А.Е. Тарасов - Конспект по спецразделам физики для РТФ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФНАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (ИРЭ)___________________________________________________________________________________________________________Направление подготовки: 201000 Биотехнические системы и технологииПрофиль подготовки: Биотехнические и медицинские аппараты и системы итехнологии.Направление подготовки: 210400 РадиотехникаПрофили подготовки: 1. Радиотехнические средства передачи, приема и обработкисигналов.2.

Аудиовизуальная техника.3. Бытовая радиоэлектронная аппаратура.4. Радиоэлектронные системы.5. Радиофизика.Квалификация выпускника: бакалаврФорма обучения: очнаяКОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫСПЕЦ. РАЗДЕЛЫ ФИЗИКИМосква2012НИУ «МЭИ»1ОГЛАВЛЕНИЕ3. Оптика и квантовая физика ...................................................................................................... 43.1. Волновая оптика ................................................................................................................. 43.1.1.

Оптика. Шкала электромагнитных волн ................................................................... 43.1.2. Распространение света в прозрачной среде. Фазовая скорость света впрозрачной среде, коэффициент преломления. .................................................................. 73.1.3. Геометрическая оптика.

Световой луч. Законы отражения и преломления света,полное внутреннее отражение. Принцип Ферма .............................................................. 103.1.4. Интерференция световых волн. Когерентные волны. Условие максимума иминимума интерференции .................................................................................................. 193.1.5. Опыт Юнга ................................................................................................................. 213.1.6. Когерентность и монохроматичность .....................................................................

243.1.7. Методы наблюдения интерференции ...................................................................... 263.1.8. Интерференция в тонких пленках............................................................................ 283.1.9. Применение интерференции света .......................................................................... 343.1.10.

Дифракция света. Принцип Гюйгенса–Френеля .................................................. 383.1.11. Метод зон Френеля.................................................................................................. 393.1.12. Дифракция Френеля от простейших преград ......................................................41Дифракция от круглого отверстия ...................................................................................42Дифракция от диска ...........................................................................................................423.1.13.

Дифракция в параллельных лучах (дифракция Фраунгофера) ...........................43Дифракция света на одной щели .......................................................................................44Дифракция света на дифракционной решетке ................................................................ 453.1.14. Дифракция на пространственных решетках .........................................................483.1.15. Поляризация света.

Естественный и поляризованный свет ................................503.1.16. Способы получения линейно – поляризованного света ......................................543.1.17. Двойное преломление света ...................................................................................563.1.18. Закон Малюса ..........................................................................................................583.1.21. Интерференция поляризованного света ................................................................603.1.20. Искусственная анизотропия ...................................................................................613.1.21.

Взаимодействие света с веществом. Дисперсия света ......................................... 643.1.22. Нормальная и аномальная дисперсия .................................................................... 663.1.23. Классическая теория дисперсии ............................................................................ 673.1.26. Поглощение (абсорбция) света .............................................................................. 713.1.25. Волновой пакет. Групповая скорость ....................................................................

743.2. Квантовая оптика.............................................................................................................. 783.2.1. Тепловое излучение и люминесценция ...................................................................783.2.2. Закон Кирхгофа .........................................................................................................783.2.3. Закон Стефана–Больцмана .......................................................................................813.2.4. Закон смещения Вина................................................................................................823.2.5. Формула Рэлея–Джинса. Ультрафиолетовая катострофа......................................833.2.6. Формула Планка.

Гипотеза о квантах .....................................................................863.2.7. Фотоэффект и его виды.............................................................................................883.2.8. Законы внешнего фотоэффекта................................................................................903.2.9. Фотонная теория света. Масса, энергия и импульс фотона ..................................913.2.10. Эффект Комптона .................................................................................................... 973.2.11. Давление света .........................................................................................................973.2.12.

Двойственная природа света ................................................................................ 1003.3. Квантовая механика ....................................................................................................... 1023.3.1. Гипотеза де Бройля..................................................................................................1023.3.2.

Дифракция частиц ...................................................................................................10423.3.3. Корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц вещества ................................ 1083.3.4. Физический смысл волн де Бройля ....................................................................... 1103.3.5. Соотношение неопределенностей Гейзенберга....................................................

1133.3.6. Понятие о волновой функции ................................................................................ 1153.3.7. Уравнение Шредингера .......................................................................................... 1183.3.8. Движение свободной частицы................................................................................ 1203.3.9. Частица в одномерной прямоугольной яме .......................................................... 1213.3.10. Гармонический осциллятор в квантовой механике ...........................................

1253.3.11. Прохождение частиц сквозь потенциальный барьер. Туннельный эффект .... 1263.3.12. Элементарная теория Бора ................................................................................... 1303.3.13. Квантово-механическая картина строения атома .............................................. 1333.3.14. Квантовые числа. Электронный газ в металле. Уровень Ферми ...................... 13633. Оптика и квантовая физикаЛЕКЦИЯ 13.1. Волновая оптика3.1.1.

Оптика. Шкала электромагнитных волнОптика – (от греч. optike – наука о зрительных восприятиях) – раздел физики, в которомизучаются оптическое излучение (свет), его распространение и явления, наблюдаемыепри взаимодействии света и вещества.Используя представление о световых лучах как о линиях, вдоль которыхраспространяется энергия света, на основе электромагнитной теории света (уравненийМаксвелла) удается получить простые правила поведения лучей, справедливые впредельном случае исчезающей малой длины волны.Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны, и поэтому оптика– часть общего учения об электромагнитном поле.Оптический диапазон длин волн ограничен, с одной стороны, рентгеновскими лучами,а с другой – микроволновым диапазоном радиоизлучения.

Такое ограничение условно и взначительной степени определяется общностью технических средств и методовисследования явлений в указанном диапазоне.По традиции оптику принято подразделять на геометрическую, физическую ифизиологическую.Геометрическая оптика, не рассматривая вопрос о природе света, исходит изэмпирических законов его распространения и использует представление о световых лучах,отражающихся и преломляющихся на границах сред с разными оптическими свойствамии прямолинейных в оптически однородной среде.Наибольшее значение геометрическая оптика имеет для расчета и конструированияоптических приборов – от очковых линз до сложных объективов и огромныхастрономических инструментов.Физическая оптика рассматривает проблемы, связанные с процессами испусканиясвета, природой света и световых явлений.Простейшие оптические явления, например возникновение теней и получениеизображений в оптических приборах, могут быть поняты в рамках геометрическойоптики.

Для понимания более сложных явлений нужна физическая оптика. Физическаяоптика позволяет установить границы применимости законов геометрической оптики. Беззнания этих границ формальное применение законов геометрической оптики можетпривести к результатам, противоречащим опыту.4Физиологическая оптика изучает строение и функционирование всего аппаратазрения – от глаза до коры мозга; разрабатывается теория зрения, восприятия света и цвета.Результаты физиологической оптики используются в медицине, физиологии, техникепри разработке разнообразных устройств – от осветительных приборов и очков доцветного кино и телевидения.Шкала электромагнитных волнВ зависимости от частоты или длины волны, а также способов получения и регистрацииразличают несколько видов электромагнитных волн:1) радиоволны;2) инфракрасное излучение;3) световое излучение;4) рентгеновское излучение;5) гамма излучение.Различные участки электромагнитного спектра отличаются по способу излучения иприёма волн, принадлежащих тому или иному участку спектра.