Шпоры (Шпоры к экзамену)

1.Плоская электромагнитная волна. Волновые свойства света.

Плоская электромагнитная волна - электромагнитная волна, в которой всем точкам, лежащим в любой плоскости, перпендикулярной направлению ее распространения, соответствуют одинаковые напряженности электрических или магнитных полей.

Распространения переменного электромагнитного поля в свободном пространстве с конечной скоростью света называется электромагнитной волной

Волновые свойства света:

Интерференция – явление, возникающее при наложении когерентных световых волн и выражающееся в перераспределении светового потока в пространстве, в результате чего в одних точках пространства возникают максимумы, а в других минимумы интенсивности.

Дифракция – огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути. (принцип Гюйгенса)

Поляризация - физическое явление видоизменения естественных световых лучей, исходящих от обыкновенного источника света, при котором лучи приобретают как бы особые свойства по различным направлениям, перпендикулярным к направлению луча. (двойное лучепреломление, призма Николя)

Дисперсия – зависимость показателя преломления вещества от частоты .

2.Интерференция света. Когерентность и монохроматичность световых волн.

Интерференция света – явление, возникающее при наложении когерентных световых волн и выражающееся в перераспределении светового потока в пространстве, в результате чего в одних точках пространства возникают максимумы, а в других минимумы интенсивности.

Когерентные волны – две электромагнитные волны с одинаковыми частотами, одинаковой поляризацией, для которых разность начальных фаз остается неизменной за время наблюдения.

Монохроматичные волны – неограниченные в пространстве волны одной определенной и строго постоянной частоты

3.Оптическая длина пути. Оптическая разность хода. Условия усиления и ослабления света при интерференции. Оптическая длина пути - произведение пути светового луча на показатель преломления среды.
Оптическая длина пути численно равна пути, который проходит световой луч за то же время в вакууме.

Оптическая разность хода - , , где l₁ и l₂- геометрические длины пути световой волны в средах с показателями преломления n₁ и n₂.

Условие максимального усиления света при интерференции: ,
Условие максимального ослабления света при интерференции: ,
4.Интерференция света в тонких пленках.

Возможность уменьшения вредного отражения света вследствие интерференции в тонких пленках широко используется в современных оптических приборах. Для этого на передние поверхности линз, призм наносят тонкие пленки с показателем преломления и толщиной d, которая определяется из условия минимума при интерференции волн, отраженных от границ раздела сред с n₁ и n и n и n₂

5.Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля.

Принцип Гюйгенса - Френеля: каждая точка фронта распространяющейся волны является источником вторичных когерентных волн.

Метод зон Френеля – найдем в произвольной точке М амплитуду световой волны, распространяющейся в однородной среде из точечного источника S, из точки – М проведем концентрические окружности радиусами - , , , площади зон Френеля – одинаковы, общее число зон, умещающихся на полусфере – очень велико.

Смысл разбиения поверхности на зоны Френеля состоит в том, что разность фаз элементарных вторичных волн, приходящих в точку наблюдения от данной зоны, не превышает . Сложение таких волн приводит к их взаимному усилению. Поэтому каждую зону Френеля можно рассматривать как источник вторичных волн, имеющих определенную фазу.

6.Дифракция света на круглом отверстии и непрозрачном диске (Дифракция Френеля).

Дифракция света на круглом отверстии – когда отверстие открывает нечетное число зон Френеля, то амплитуда (интенсивность) в точке на плоскости, куда попадает свет – больше, чем при свободном распространении волны, если четное, то амплитуда (интенсивность) – равна нулю.

Дифракция света на диске – Сферическая волна распространяется от точечного источника S, встречает на своем пути препятствие – диск, который закрывает m – первых зон Френеля, которых следует исключить из рассмотрения, и зоны Френеля начать строить от краев диска. В точке B (на экране) – всегда наблюдается интерференционный максимум, соответствующее половине действия первой открытой зоны Френеля.

7.Дифракция света на узкой длинной щели в непрозрачном экране (Дифракция Фраунгофера).

