Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
40. Условия полного отражения света. Световоды.
При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную можно наблюдать явление полного отражения, то есть исчезновение преломленного луча. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол αпр, который называется предельным углом полного отражения света.
Явление полного отражения можно наблюдать на примере. Если налить в стакан воду и поднять её выше уровня глаз, то поверхность воды при рассмотрении её снизу кажется посеребрённой вследствие полного отражения света.
Если мы попытаемся из под воды взглянуть на то, что находится в воздухе, то при определённом значении угла, под которым мы смотрим, можно увидеть отражённое от воды дно.
Световод представляет собой закрытое устройство для направленной передачи света. Свет, попадающий на торец световода, может распространяться по нему на большие расстояния за счёт полного внутреннего отражения от боковых поверхностей. Использование световодов позволяет значительно уменьшить потери световой энергии при её передаче на расстояния, а также использовать криволинейные трассы. Научно-техническое направление, занимающееся разработкой и применением оптических световодов, называется волоконной оптикой.
41. Электромагнитная природа света. Монохроматизм и когерентность.
Под светом в настоящее время понимают электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.
Длина волн воспринимаемого электромагнитного излучения лежит в интервале от 0,38 до 0,76 мкм.
Электромагнитные волны поперечны.
На основании своих теоретических исследований Максвелл сделал вывод: свет имеет электромагнитную природу.
Электромагнитная природа света была подтверждена в опытах Герца, показавшего, что электромагнитные волны, подобно свету на границе раздела двух сред, испытывают отражение и преломление.
Монохромное излучение (от др.-греч. μόνος — один, χρῶμα — цвет) — электромагнитное излучение, обладающее очень малым разбросом частот, в идеале одной частотой (длиной волны).
Монохроматическое излучение формируется в системах, в которых существует только один разрешённый электронный переход из возбуждённого в основное состояние.
Примеры: лазеры, газоразрядные лампы, натриевая лампа, ртутная лампа.
Когерентность (от латинского cohaerens — находящийся в связи), взаимная согласованность протекания во времени световых колебаний в разных точках пространства и (или) времени, проявляющееся при их сложении. Колебания называются когерентными, если разность их фаз остаётся постоянной во времени и при сложении колебаний определяет амплитуду суммарного колебания.
42. Оптическая разность хода. Интерференцмя световых волн.
Оптическая разность хода - это разность оптических длин путей световых волн, имеющих общие начальную и конечную точки.
Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких когерентных световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности. Её распределение называется интерференционной картиной. Интерференция – одно из ярких проявлений волновой природы света. Это интересное и красивое явление наблюдается при наложении двух или нескольких световых пучков. Интенсивность света в области перекрывания пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра. С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света.
43. Интерференция света в тонких пленках.
При освещении тонкой пленки происходит наложение волн от одного и того же источника, отразившихся от передней и задней поверхностей пленки. При этом может возникнуть интерференция света. Если свет белый, то интерференционные полосы окрашены. Интерференцию в пленках можно наблюдать на стенках мыльных пузырей, на тонких пленках масла или нефти, плавающих на поверхности воды, на пленках, возникающих на поверхности металлов или зеркала.
Пусть на плоскопараллельную прозрачную пленку с показателем преломления п и толщиной d под углом i рис. 249 падает плоская монохроматическая волна (для простоты рассмотрим один луч). На поверхности пленки в точке О луч разделится на два: частично отразится от верхней поверхности пленки, а частично преломится. Преломленный луч, дойдя до точки С, частично преломится в воздух (п0=1), а частично отразится и пойдет к точке В. Здесь он опять частично отразится (этот ход луча в дальнейшем из-за малой интенсивности не рассматриваем) и преломится, выходя в воздух под углом i. Вышедшие из пленки лучи 1 и 2 когерентны, если оптическая разность их хода мала по сравнению с длиной когерентности падающей волны. Если на их пути поставить собирающую линзу, то они сойдутся в одной из точек Р фокальной плоскости линзы. В результате возникает интерференционная картина, которая определяется оптической разностью хода между интерферирующими лучами.
44. Дифракция волн и принцип Гюйгенса-Френеля.
Дифракцией называется огибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или в более широком смысле - любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики. Благодаря дифракции волны могут попадать в область геометрической тени, огибать препятствия, проникать через небольшие отверстия в экранах и т. д. Например, звук хорошо слышен за углом дома, т. е. звуковая волна его огибает.
