![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Федеральное агентство морского и речного транспорта
- •Предисловие
- •Лекция 1 Элементы геометрической оптики.
- •Основные законы геометрической оптики.
- •Тонкие линзы. Изображение предметов с помощью собирающей линзы.
- •Лекция 2 Волновая оптика
- •Интерференция света.
- •Получение когерентных источников. Оптическая разность хода.
- •Расчет интерференции в опыте Юнга.
- •Лекция 3. Интерференция света
- •Интерференция в тонких пленках
- •2. Кольца Ньютона
- •3. Применение интерференции
- •Лекция 4. Дифракция света
- •Принцип Гюйгенса – Френеля.
- •Дифракция Френеля на круглом отверстии.
- •Дифракция Френеля на небольшом диске.
- •Лекция 5 Дифракция Фраунгофера
- •Дифракция от одной прямоугольной щели
- •Дифракционная решетка
- •Голография
- •Лекция 6 Поляризация света
- •Естественный и поляризованный свет
- •Поляризация света при отражении. Закон Брюстера.
- •Явление двойного лучепреломления и его особенности. Дихроизм.
- •Природа двойного лучепреломления.
- •Применение поляризованного света.
- •Лекция 7 Распространение света в веществе
- •Дисперсия света.
- •Поглощение света.
- •Рассеяние света.
- •Лекция 8 Тепловое излучение
- •Характеристики теплового излучения.
- •2. Поглощательная и отражательная способности тел.
- •3. 3Аконы теплового излучения.
- •4. Оптическая пирометрия
- •Лекция 9 Фотоэффект
- •Законы внешнего фотоэффекта
- •Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
- •Фотон и его свойства
- •Эффект Комптона
- •Люминесценция, фотолюминесценция и ее основные закономерности
- •Физические принципы устройства приборов ночного видения
- •Лекция 10 Теория атома водорода по Бору
- •Линейчатый спектр атома водорода
- •Модели атома Томсона и Резерфорда
- •Постулаты Бора
- •Спектр атома водорода по Бору
- •Лекция 11 Элементы квантовой механики
- •Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества. Гипотеза де Бройля.
- •Природа волн де Бройля
- •Соотношение неопределенностей Гейзенберга
- •Уравнение Шредингера. Волновая функция.
- •Физический смысл волновой функции
- •Лекция 12 Атом водорода в квантовой механике
- •Уравнение Шредингера для атома водорода
- •Квантовые числа.
- •Спин электрона.
- •Лекция 13 Оптические квантовые генераторы
- •Физические основы работы окг. Спонтанное и индуцированное излучение.
- •Термодинамическое равновесие. Нормальная населенность уровней.
- •Неравновесное состояние. Инверсия населенности уровней.
- •Рубиновый лазер
- •Газовый лазер
- •Лекция 14 Атомное ядро и основы ядерной энергетики
- •Состав и характеристики ядра
- •Энергия связи и дефект масс
- •Ядерные силы
- •Радиоактивность
- •Лекция 15
- •Реакция деления тяжелых ядер
- •Цепная реакция деления
- •Управляемая цепная реакция. Ядерные реакторы.
- •Термоядерная реакция синтеза легких ядер
- •Принципиальная схема устройства термоядерной бомбы
- •Проблемы управления термоядерной реакцией
- •Лекция 16 Элементарные частицы
- •Космические лучи
- •Элементарные частицы
- •Основные свойства.
- •Характеристики элементарных частиц.
- •Мюоны и их свойства.
- •Мезоны и их свойства.
- •Частицы и античастицы
- •Классификация элементарных частиц. Кварки.
Дифракция Френеля на круглом отверстии.
Поставим на пути света от источника
непрозрачный экран с круглым отверстием.
Дифракционная картина наблюдается на
экране, параллельном плоскости отверстия
и находящимся от него на расстоянии
.
Выясним, что будет наблюдаться в точке
,
лежащей напротив центра отверстия.
Отверстие открывает
зон Френеля. Зная радиус отверстия можно
найти значение
:
.
Амплитуда результирующего колебания
в точке
равна:
Если
-
нечетное, то
.
Если
мало, то
и
.
Если
-
четное,
.
В общем случае
,
где знак «+» соответствует нечетным
,
а «-»- четным.
