МЭИ(ТУ) Физика

интерференции от двух точечных источников, причём мы наблюдаем интерференцию во всём пространстве перекрытия волн. Для того чтобы получить картину интерференции, которую мы наблюдаем в оптике, на экране, нужно мысленно провести плоскость, параллельную линии, соединяющей источники волн. При изменении расстояния между зубцами интерференционная картина меняется.

Поставим на пути плоской волны две щели. Благодаря дифракции образуются два расходящихся пучка, которые создают интерференционную картину в зоне перекрытия. Меняя ширину щелей, можно видеть изменение интерференционной картины.

Вновь поставим на пути плоской волны экран. Теперь мы можем наблюдать отражение волны от плоского экрана. При этом прямая и отражённая волны могут интерферировать.

При опредёленном положении экрана может наблюдаться интерференция прямой и отражённой волны, которая аналогична явлению, наблюдаемому в оптике в схеме зеркала Ллойда.

Интерференция в тонких плёнках. Мыльная плёнка

Опускаем кольцо в мыльный раствор. В результате в кольце образуется клинообразная мыльная плёнка переменной толщины. Толщина плёнки меняется из-за стекания воды сверху вниз. Интерференционную картину, представляющую собой полосы равной толщины, можно наблюдать на самой плёнке.

Эту же картину можно наблюдать в проекции на экране. Здесь картина перевёрнута. При стекании толщина плёнки уменьшается и она разрывается.

Интерференция в тонких плёнках. Кольца Ньютона

Кольца Ньютона являются примером интерференции света в тонких плёнках. Роль тонкой плёнки играет воздушный зазор между стеклянной подложкой и выпуклой поверхностью линзы, лежащей на подложке.

Установка позволяет наблюдать интерференционную картину в отражённом и проходящем свете. Картина представляет собой так называемые полосы равной толщины.

В отражённом свете в центре картины наблюдается минимум, т. е. тёмное пятно. В проходящем свете в центре мы видим светлое пятно.

Волновая машина со связями

Это модель распространения волн в упругой среде.

Установка представляет собой систему маятников, связанных между собой пружинками. Источником возмущения является массивный маятник, расположенный в начале цепочки. Раскачиваясь, он вовлекает за собой в процесс колебаний соседний маятник. В результате мы можем наблюдать процесс распространения колебательного движения, передаваемый по цепочке.

В целом мы видим поперечную бегущую волну. В частности же каждый из грузиков участвует в колебательном движении около положения равновесия.

Волновая машина

Установка позволяет моделировать процесс распространения поперечных волн. Шарики, колеблющиеся с некоторым запаздыванием друг относительно друга, создают иллюзию поперечной бегущей волны.

Эта же установка позволяет наблюдать и продольные волны.

Дифракция света. Дифракционная решётка

Лазерный луч, пройдя через дифракционную решётку, образует целый веер лучей, создающих на экране дифракционную картину. Так как за решёткой нет собирающей линзы, на экране мы видим не узкие полосы, а широкие пятна. В центре располагается максимум нулевого порядка. Максимум первого, второго и более высоких порядков располагаются симметрично слева и справа от центрального максимума.

Если взять решётку с меньшим периодом, т. е. с большим числом штрихов на миллиметр, то максимумы более высоких порядков удаляются от центрального на большее расстояние.

Если взять решётку с ещё большим количеством штрихов на миллиметр, то максимум первого порядка уходит от нулевого на несколько метров.

Дифракцию можно наблюдать на любой периодической структуре, в том числе на проволочной сетке.

Можно наблюдать дифракцию и на скрещенных дифракционных решётках.

Дифракция света. Дифракция от одной щели

Луч лазера, пройдя через узкую щель, дифрагирует и образует на экране дифракционную картину. Уменьшая ширину щели, мы можем наблюдать, как дифракционные максимумы высших порядков удаляются от максимума нулевого порядка. При очень узкой щели максимум нулевого порядка расползается, занимая весь экран.

При расширении щели центральный максимум сужается, максимумы более высокого порядка сближаются и сливаются с центральным. При этой ширине щели дифракционная картина практически та же, что должна быть по законам геометрической оптики, – изображение является геометрически подобным предмету, т. е. щели.

Поляризация света. Закон Малю (Малюса)

При прохождении через анизотропную среду можно наблюдать явление поляризации света, так как свет – это поперечная электромагнитная волна.

Поляризованный свет можно получить из естественного с помощью приборов, называемых поляризаторами. Эти приборы пропускают колебания, которые параллельны главной плоскости поляризатора. Колебания, перпендикулярные этой плоскости, они задерживают.

Если на пути света, прошедшего через поляризатор, поставить еще один такой же прибор, называемый анализатором, то интенсивность света, прошедшего через два таких прибора, зависит от угла между плоскостями поляризатора и анализатора. Она пропорциональна квадрату косинуса этого угла. Если плоскости поляризатора и анализатора совпадают, то интенсивность прошедшего света максимальна, если они взаимно перпендикулярны – равна нулю.

