Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

оптика, тепловое излучение, квантовая природа излучения, элементы квантовой механики, элементы физики твердого тела, ядерная физика

Методические указания и сборник заданий по физике для студентов I–II курсов дневного отделения НГТУ факультетов РЭФ, ФЭН, ФТФ

Новосибирск

2006

Представленные в методических указаниях задачи по 3 части курса физики (оптика, тепловое излучение, квантовая природа излучения, элементы квантовой механики, элементы физики твердого тела, ядерная физика) могут быть использованы в качестве материалов расчетно-графического задания.

Составители: канд. техн. наук, доц. В. И. Ознобихин,

канд. техн. наук, доц. М. П. Сарина

Рецензент: канд. тех. наук, доц. Ю. В. Соколов

Работа подготовлена на кафедре прикладной и теоретической физики

© Hовосибиpский госудаpственный

технический унивеpситет, 2006

Общие методические указания

В методических указаниях представлены варианты задач и краткие теоретические сведения по ОПТИКЕ, ТЕПЛОВОМУ ИЗЛУЧЕ­НИЮ, КВАНТОВОЙ ПРИРОДЕ ИЗЛУЧЕНИЯ, ЭЛЕМЕНТАМ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКи, ЭЛЕМЕНТАМ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА, ЯДЕРНОЙ ФИЗИКЕ.

Варианты расчетно-графического задания содержат 14 задач и скомпонованы так, что в каждом варианте задачи по одной теме имеют одинаковый номер в соответствии с таблицей заданий.

Номер задачи в варианте	Тема
1	Интерференция
2	Дифракция, зоны Френеля
3	Дифракционная решетка, поляризация
4	Основные понятия теплового излучения Закон Стефана–Больцмана
5	Законы Вина
6	Оптическая пирометрия
7	Фотоэффект
8	Комптон-эффект
9, 10	Элементы квантовой механики
11, 12	Элементы физики твердого тела
13	Энергия связи ядер, ядерные реакции
14	Радиоактивность

Преподаватель по желанию может выбрать нужные разделы расчетно-графического задания и указать соответствующие номера задач.

Оптика Интерференция

Интерференцией световых волн называют сложение двух волн, в результате которого наблюдается усиление и ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства.

В интерференционных схемах луч света приходит от источника света к точке наблюдения по двум различным путям. Результат интерференции зависит от разности оптических путей (разности хода ), пройденных этими лучами, и от длины световой волны . Если разность хода равна целому числу длин волн:

 = m,

наблюдается интерференционный максимум (светлая полоса).

При разности хода, кратной нечетному числу полуволн,

 = (2m+1)/2,

наблюдается интерференционный минимум (темная полоса).

Ширина интерференционной полосы в опыте Юнга:

,

где расстояние между двойной щелью и экраном, на котором наблюдается интерференционная картина, равно L, а расстояние между щелями равно d.

Пример. От двух когерентных монохроматических источников света S₁ и S₂ (λ = 0,7 мкм) лучи света попадают на экран, на котором наблюдается интерференционная картина. Когда на пути одного из лучей перпендикулярно ему поставили тонкую стеклянную пластинку с показателем преломления n = 1,1, интерференционная картина изменилась на противоположную. При какой наименьшей толщине пластинки d_min это возможно?

Решение. Пусть до внесения пластины в некоторой точке А на экране наблюдался максимум интерференции (светлая полоса). При этом разность хода лучей от источников (см. рисунок).

Когда на пути одного из лучей появляется пластинка, разность хода между лучами изменяется:

.

Изменение интерференционной картины на противоположную означает, что на тех участках экрана, где наблюдались максимумы (светлые полосы), будут наблюдаться минимумы (темные полосы). Такой сдвиг интерференционной картины возможен при изменении оптической разности хода лучей на нечетное количество полуволн:

Наименьшей толщине пленки d_min соответствует k = 0.

.

Отсюда получим

.