Д.В. Белов - Электромагнетизм и волновая оптика

'■'■v V, i" '* ,':IIt| Ш С ( Ш С № І ОРДЕШ. ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОИ Р В В О Ш ЩИ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСВЮГО ЗНАМЕНИГОСШРСТВЁННЫИ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.В.ЛОМОНОСОВАФизический факультетД.В.БеловЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ И ВОЛНОВАЯ ОПТИКА«чдатѳлье-рво Мосясоесксйю /г а ш р с и т е т э■ШББК 22.33Б 43УДК530.10РѳцѳнзѳвФн:докторфизико-математическихнаук, профессорК.П.Бѳлов,докторфіаико-матѳматичѳскихнаук, профессорБ.А.СтруковПечатаетсяпопостановлениюРедакционно-издательского советаМосковскогоуниверситетаБ 43БеловД.В.Электромагнетизм и волновая оптика: Учебное пособие. М.: Изд-во МГУ, 1994.

- ZOt с.ISBN5-211-03156-3Учебноепособие представляетсобойсжатое изложение разделов"Электромагнетизм" и "Волновая оптика" лекционного курса о(Яцѳ|а^ики. ^ент сделан на выявлении смысловой стороны основныхфизическихзаконови логикеихприменениядляобъясненияявлений, аненаширотеохватапроблем.циальностей университетов SДля студентов нефизических спедругихвузов.ББК 22.33077(02)-94 - заказноеISBN5-211-03156-3@Московскийгосударственныйуниверситет, 1994ОГЛАВЛЕНИЕ.........

...............................Частьі.ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ5..........ГлаваI . ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕПОЛЕВВАКУУМЕ ..............6§I. Понятие об электростатическомполеи електршеском6заряде ............ ............................§2. Напряженность .............. ...................10§3. Потенциал ......................................21ГлаваII.§4.§5.§6.ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕПОЛЕИВЕЩЕСТВО ............Щюводшік в электростатическомполе ...........Диэлектрикв электростатическомполе ..........Электростатическоеполеприналичиивещества ...29293747Глава III. ПОСТОЯННОЕМАГНИТНОЕПОЛЕ ....................§7. Общие свойствапостоянногомагнитногополя ....§8.

Силы, действующиевмагнитнсяі поле .............$ 9. Магнитноеполеприналичиивещества ......... .51516571ГлаваIY. ЗАКОНЫЭЛЖТРИЧЕСКОГОТ(ЖА ............. ....... 78§10. Постоянней ток ......... ...................... 78§II. Квазистационарные токи .......................85S 12. Синусоидальныйток ..... ...................... 9Н§13. Электрическиеколебания ......................

10%ГлаваV . ЭЛИСТРОМАГНИИЮЕІШЕ ........ .................. 11/§14. ТеорияМаксвелла ............... .............. H f§15. Электромагнитныеволны ............ ........... 11?Часть IIВведениеВОЛНОВАЯОПТИКА..... .............................................. .12і;Глава I. ИНТЕРШтаЦИЯ СЖЕТА ............................. IZS§16. Понятиеобинтерференции ..................... і£Г§17. Ксгзрентность ................................ 1?>?§ 18. Штерференционнаякартинаотдвухточечныхмоно­хроматическихисточников света ............... I3f§19.

Оптическаяразностьхода ............ .........136§20. Некоторыеинтерференционныесхемы ............ 13S§21. Влияниеразмеровисточника светанаинтерференци­оннуюкартину .......... ...................... 140§22. ВлияниенемонохроматичностиисточникасветанаинтерференционнуюKaptnray.................... 142.3т... ............ 143§23.

Интерференцияв товхшсmiedcax§24. Щшменѳния интерференции .....................ГлаваII. ДЮРАКЩИ (ЖЕТА .............................. IVj§25. Понятиеодифракциисвета ....................§26. Щшнцип Гшйгенса- Френеля .................... 150§27. МетодзонФренеля ........................... . 15Я,§28. Методвекторныхдиаграш ...,................. 153§29. ДифракцияФренелянакругломотверстии ....... i S f5 30. Зоннаяпластинка ............................. iS’f§31.

Дифракция^неля накругломдиске ........... 1 f t§32. Ди9^>акцияі^раунгоферанащели ................ 1^«§33. ШСракционнаярешеткавмоно:фОматическомсвете .163§34. Ди4Еракционнаярешеткакак спектральннйаппарат . 166§35. Разрешающаясилаобъектива ................... ITOГлава III. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА ............................ Ш§36. Естественныйиполяризованныйсвет ........... 17Я§ 37.

Оптическаяанизотропиядвоякопрелонляющихкристал­лов ........................... ............... H f§38. ПостроениеПойгенсадляодноосныхкристаллов .. IfS§39. Интерференцияполяризованныхлучей ........... из§40. апяиптическаяикруговаяполяризация света .... 136§41. Искусственнаяоптическаяанизо^пия ......... ISS$ 42. Вращениеплоскостиполяризации ............... 19Р§43. Поляризациясветащ » отраженииипреломлениинаграницеразделаизотропныхдиэлектриков ...... /Sv^Д1ISГлаваIY. ВЗДИМОДгіСТВИБСВЕТАСБВЩВСТВОМ§ 44.