Если убрать преграду с отверстием, то
амплитуда в точке
станет равной
.
Преграда с отверстием, открывающим
небольшое нечетное количество зон, ни
только не уменьшает освещенность в
точке
,
но напротив приводит к увеличению
амплитуды в 2 раза, а интенсивности в 4
раза.
Как видно из формулы число зон Френеля
зависит от расстояния экрана до
перегородки
.
Поэтому, перемещая экран, в точке
будет наблюдаться то светлое пятно (
-
нечетное), то темное (
-
четное). Расчет амплитуды колебаний в
других точках экрана более сложно.
Дифракция Френеля на небольшом диске.
В этом случае диск закрывает
первых зон Френеля. Амплитуда
результирующего колебания в точке
равна:
Итак, в случае диска в точке
всегда будет светлое пятно, окруженное
концентрическими темными и светлыми
кольцами, а интенсивность в максимумах
убывает с расстоянием от центра картины.
Лекция 5 Дифракция Фраунгофера
Дифракция от одной прямоугольной щели
Для наблюдения дифракции Фраунгофера источник света помещают настолько далеко от щели, что лучи можно считать практически параллельными. На практике источник света располагают в фокусе собирающей линзы, тогда лучи, вышедшие из линзы, будут параллельны (рис. 1).
Рис.1. |
Пусть на щель шириной
падает монохроматический свет с длиной
волны
.
Из-за дифракции свет после щели
распространяется во всех направлениях.
Лучи, которые идут не отклоняясь,
собираются линзой в точкеD(экран находится в фокальной плоскости
линзы). ТочкаD- главный
фокус линзы. Рассмотрим лучи, которые
дифрагируют под углом
.
Они соберутся на экране в некоторой
точкеB(побочном фокусе
линзы). Лучи, дифрагирующие под другими
углами, соберутся в других точках на
экране. В итоге экран будет освещен во
многих местах, на нем будет чередование
света и тени. Окажется в точкеBминимум или максимум зависит от разности
хода поступающих сюда волн. Щель является
волновой поверхностью. По принципу
Гюйгенса каждая точка ее есть источник
вторичных волн. Найдем разность хода
волн, приходящих в точкуB.
Для этого проведем фронт волныMF.
Точный расчет показывает, что оптические
путиMBиFBодинаковы (геометрически путьFBкороче, но здесь толще линза). Поэтому
разность хода лучей 1 и 2 равна
.
Проведем систему плоскостей параллельныхMFна расстоянии
друг от друга. Разность хода разделиться
на участки длиной
,
а щель на полоски, называемые зонами
Френеля.
Площади этих зон одинаковы, поэтому по
принципу Гюйгенса-Френеля они испускают
волны равной интенсивности. Разность
хода между соответствующими точками
соседних полосок по построению равна
.
Поэтому, если в щели укладывается четное
число зон Френеля, они попарно друг
друга погасят. Тогда в точкеBбудет наблюдаться минимум, если нечетное,
то одна зона окажется непогашенной и в
точкеBбудет максимум.
Число зон Френеля равно
.
Если это число четное, то мы получаем
условие минимума:
,
если нечетное, то условие максимума:
.
Величина
называется порядком дифракционного
спектра.
В направлении
наблюдается самый интенсивный центральный
максимум нулевого порядка, в этом случае
щель действует как одна зона Френеля и
интенсивность света велика.
Если на щель падает белый свет, то для
каждой длины волны будет соответствовать
свой угол
и полоски будут окрашены. Ближе к центру
будет фиолетовый свет, конец полоски
будет красный. Центральный максимум
будет общим для всех длин волн, так что
центр дифракционной картина будет
представляться в виде белой полоски.
Дифракционная картина зависит от
соотношения
и
:
Если
, то наблюдается описанная дифракционная картина.
Если
, то в щели укладывается только одна зона Френеля при всех значениях
, и на экране будет наблюдаться расплывшийся нулевой максимум.
,
. Углы будут мало отличаться для малых
. На экране будет видно равномерно освещенное изображение щели и только у краев его размытие (при больших значениях
).
От одной щели трудно наблюдать дифракционную картину из-за малой интенсивности. Поэтому обычно используется дифракционная решетка.