Двойное лучепреломление

При прохождении света через анизотропные кристаллы наблюдается двойное лучепреломление. Это явление заключается в том, что упавший на кристалл луч разделяется внутри него на два луча, распространяющиеся с разными скоростями.

Возьмём пластину одноосного кристалла, оптическая ось которого составляет некоторый угол α с гранью этого кристалла. Пусть луч света падает перпендикулярно грани кристалла. Внутри кристалла он разбивается на два луча – обыкновенный и необыкновенный. Обыкновенный луч, подчиняясь законам геометрической оптики, вы-

При быстром вращении благодаря инерционности зрения человека мы воспринимаем эти цвета как бы наложенными друг на друга, т. е. видим белый цвет.

Давление света

Прибор представляет собой вертушку, помещённую в колбу, из которой откачан воздух. Лопасти вертушки с одной стороны зеркальны, а с другой стороны зачернены. От одной из сторон свет отражается, а другой стороной поглощается. В результате импульсы сил, получаемых каждой из этих сторон при освещении, отличаются в два раза. За счет этой разности при освещении вертушка начинает закручиваться, что и подтверждает факт давления света. Эту же картину можно наблюдать в проекции на экране.

Зонная пластинка

Имеется зонная пластинка, перекрывающая чётные (или нечётные) зоны Френеля. Рядом с ней расположено круглое отверстие того же диаметра, в котором все зоны Френеля открыты.

При прохождении света через круглое отверстие на экране можно наблюдать обычное светлое пятно, размеры которого соответствуют законам геометрической оптики. Если же свет проходит через зонную пластинку, то вместо пятна на экране мы видим яркую светящуюся точку, освещённость которой существенно выше, чем яркость соседнего пятна от открытого отверстия. Следовательно, зонная пластинка работает здесь как собирающая линза.

ВОПРОСЫ ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ БИЛЕТОВ по курсу физики, III семестр ИЭЭ, группы Э1-14-05

1.Фотон и его свойства. Корпускулярно-волновая двойственность свойств света

2.Внешний фотоэффект

3.Корпускулярно-волновая двойственность свойств вещества. Гипотеза де Бройля

4.Соотношения неопределённостей Гайзенберга

5.Квантовомеханическое описание движения частицы. Волновая функция

иеё свойства

6.Временное и стационарное уравнение Шрёдингера

7.Частица в одномерной потенциальной яме бесконечной глубины. Квантование энергии

8.Потенциальный барьер. Туннельный эффект

9.Квантовомеханическая модель атома водорода. Уравнение Шрёдингера

иего решение для основного состояния

10.Энергетический спектр и спектр излучения атома водорода

11.Квантование момента импульса и проекции момента импульса

12.Классификация состояний электрона в атоме. Спин электрона

13.Многоэлектронные атомы. Принцип Паули

14.Спонтанное и вынужденное излучение

15.Лазеры. Свойства лазерного излучения

16.Методы описания состояния макросистемы. Химический потенциал

17.Фазовое пространство в классической и квантовой физике

18.Функция распределения и её физический смысл 19.Статистики Максвелла-Больцмана, Бозе-Эйнштейна и Ферми-Дирака.

Критерий вырождения газа 20.Статистика Максвелла-Больцмана. Распределение молекул идеального

газа по энергиям 21.Тепловое излучение и его характеристики. Чёрное тело

22.Фотонный газ. Статистика Бозе-Эйнштейна. Распределение фотонов по энергиям

23.Формула Планка. Законы излучения чёрного тела

24.Оптическая пирометрия 25.Модель свободных электронов в металле. Статистика Ферми-Дирака.

Распределение электронов по энергиям 26.Электронный газ в металле при абсолютном нуле температуры. Энергия

Ферми. Влияние температуры на функции распределения электронов в металле

27.Электропроводность металлов. Закон Ома

28.Сверхпроводимость

29.Зонная теория твёрдого тела. Расщепление энергетических уровней в кристалле

30.Разрешённые и запрещённые зоны. Валентная зона и зона проводимости. Деление твёрдых тел на проводники, диэлектрики и полупроводники с точки зрения зонной теории твёрдого тела

31.Собственная проводимость полупроводников. Зависимость электропроводности полупроводников от температуры

32.Примесная проводимость полупроводников 33.Работа выхода. Контакт двух металлов. Внешняя и внутренняя контакт-

ная разность потенциалов

34.Контакт двух полупроводников. p-n-переход. Вольтамперная характеристика полупроводникового диода

35.Внутренний фотоэффект. Фотовольтаический эффект

36.Несамостоятельная проводимость газов

37.Самостоятельная проводимость газов. Тлеющий разряд

38.Плазма

39.Электролиты. Электролитическая диссоциация

40.Электролиз. Законы Фарадея

41.Электропроводность электролитов 42.Атомное ядро. Нуклон. Заряд, масса и размер ядра 43.Энергия связи атомного ядра и дефект масс 44.Ядерные силы 45.Радиоактивность 46.Ядерные реакции

47.Реакция деления ядра. Цепная ядерная реакция. Критическая масса 48.Реакция синтеза атомного ядра