Явление дифракции объясняется с помощью принципа Гюйгенса согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн задает положение волнового фронта в следующий момент времени.
45. Дифракция света на одной щели, дифракционная решетка.
Дифракционная решетка - это прибор, предназначенный для разложения света в спектр. Она представляет собой плоскую стеклянную или металлическую поверхность, на которой через строго определенные расстояния специальным резцом нарезаны узкие шероховатые бороздки (штрихи), не пропускающие свет. Сумма ширины ненарушенного промежутка и ширины бороздки называется постоянной решетки d (или периодом решетки). На стеклянных решетках наблюдения можно производить как в проходящем, так и в отраженном свете, на металлических - только в отраженном.
Рассмотрим дифракцию Фраунгофера на одной щели. Пусть на бесконечно длинную щель падает плоская световая волна Поместим за щелью собирающую линзу, а в фокальной плоскости линзы – экран. Фронт падающей волны, плоскость щели и экран параллельны друг другу.
Распределение интенсивности света при дифракции Фраунгофера можно найти с помощью принципа Гюйгенса–Френеля. Интенсивность в точке экрана Р обусловлена интерференцией вторичных волн, исходящих от всех элементарных участков щели. Причем эти волны распространяются в одном и том же направлении, характеризуемом углом j. Заметную интенсивность имеют при этом лишь волны, дифрагировавшие на малые углы.
Когда размеры отверстия велики по сравнению с длиной волны, напряженность поля на поверхности, совпадающей с плоскостью щели, можно считать такой же, какой она была в отсутствии экрана.
Разобьем открытую часть волновой поверхности на параллельные краям щели элементарные зоны шириной . Каждая такая зона становится источником вторичных волн. Вторичные волны, посылаемые этими зонами в направлении, определяемом углом j, соберутся в точке экрана Р. Каждая волна, испущенная элементарной зоной, создаст в точке Р колебание . Линза собирает в фокальной плоскости плоские волны. Поэтому амплитуда волны не зависит от расстояния до точки наблюдения. Ограничившись рассмотрением малых углов j, можно считать, что коэффициент . Тогда амплитуда колебания, возбуждаемого зоной в любой точке экрана, будет зависеть только от площади зоны. Площадь зоны пропорциональна ее ширине . Следовательно, колебания от каждой полоски имеют одинаковую амплитуду и отстают по фазе от колебания, создаваемого соседней полоской на одну и ту же величину , зависящую от угла дифракции .
46. Понятие формирования голографического изображения.
В отличие от обычной фотографии в голографии в светочувствительном слое регистрируется не оптическое изображение объекта съёмки, характеризующее распределение яркостей его деталей, а тонкая и сложная интерференционная картина отображения волнового фронта объекта голографирования . Эта картина формируется и регистрируется в толще эмульсионного слоя в виде специфического голографического изображения, представляющего собой дифракционные решётки разной пространственной частоты, которые в зависимости от применяемого способа голографирования располагаются в слое по-разному. Получаемые таким образом голограммы визуально выглядят как равномерные почернения.
47. Поляризация света. Способы его поляризации.
Световая волна состоит из многих цугив электромагнитных волн, излучаемых отдельными атомами.
Плоскость колебаний (плоскость колебаний светового вектора) для каждого цуга ориентирована случайно. Поэтому в естественном свете колебания различных направлений быстро и хаотично сменяют друг друга.
Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, называется поляризованным.
Поляризация света - Возникает, когда свет под определенным углом падает на поверхность, отражается и становится поляризованным. Поляризованный свет также свободно распространяется в пространстве, как и обычный солнечный свет, но преимущественно в двух направлениях - горизонтальном и вертикальном. «Вертикальная» составляющая приносит глазу человека полезную информацию, позволяя распознавать цвета и контраст. А "горизонтальная" составляющая создает "оптический шум" или блеск.
48. Двойное лучепреломление.
ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ - раздвоение светового луча при прохождении через анизотропную среду, обусловленное зависимостью показателя преломления (а следовательно, и скорости волны) от её поляризации и ориентации волнового вектора относительно кристаллографич. осей, т. е. от направления распространения (см. Кристаллооптика, Оптическая анизотропия). При падении световой волны на поверхность анизотропной среды в последней возникают две преломлённые волны, имеющие разную поляризацию и идущие в разных направлениях с разл. скоростями. Отношение амплитуд этих волн зависит от поляризации падающей волны. Различают линейное и эллиптическое Д. л. в зависимости от свойств и симметрии кристаллов.
