В.И. Ознобихин - Общие методические указания (В.И. Ознобихин - Оптика, Тепловое излучение, Квантовая природа излучения, Элементы квантовой механики, Элементы физики твердого тела, Ядерная физика)
Описание файла
Документ из архива "В.И. Ознобихин - Оптика, Тепловое излучение, Квантовая природа излучения, Элементы квантовой механики, Элементы физики твердого тела, Ядерная физика", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физика" из 3 семестр, которые можно найти в файловом архиве НГТУ. Не смотря на прямую связь этого архива с НГТУ, его также можно найти и в других разделах. .
Онлайн просмотр документа "В.И. Ознобихин - Общие методические указания"
Текст из документа "В.И. Ознобихин - Общие методические указания"
Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
оптика,
тепловое излучение,
квантовая природа излучения, элементы квантовой механики, элементы физики твердого тела,
ядерная физика
Методические указания и сборник заданий по физике
для студентов I–II курсов дневного отделения НГТУ
факультетов РЭФ, ФЭН, ФТФ
Новосибирск
2006
Представленные в методических указаниях задачи по 3 части курса физики (оптика, тепловое излучение, квантовая природа излучения, элементы квантовой механики, элементы физики твердого тела, ядерная физика) могут быть использованы в качестве материалов расчетно-графического задания.
Составители: канд. техн. наук, доц. В. И. Ознобихин,
канд. техн. наук, доц. М. П. Сарина
Рецензент: канд. тех. наук, доц. Ю. В. Соколов
Работа подготовлена на кафедре прикладной и теоретической физики
© Hовосибиpский госудаpственный
технический унивеpситет, 2006
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
В методических указаниях представлены варианты задач и краткие теоретические сведения по ОПТИКЕ, ТЕПЛОВОМУ ИЗЛУЧЕНИЮ, КВАНТОВОЙ ПРИРОДЕ ИЗЛУЧЕНИЯ, ЭЛЕМЕНТАМ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКи, ЭЛЕМЕНТАМ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА, ЯДЕРНОЙ ФИЗИКЕ.
Варианты расчетно-графического задания содержат 14 задач и скомпонованы так, что в каждом варианте задачи по одной теме имеют одинаковый номер в соответствии с таблицей заданий.
| Номер задачи | Тема |
| 1 | Интерференция |
| 2 | Дифракция, зоны Френеля |
| 3 | Дифракционная решетка, поляризация |
| 4 | Основные понятия теплового излучения |
| 5 | Законы Вина |
| 6 | Оптическая пирометрия |
| 7 | Фотоэффект |
| 8 | Комптон-эффект |
| 9, 10 | Элементы квантовой механики |
| 11, 12 | Элементы физики твердого тела |
| 13 | Энергия связи ядер, ядерные реакции |
| 14 | Радиоактивность |
Преподаватель по желанию может выбрать нужные разделы расчетно-графического задания и указать соответствующие номера задач.
Оптика
Интерференция
Интерференцией световых волн называют сложение двух волн, в результате которого наблюдается усиление и ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства.
В интерференционных схемах луч света приходит от источника света к точке наблюдения по двум различным путям. Результат интерференции зависит от разности оптических путей (разности хода ), пройденных этими лучами, и от длины световой волны . Если разность хода равна целому числу длин волн:
= m,
наблюдается интерференционный максимум (светлая полоса).
При разности хода, кратной нечетному числу полуволн,
= (2m+1)/2,
наблюдается интерференционный минимум (темная полоса).
Ширина интерференционной полосы в опыте Юнга:
,
где расстояние между двойной щелью и экраном, на котором наблюдается интерференционная картина, равно L, а расстояние между щелями равно d.
Пример. От двух когерентных монохроматических источников света S1 и S2 (λ = 0,7 мкм) лучи света попадают на экран, на котором наблюдается интерференционная картина. Когда на пути одного из лучей перпендикулярно ему поставили тонкую стеклянную пластинку с показателем преломления n = 1,1, интерференционная картина изменилась на противоположную. При какой наименьшей толщине пластинки dmin это возможно?
