фраунгофера (диф. в параллельных лучах). В противном случае говорят о диф. Френеля.

Дифракция Фраунгофера

Дифракция Фраунгофера наблюдается в том случае, когда источник света и точка наблюдения бесконечно удалены от препятствия, вызывающего дифракцию. Параллельный пучок создают, помещая источник света в фокусе собирающей линзы. Дифракционную картину с помощью второй собирающей линзы, установленной за препятствием, фокусируют на экран.

Дифракция Фраунгофера плоской монохроматической волны на одной щели шириной a.

Оптическая разность хода Δ=a*sinφ. Разобьем открытую часть волновой поверхности на зоны Френеля. Все точки волнового фронта в плоскости щели имеют одинаковую фазу и амплитуду колебаний. Поэтому суммарная интенсивность колебаний от двух соседних зон равна 0.

Условие главных максимумов: d*sinφ = ±mλ (m=1,2,3…)

Условие главных минимумов: a*sinφ = ±mλ (m=1,2,3…)

Условие дополнительных минимумов: d*sinφ = ±m’ λ/N, где m’ может принимать все целочисленные значения кроме 0, N, 2N,…при которых данное условие переходит в условие главных максимумов.

В направлении φ=0 щель действует как одна зона Френеля и в этом направлении свет распространяется с наибольшей интенсивностью – центральный дифракционный максимум.

Распределение интенсивности на экране, получаемое вследствие дифракции, называется дифракционным спектром.

Зоны Френеля.

Принцип Гюйгенса — Фре­неля, световая волна, возбуждаемая ка­ким-либо источником S, может быть пред­ставлена как результат суперпозиции ко­герентных вторичных волн, «излучаемых» фиктивными источниками. Такими источ­никами могут служить бесконечно малые элементы любой замкнутой поверхности, охватывающей источник S.

Метод зон Френеля- взаимная интерференция вторич­ных волн.

М- произвольная точка ; S- точечный источник ;Ф- вспомогательная поверхность;

Амплитуда результирующего светового колебания в точке М

где амплитуды колебаний 1й, 2й...,mй зонами.

Площадь сферического сегмента

площадь m-й зоны Френеля

Естественный и поляризованный свет.

_{Поляризация света.}

_{Свет – со всевозможными равновероятными ориентациями вектора Е называется естественным.}

_{Свет в котором направления колебаний светового вектора каким либо образом упорядочены, называется поляризованым светом.}

_{Плоскостью поляризации называется плоскость проходящая через направление колебаний светового вектора плоскополяризованной волны и направленияе распостранения этой волны.}

Плоскополяризованный свет – свет, в котором вектор Е колеблется только в одной,проходящей через луч плоскости, эта плоскость – плоскость поляризации.

Закон Малюса и Брюстера.

Закон Брюстера. Если угол падения на границу раздела двух диэлектриков (например, на пов-ть стеклянной пластинки) отличен от нуля, отраженный и преломлены лучи оказываются частично поляризованными
(при отражении от проводящей пов-ти (например, пов-ти металла) получается эллиптический поляризованный свет). В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения (на рис. эти колебания обозначены точками), в преломленном луче – колебания, параллельные плоскости падения (на русунке они изображены двусторонними стрелками). Степень поляризации зависимость от угла падения.

Закон Малюса. Пусть на поляризатор падает плоскополяризованный свет амплитуды и интенсивности Сквозь прибор пройдет составляющая колебаний с амплитудой

-- угол между пл-тью

колебаний падающего света и пл-тью поляризатора.

Следовательно, интенсивность прошедшего света I определяется

выражением -- доля

интенсивности, которую несет с собой колебание, параллельное пл-ти поляризатора.

Абсолютно черное тело.