49. Распространение света в веществе. Дисперсия света.
Распространяясь в веществе электромагнитное поле световой волны вызывает вынужденные колебания связанных зарядов (электронов, ионов). Колеблющиеся с частотой вынуждающей силы заряды являются источником вторичных волн. Если среда однородна и изотропна, то в результате наложения первичной и вторичной волн образуется проходящая волна, фазовая скорость которой зависит от частоты. Если в среде имеются неоднородности, то дополнительно происходит рассеяние света. На границе раздела двух сред в результате интерференции первичной и вторичной волн образуется отраженная и преломленная волна.
Прохождение света через вещество также сопровождается поглощением света, т.е. потерей энергии волны.
Свет, проходя через трехгранную призму, преломляется и при выходе из призмы отклоняется от своего первоначального направления к основанию призмы. Величина отклонения луча зависит от показателя преломления вещества призмы и показатель преломления зависит от частоты света. Зависимость показателя преломления вещества от частоты (длины волн) света называется дисперсией.
50. Поглощение света. Квантовомеханические причины.
Поглощением света называется явление потери энергии световой волной, проходящей через вещество. В результате поглощения интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается.
Про квантовомеханические причины поглощения света даже google не слыхал…
51. Рассеяние света.
РАССЕЯНИЕ СВЕТА, отклонение распространяющегося в среде светового пучка во всевозможных направлениях. Свет рассеивается на неоднородностях среды, на частицах и молекулах, при этом меняется пространственное распределение интенсивности, частотный спектр, поляризация света. Рассеяние света зависит от частоты света, размера рассеивающих частиц. Рассеянием солнечного света на молекулах воздуха объясняется голубой цвет неба, а рассеянием на частицах пыли и водяных парах - яркие зори при восходе и заходе Солнца.
52. Фотоэлектрический эффект, давление света.
Фотоэффе́кт — это испускание электронов веществом под действием света (и, вообще говоря, любого электромагнитного излучения). В конденсированных веществах (твёрдых и жидких) выделяют внешний и внутренний фотоэффект.
ДАВЛЕНИЕ СВЕТА - давление, оказываемое светом на отражающие и поглощающие тела, частицы, а также отдельные молекулы и атомы;
53. Постулаты Бора. Строение атома водорода.
Первый постулат:
Атомы имеют ряд стационарных состояний соответствующих определенным значениям энергий: Е1, Е2...En. Находясь в стационарном состоянии, атом энергии не излучает и не поглощает, несмотря на движение электронов.
Второй постулат:
В стационарном состоянии атома электроны движутся по стационарным орбитам, для которых выполняется квантовое соотношение:
m•V•r = n•h/2•p
где m•V•r =L - момент импульса, n=1,2,3...,h-постоянная Планка.
Третий постулат:
Излучение или поглощение энергии атомом происходит при переходе его из одного стационарного состояния в другое. При этом излучается или поглощается порция энергии (квант), равная разности энергий стационарных состояний, между которыми происходит переход: ε= h• ν= Em-En
Или попроще:
Первый постулат. Атом может находиться не во всех состояниях, допускаемых классической физикой, а только в особых стационарных состояниях, каждому из которых соответствует своя определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает.
Второй постулат. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое излучается или поглощается фотон, равной разности энергии стационарных состояний.
Третий постулат. В стационарном состоянии электрон может двигаться только по определенной орбите.
Обычный водородный атом (протий) состоит из двух фундаментальных частиц (протона и электрона) и имеет атомную массу 1. Из-за огромной скорости движения электрона (2,25 км/с или 7Ч1015 об./с) и его дуалистической корпускулярно-волновой природы невозможно точно установить координату (положение) электрона в любой данный момент времени, но имеются некоторые области высокой вероятности нахождения электрона, и они определяют размеры атома.
54. Излучение возбужденных атомов.
Излучение обычных возбужденных атомов соответствует дипольному излучению в классической электродинамике; излучение метастабильных атомов-квадрупольному и более высоких порядков излучению.
Спонтанным называется излучение возбужденного атома, переходящего самопроизвольно из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией; при спонтанном излучении направления, в которых испускаются кванты, случайны; энергия испущенных квантов имеет случайную величину в пределах определенной ширины перехода; момент испускания кванта является случайным, а время, в течение которого испускается квант, лежит в пределах времени жизни атома в возбужденном состоянии.