Дифракция Фраунгофера – наблюдается в том случае, когда источник света и точка наблюдения бесконечно удалены от препятствия, вызвавшего дифракцию.

, где - произвольное направление, - ширина щели.

Если число зон Френеля четное:

, - дифракционный минимум (темнота)

Если число зон Френеля нечетное:

, - дифракционный максимум.

8.Дифракция света на дифракционной решетке.

Дифракционной решетка – система параллельных щелей равной ширины, лежащих в одной плоскости и разделенных равными по ширине непрозрачными промежутками. Если перейти от одной щели ко многим (к дифракционной решетке), то дифракционные картины, создаваемые каждой щелью в отдельности – будут – одинаковыми. В дифракционной решетке осуществляется многолучевая интерференция когерентных дифрагированных пучков света, идущих от всех щелей. Дифракционная картина на решетке – результат взаимной интерференции волн, идущих от всех щелей.

Период решетки – расстояние, равное сумме расстояний ширины щели решетки и расстояния между щелями.

В следствии взаимной интерференции световых лучей, посылаемых двумя лучами, в некоторых направлениях они будут гасить друг друга, т.е. – возникнут – дополнительные минимумы. ( , )

Наоборот, действие одной щели будет усиливать действие другой, если

,

9.Дифракция рентгеновских лучей на пространственной решетке. Формула Вульфа-Бреггов.

Пример трехмерной пространственной решетки является – кристалл.

Дифракция рентгеновских лучей является результат их отражения от системы параллельных кристаллографических плоскостей (плоскостей, в которых лежат узлы (атомы) кристаллической решетки).

Формула Вульфа-Бреггов - , , т.е. – при разности хода между двумя лучами, отраженными от соседних кристаллографических плоскостей, кратной целому числу длин волн , наблюдается дифракционный максимум.

Формула Вульфа-Бреггов помогает решать такие задачи, как – определение структуры вещества (рентгеноструктурный анализ), также узнать длину волны падающего рентгеновского излучения.

10. Понятие о голографии.

Голография – особый способ записи и последующего восстановления волнового поля, основанный на регистрации интерференционной картины. Основана на интерференции и дифракции.

Голограмма – зарегистрированная на фотопластинке интерференционная картина, образованная при сложении опорной и предметной волн. Предметная волна – волна идущая от предмета, опорная волна – волна идущая от источника света.

11.Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсия.

Дисперсия света – зависимость показателя преломления n вещества от частоты света.

Дисперсия вещества , - дисперсия вещества, показывает зависимость показателя преломления от длины световой волны.

Нормальная дисперсия – величина по модулю также увеличивается с уменьшением . Аномальная (кривая) дисперсия – вблизи линий и полос поглощения будет иным: уменьшается с уменьшением .

12.Поляризация света. Естественный и поляризованный свет.

Поляризация - физическое явление видоизменения естественных световых лучей, исходящих от обыкновенного источника света, при котором лучи приобретают как бы особые свойства по различным направлениям, перпендикулярным к направлению луча.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены – поляризованный свет.

Свет со всевозможными равновероятностными ориентациями вектора напряженности электрического и магнитного полей называется – естественным.

Свет, в котором вектор напряженности электрического и магнитного полей колеблется только в одной плоскости – называется плоскополяризованным.

13.Поляризация света при отражении. Закон Брюстера.

Поляризация света происходит при отражении на границе раздела двух сред (воздух - вода, воздух - свет) (частично отражается, частично – проходит сквозь диэлектрик)

Закон Брюстера соотношение tgф=n, где n - показатель преломления среды, а ф - угол падения, при котором луч оказывается полностью поляризованным.

14.Двойное лучепреломление. Поляризационные призмы. Закон Малюса.

Двойное лучепреломление – если на кристалл направить узкий пучок естественного света, то в точке падения на грань кристалла луч вследствие оптической анизотропии разделятся на два преломленных луча (обыкновенный и необыкновенный), поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Поляризационные призмы – призма Николя (исландский шпат, канадский бальзам).