Решение. Пусть до внесения пластины в некоторой точке А на экране наблюдался максимум интерференции (светлая полоса). При этом разность хода лучей от источников 
(см. рисунок).
Когда на пути одного из лучей появляется пластинка, разность хода между лучами изменяется:
.
Изменение интерференционной картины на противоположную означает, что на тех участках экрана, где наблюдались максимумы (светлые полосы), будут наблюдаться минимумы (темные полосы). Такой сдвиг интерференционной картины возможен при изменении оптической разности хода лучей на нечетное количество полуволн:
Наименьшей толщине пленки dmin соответствует k = 0.
.
Отсюда получим
.
Дифракция света
Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении у края препятствия. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии, появляется система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране появляется система параллельных дифракционных полос.
Дифракционная теория была построена на основе понятия зон Френеля. Радиус внешней границы m – зоны Френеля:
,
где – длина световой волны; а – расстояние от препятствия до источника света; b – расстояние от препятствия до места наблюдения.
Результат дифракции сильно зависит от числа зон Френеля m, укладывающихся на препятствии. При нечетном m в центре дифракционной картины при дифракции на круглом отверстии наблюдается светлое пятно, при четном m – темное.
Дифракция Фраунгофера – это дифракция плоских световых волн (когда источник света и место наблюдения удалены на бесконечность от препятствия).
Дифракционный минимум при дифракции на одной щели наблюдается, если число зон Френеля, укладывающихся на ширине щели, – четное
.
Дифракционный максимум наблюдается, если число зон Френеля, укладывающихся на ширине щели, – нечетное
,
где а – ширина щели, 
– угол, под которым наблюдается дифракция, m – порядок дифракционного максимума (минимума). В центре дифракционной картины ( = 0) всегда находится светлая полоса – центральный дифракционный максимум, где интенсивность света наибольшая.
Дифракционная решетка
Простейшая дифракционная решетка представляет собой систему узких параллельных щелей, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга.
Если на решетку нормально падает монохроматический пучок света, то после решетки свет распространяется по нескольким направлениям. Если за решеткой поставить собирающую линзу, то в ее фокальной плоскости будут наблюдаться дифракционные максимумы различных порядков. Эти максимумы называются главными. Пучки света, образующие главные максимумы, распространяются после решетки в направлениях, определяемых формулой решетки:
.
Здесь d – период решетки, – длина световой волны, m – целое число, называемое порядком дифракционного максимума, 
– угол, под которым наблюдается максимум с номером m.
Максимальный порядок дифракционного максимума определяется периодом решетки и длиной волны света: 
. Главные максимумы расположены по обе стороны от центрального, поэтому их количество:
.
При дифракции на пространственной решетке максимумы интенсивности наблюдаются в тех направлениях, в которых все отраженные атомными плоскостями волны, будут находиться в одной фазе. Эти направления удовлетворяют формуле Вульфа–Бгэггов:
,
где d – расстояние между кристаллографическими плоскостями; 
– угол скольжения (угол между падающим светом и кристаллографической плоскостью).
Пример. На дифракционную решетку в направлении нормали к ее поверхности падает монохроматический свет. Период решетки d = 2 мкм. Какого наибольшего порядка дифракционный максимум дает эта решетка при освещении ее фиолетовым цветом с λ = 0,41 мкм? Сколько всего дифракционных максимумов можно наблюдать на экране? Под каким углом виден последний максимум?
Решение. Поскольку 
не может превышать 1, то
, 
.
Взяв целую часть от полученного числа, получаем максимальный порядок спектра:
.
Количество дифракционных максимумов
.
Найдем угол, под которым наблюдается последний максимум:
, 
55° 8′ 48″.
Поляризация
Свет имеет электромагнитную природу. Электромагнитные волны поперечны: векторы 
и 
перпендикулярны друг другу, колебания электромагнитного поля происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения электромагнитной волны.