Вынужденным называется излучение возбужденного атома, испускаемое при переходе в состояния с меньшей энергией под действием поля излучения резонансной частоты; при вынужденном излучении все кванты идентичны по частоте, моменту и направлению испускания.
55. Дифракция электронов и корпускулярно-волновой дуализм.
Корпускуля́рно-волново́й дуали́зм — принцип, согласно которому любой объект может проявлять как волновые, так и корпускулярные свойства. Был введён при разработке квантовой механики для интерпретации явлений, наблюдаемых в микромире, с точки зрения классических концепций. Как классический пример, свет можно трактовать как поток корпускул (фотонов), которые во многих физических эффектах проявляют свойства электромагнитных волн. Свет демонстрирует свойства волны в явлениях дифракции и интерференции при масштабах, сравнимых с длиной световой волны. Например, даже одиночные фотоны, проходящие через двойную щель, создают на экране интерференционную картину.
Наглядной демонстрацией корпускулярно-волнового дуализма считается опыт дифракции электронов. Если в этом опыте детектором электронов служит люминесцирующий экран или фотопластинка, то каждый отдельный электрон отмечается на них точечной вспышкой или засветкой, а их совокупность образует картину чередования сильно и слабо засвеченных полос, характерную для дифракции некоей волны. Принято объяснять это тем, что электрон обладает свойствами и волны и частицы, что он дуалистичен.
56. Виды ядерных реакций. Период полураспада радиоактивных элементов.
Ядерная реакция – это превращение атомных ядер при взаимодействии с элементарными частицами (в том числе и с γ-квантами ) или друг с другом.
о механизму взаимодействия ядерные реакции делятся на два вида:
реакции с образованием составного ядра, это двухстадийный процесс, протекающий при не очень большой кинетической энергии сталкивающихся частиц (примерно до 10 МэВ). прямые ядерные реакции, проходящие за ядерное время, необходимое для того, чтобы частица пересекла ядро. Главным образом такой механизм проявляется при больших энергиях бомбардирующих частиц.
ПЕРИОД ПОЛУРАСПАДА, промежуток времени, в течение которого распадается половина данного количества ядер радиоактивного изотопа (которые превращаются в другой элемент или изотоп). Измеряется только период полураспада, так как полного распада не происходит. Период полураспада остается постоянным при любой температуре и давлении, но сильно отличается у разных изотопов.
57. Импульс фотона. Эффект Комптона.
Импульс фотона — это импульс элементарной частицы (фотона), квант электромагнитного излучения (в узком смысле — света). Это частица, способная существовать и иметь массу только двигаясь со скоростью света.
Фотон — это элементарная частица, которая всегда движется со скоростью света, а если остановится (что невозможно), то масса фотона станет нулевой, то есть масса покоя будет равняться 0. Следовательно, масса фотона отличается от массы таких элементарных частиц, как электрон, протон и нейтрон, которые обладают отличной от нуля массой покоя и могут находиться в состоянии покоя.
ЭффектКомптона – рассеяние электромагнитного излучения на свободном электроне, сопровождающееся уменьшением частоты излучения (открыт А. Комптоном в 1923 г.). В этом процессе электромагнитное излучение ведёт себя как поток отдельных частиц – корпускул (которыми в данном случае являются кванты электромагнитного поля - фотоны), что доказывает двойственную – корпускулярно-волновую – природу электромагнитного излучения. С точки зрения классической электродинамики рассеяние излучения с изменением частоты невозможно.
58. Волновая функция. Гипотеза де Бройля.
Волнова́я фу́нкция, или пси-функция — комплекснозначная функция, используемая в квантовой механике для описания чистого состояния системы.
Физический смысл волновой функции заключается в том, что согласно копенгагенской интерпретации квантовой механики плотность вероятности нахождения частицы в данной точке конфигурационного пространства в данный момент времени считается равной квадрату абсолютного значения волновой функции этого состояния в координатном представлении.
Проводя аналогию между квантом, де Бройль предположил, что движение электрона или какой-либо другой частицы, обладающей массой покоя, связано с волновым процессом.
Гипотеза де Бройля устанавливает, что движущейся частице, обладающей энергией E и импульсом p, соответствует волновой процесс, частота которого равна:
а длина волны:
где p - импульс движущейся частицы.