_{Тепловое излучение.}

_{Свечение тел обусловленное нагреванием называется тепловым излучением. Количественной характеристикой теплового излучения служит спектральная плотность энергетической светимости тела – мощность излучения с единицы площади поверхности тела в интервале частот единичной ширины.}

_{Энергетическая светимость тела}

_{Способность тел поглощать падающее на них излучение характеризуется спектральной поглощательной способностью показывающей какая доля энергии приносимой за единицу времени на единицу площади поверхности тела на неё эл.магн. волнами с частотами от v до v+dv поглощается телом.}

_{Тело способное поглощать полностью при любой температуре всё падающее на него излучение любой частоты называется чёрным.}

Закон Кирхгофа – отношение спектральной плотности энергетической светимости к спектральной поглощательной способности не зависит от природы тела, оно является для всех тел универсальной функцией частоты и температуры.

Законы Вина и Стефана-Больцмана.

Законы теплового излучения абсо­лютно черного тела (Закон Стефана Больцмана). Тело наз-ся черным (абсолютно черным), если оно при любой температуре полностью поглощает всю энергию падающих на него электромагнитных волн независимо от их частоты, поляризации (упорядочивания светового в-ра) и направления распространения. Следовательно, коэф-т поглощения абсолютно черного тела (АЧТ) тождественно равен единице. Спектральная плотность энергетической светимости АТЧ зависит только от частоты νизлучения и термодинамической температуры Т тела.

Энергетическая светимость АТЧ пропорциональна четвертой степени его термодинамической температуры:

, где σ-- постоянная Больцмана. Этот

закон – закон Стефана-Больцмана.

Закон Вина. Опираясь на законы термо- и электродинамики, Вин установил зависимость длины волны λmax , соответствующей максимуму функции rλ,T , от температуры Т. Согласно закону смещения Вина,

Т.е. длина волны Лтах , соответствующая

максимальному значению спектральной плотности энергетической светимости ЧТ, обратно пропорциональна его термодинамической температуре, b—постоянная

Вина = 2.9-10- м-К . Закон Вина - закон смещения т.к. он показывает смещение положения максимума функции Гд j по мере

возрастания температуры в область коротких длин волн. Он объясняет, почему при понижении температуры нагретых тел в их спектре все сильнее преобладает длинноволновое излучение.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

_{Уравнение Эйнштейна.Энергия падающего фотона расходуется на совершение электроном работы выхода из металла и на сообщение вылетевшему электрону кинетической энергии. - уравнение Энштейна для внешнего фотоэффекта.}

_{законы фотоэффекта}

_{1) число вырваных фотоэлектронов пропорционально интенсивности света. 2) кинетическая энергия фотоэлектрона линейно возрастает с увеличением частоты падающего излучения и не зависит от его интенсивности. 3) при некоторой достаточно малой частоте кин. энергия = 0 и фотоэффект прекратится.}

Постулаты Бора.

ним и отскакивая назад.

Постулаты Бора:1)Электроны в атоме находятся на определённых стационарных орбитах, удовлетвор. следующему условию: mVr=n (n=1,2,3…),находясь на этих орбитах атом не излучает

2)испускание или поглощение энергии происходит при переходе электронов из одного состояния в другое.

Нуклоны, дефект масс.

Заряд ядра + Ze т.к. атом нейтрален ,то заряд ядра определяет число электронов в атоме , от кот зависит их распределение по состояниям в атоме , а следоваельно , зависят химические свойства атома . Состав атомного ядра – А Я состоит из элементарных частиц – протонов и нейтронов . Протоны и нейтроны называются нуклонами . Массовое число, число нуклонов (протонов и нейтронов) в атомном ядре; обозначается буквой A и указывается обычно слева вверху рядом с символом элемента, например 32S означает изотоп серы с A = 32. М. ч. и заряд ядра Z, выраженный в единицах элементарного электрического заряда, определяют состав атомного ядра: Z протонов и (A — Z) нейтронов.. Масса атома возрастает с увеличением Z. Масса ядра А. приближённо пропорциональна массовому числу А — общему числу протонов и нейтронов в ядре .

Дефект масс – разность массы атома и массы ядра.