Классическаямодельосцилляторов ........ .....$ 45. Дисперсия света .............................. I9t§46. Поглощение света ............................. 201§47. Рассеяние света ............. ................. 20^ПРЕЩИСЛОВИЕПредлагаемое пособиенаписанонаосновекурса лекций, читавше­гося авторомнапротяжениирядалет студентамгеофизического отде­лениягеологическогофакультетаМГУ, и охватываетматериал второгосеместра (электромагнетизмиволноваяоптика) трехсеместровогокур­сафізики. Помимо студентовгеофизиковономожетбыть использованостудентамигеологического (общийпоток), географического, биологи­ческогоипочвенногофакультетов стойоговоркой, что здесьне ос­вещенрядтем (электрические имагнитные свойствавещества, элемен­та атомнойфазшая. иквантовойоптики), входящихвпрограммудвухсе­местровыхкурсовфизики.

Рассмотрение этихвопросовможно найти вдругихпособияхи учебниках, например, в известном "Курсе физики"И.В.Савельева.Небольшойобъемизданиязаставилограничитьсяизложением чистотеоретическогоматериалаи оставитьв стороне вопросы прикладногохарактера, ссылкиналекционные демонстрации, разборзадач. Поэтомудостаточнополноепредставление орассматриваемыхявлениях настоя­щеепособиеможетдатьлишьв сочетаниислекционнымкурсоми семи­нарами.Авторнеразделяетраспространеннойточкизрения, что студен­тамнефизическихспециальностейдостаточно иметь полукачественныепредставленияокартинефизическогоміфа, и стремилсяк тому, чтобыизложениематериала, пустьограниченного по тематике, <яіло дос­таточно строгими аргументированным, содействуяразвитиюу студен­товнаучногомышленияи утверждаявзгляднафизику как на точнуюввуку.№ражаю огромнуюблагодарностьГ.Ё.Пустоважву заплодотворныедаскуссии (ИМ же выполненывсерисунки) иВ.Л.Кагану заряд ценныхзамечаний.

ВесьмапризнателентакжеГ.П.Всробьевуи Л.В.Шфоговой,оомогавшимгот<»ать рукописькпечати.ЧАСТЬ IЭ Л Е К Т Р О М А Г Н Е Т И З МГлава IЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕПОЛЕВВАКУУМЕ§1 . ПОНЯТИЕ ОБЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМПОЛЕИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМЗАРЯДЕЭлектростатическоепале. Какхорсшоизвестноизшкольногокур­сафизики, заряженныеталавзаимодействукггдруг сдругом посредст­вом электромагнитногополя. Мы начнемизучение этого взаимодейст­вияс частногослучая, когдазаряженныетеланеподвижны ивнихот­сутствуют электрическиетоки, т.е. распределениезарядавпростран­ственеизменяется совршенш.

Щ)и этом, естественно, постоянны вовршени ивсехарактеристикиполя, порождашоготакимителами - ононазывается электростатическим.Цельюнастоящей глаш являетсяизучениеосновных свойств элек­тростатическогополя, независящихот специфических электрическихсвойствведѳства. Для этогонеобходимо ввестифизические величины,характеризувдиезаряженныетелаи электростатическоеполе, и уста­новитьзаконы, которымониподчиняются.Электрический заряд. Изучение электростатических взаимодейст­вийприводиткзаключению, чтозаряженноетеломожно охарактеризо­ватьскалярнойфизическойвеличиной - электрическимзарядом, от величины изнакакоторогозависитвзаимодействиетеласдругими заряженнымителами.Определениезаряда, какивсякойдругой физической величины,будет неполным, еслинеуказатькак, по крайней мере в принципе,егоможноизмерить.

Для измерениязарядаможно, например, поступитьследущим образсаі. Будемпомедатьводну итужеточку какого-либоэлектростатическогополяпоочереднозаряженныетелаиинтересовать­сясилами, действующиминанихсостороныполя. Если размеры тел,какпорождающихполе, такивносимых в него, существенно меньшерасстояниймеждутелами, то опытпокажет, чтоисследуемыесилыдей­ствуютвдольоднойпрямой, HO нанекоторыетела- водном направле­нии, анадругие - впротивоположном.

Первые тела характеризуютсязарядамиодногознака, вторые- зарядамидругогознака. Модульсилыоказываетсяпропорциональныммодулюзарядатела, вносимогов поле:(1 .1 )Чтобы убедиться в этом, нет необходимости уметь измерять заряд, до­статочно иметь возможность уменьшать его в несколько раз. Этомокносделать, приводя в соприкосновение заряженный металлический шарик снесколькими точно такими же незаряженными шариками. Так как шарикиодинаковы, заряд разделитсямежду ними поровну, если, конечно, за­ранее предположить, что в процессе перераспределения зарядов сум­марный заряд сохраняется.Согласно (1.1) модули силілТ^, действующих натела с за­рядами соответственно Qj и , помещайте поочередно в одну иту жеточку поля, относятся как модули этих зарядов: FjZFg=Iqj l/iqg I-Еслипервое тѳло осіладаѳт зарядом, принятым за единицу измерения заріща(IqjI=I ѳд.зар.), TC модуль второго заряда Iql, подлежащий измере­нию, равен(1.2 )В CM за основную электрическую единицу принимается единицаси­лы тока - ампер (см.

далее с.66), а единица заряда - кулон (Кл)является производной и соответствует заряду, протекающшу за I се­кунду через сечение проводника, по которшу течет ток с силой токав I ампер.В настоящее время хорошо известно, что заряд тел обусловленналичием электрического заряда у элементарных частиц, входящих всостав атомов: положительного - упротонов и отрицательного - уадектронов. Эти, как идругие заряженные элементарные частицы, об­ладают элементарным электрическим зарядом, величина ксторого(1.3)яа^яется минимальной существующей в природе порцией заряда (на раз­рабатываемой впоследние годытеории кварков мы нѳ останавливаемся).Полный заряд тела(1.4)гдеNp-число протонов, Ne- число электронов.