Сборник задач по физике Варианты контрольной работы

Волновая оптика. Квантовая природа излучения

В настоящее время волновая оптика является частью общего учения о распространении волн. При изучении явлений интерферен­ции, дифракции, объясняемых с позиций волновой_ природы света, студент должен обратить внимание на общность этих явлений для волн любой природы. Но световые волны имеют специфические особенности: когерентность, монохроматичность, которые обуслов­лены конечной длительностью свечения отдельного атома.

При изучении интерференции света особое внимание следует обратить на такие вопросы, как цвета тонких пленок, полосы рав­ной толщины и равного наклона. Следует помнить, что при интер­ференции света имеет место суперпозиция, связанная с перераспре­делением энергии, а не с взаимодействием волн.

Рассматривая явление дифракции, необходимо уяснить метод зон Френеля, уметь пользоваться графическим методом сложения амплитуд, что будет способствовать пониманию дифракции на од­ной щели, дифракционной решетке. Кроме того, необходимо изу­чить дифракцию на пространственной решетке и уметь пользовать­ся формулой Вульфа—Брэгга, являющейся основной в рентгено-структурном анализе, имеющем важнейшее практическое применение.

Изучение явлений интерференции и дифракции света должно подготовить студента к пониманию основ волновой (квантовой) механики и физики твердого тела.

Поперечность световых волн была экспериментально установ­лена при изучении явления поляризации света, которое имеет боль­шое практическое применение. При изучении этого явления особое внимание следует обратить на способы получения поляризованно­го света и применение законов Брюстера, Малюса, на явление вра­щения плоскости поляризации в кристаллах и растворах, эффект Керра. 

Изучая явление дисперсии света, необходимо уяснить сущность электронной теории этого явления, отличие нормальной дисперсии от аномальной.

Четко представлять такие понятия, как фазовая и групповая скорость, знать связь между ними и показать их равенство при отсутствии дисперсии. Следует представлять, что при движении заряженных частиц в веществе в том случае, когда их скорость движения превышает фазовую скорость световых волн в этой сре­де, возникает излучение Вавилова—Черенкова, которое нужно рас­сматривать как классическое явление.

Переход от классической физики к квантовой связан с пробле­мой теплового излучения и, в частности, с вопросом распределе­ния энергии по частотам в спектре абсолютно черного тела. Изу­чая тему «Квантовая природа излучения», необходимо знать гипо­тезу Планка о квантовании энергии осцилляторов и уяснить, что на основании формулы Планка могут быть получены законы Сте­фана—Больцмана и Вина.

Развитие гипотезы Планка привело к созданию представле­ний о квантовых свойствах света. Кванты света получили название фотонов. С позиций квантовой теории света объясняются такие явления, как фотоэлектрический эффект и эффект Комптона. При изучении фотоэффекта следует знать формулу Эйнштейна и на ее основании уметь объяснить закономерности, установленные Столе­товым.

Рассматривая эффект Комптона, необходимо обратить внима­ние на универсальный характер законов сохранения, которые ока­зываются справедливыми в каждом отдельном акте взаимодейст­вия фотона с электроном.

Изучая световое давление, важно понять, что это явление мо­жет быть объяснено как на основе волновых представлений о све­те, так и с точки зрения квантовой теории.

В итоге изучения этого раздела у студента должно сформиро­ваться представление, что электромагнитное излучение имеет двой­ственную корпускулярно-волновую природу (корпускулярно-волновой дуализм). Корпускулярно-волновой дуализм является проявле­нием взаимосвязи двух основных форм материи: вещества и поля.

Контрольная работа № 5 построена таким образом, что дает возможность проверить знания студентов по разделу «Волновая оптика и квантовая природа излучения». В нее включены задачи на расчет картины интерференции от двух когерентных источников, интерференцию в тонких пленках, полосы равной толщины и рав­ного наклона. Тема «Дифракция света» представлена задачами: дифракция в параллельных лучах на одной щели, на плоской и пространственной дифракционных решетках.

Задачи по теме «Поляризация света» охватывают такие вопросы, как применение законов Брюсгера, Малюса, использование формул Френеля для определения степени поляризации, вращение плоскости поляризации в растворах и кристаллах.

Задачи на дисперсию и поглощение света затрагивают такие вопросы, как определение фазовой и групповой скорости  эффект Вавилова—Черенкова, закон Бугера.

Задачи по теме «Квантовая природа излучения» включают та­кие вопросы, как законы теплового излучения, фотоэффект, эффект Комптона, давление света.

Основные законы и формулы

Показатель преломления сре­ды (абсолютный)

Оптическая длина пути луча

L=nl

Оптическая разность хода двух световых волн

Условие максимума интенсивности света при интерференции 

Условие минимума интенсив­ности света при интерференции

Линейное и угловое расстоя­ние между соседними интерфе­ренционными полосами на эк­ране, расположенном парал­лельно двум когерентным ис­точникам света

Оптическая разность хода световых волн в тонких плен­ках в отраженном и проходя­щем свете (показатель прелом­ления пленки больше показате­ля преломления окружающей среды)

Радиус темных колец Нью­тона в отраженном свете

Радиус светлых колец Нью­тона в отраженном свете

Условие дифракционных мак­симумов от одной щели

Условие дифракционных ми­нимумов от одной щели

Условие главных максиму­мов дифракционной решетки

Формула Вульфа—Брэгга для дифракционных рентгенов­ских лучей

Разрешающая сила дифрак­ционной решетки

Формулы Френеля для отраженногр естественного света от диэлектриков

Степень поляризации света

Закон Брюстера

Закон Малюса

Разность хода лучей, про­шедших пластинку исландского шпата (или кварца), вырезан­ную параллельно оптической оси, в случае нормального па­дения света

Угол поворота плоскости по­ляризации монохроматического света при прохождении через оптически активное вещество;

кристаллы

растворы

Связь между групповой (u) и фазовой (υ) скоростями волн

Условие возникновения из­лучения Вавилова—Черенкова

υ>c/n

Закон Стефана—Больцмана

Закон смещения Вина

Связь между энергетической светимостью и энергетической яркостью для абсолютно чер­ного тела

Энергия фотона

Масса фотона

Импульс фотона

Давление света при нор­мальном падении на поверх­ность с коэффициентом отра­жения р

Закон Бугера

Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта:

при Г<5 кэВ

 при Г>5 кэВ

Красная граница фотоэф­фекта

 или

Изменение длины волны при эффекте Комптона

Правила Кирхгофа Для разветвленных цепей сформулированы два правила, которые позволяют рассчитать ток и напряжение на любых участках. Назовем узлом точку, в которой сходится не менее трех токов. Если в цепь не включен конденсатор, то заряд в узле не теряется, поэтому сумма токов, входящих в узел и токов, выходящих из узла, должна быть одинакова. Токи, входящие в узел возьмем со знаком "+", а выходящие из узла со знаком "-", тогда первое правило Кирхгофа имеет вид: Сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю.
Основы конструирования http://kmatem.ru/ Типовые задачи контрольной по математике Машиностроительное черчение Оформление чертежей Закон Ома для однородного участка цепи