Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
77
Добавлен:
26.05.2014
Размер:
1.22 Mб
Скачать

1

Электромагнитная природа света. Развитие взглядов на природу света: в начале существовало 2ве теории: 1) т. Ньютона (корпускулярная): свет-это поток частиц идущих от источника во все стороны (перенос в-ва); 2)т. Гейгенса (волновая): свет- это волны, распространяющиеся в особой ,гипотетической среде-эфире, заполняющем все пространство и проникающий во внутрь всех тел. В ИТОГЕ ОКАЗАЛОСЬ: (КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ СВЕТА) свет- это электромагнитное излучение, кот. при поглощении и излучении проявляет св-ва частиц, а при распространение – св-ва волн, в реальности свет-это не то и не другое, это что-то третье.

Электромагнитная природа света. Существование электромагнитных волн было теоретически предсказано Максвеллом (1862 1864) как прямое следствие из уравнений электромагнитного поля. Скорость электромагнитных волн в вакууме оказалась равной величине 1/ √ε0μ0, называемой в то время электродинамической постоянной. Ее числовое значение (3,1*108 м/с) было получено несколько раньше (1856) из электромагнитных измерений В. Е. Вебера (1804 – 1891) и Р. Г. Кольрауша (1809 1858). Оно почти совпадало со скоростью света в вакууме, равной, по измерениям И. Л. Физо (1819 – 1896) в 1849 г., с= 3,15*108 м/с. Другое важное совпадение в свойствах электромагнитных волн и света обусловлено поперечностью волн. Поперечность электромагнитных волн следует из уравнений Максвелла, а поперечность световых волн – из экспериментов по поляризации света (Юнг, 1817). Эти два факта привели Максвелла к заключению, что свет представляет собой электромагнитные волны.

Скорость света с в вакууме – одна из важнейших мировых констант. Согласно современным представлениям, выдающееся значение этой универсальной постоянной обусловлено тем, что она определяет предельную скорость распространения любых взаимодействий и сигналов, любых силовых полей независимо от их физической природы. Эта скорость одинакова во всех системах отсчета и обусловлена структурой пространства и времени, а не конкретным видом носителя сигнала – электромагнитными волнами. В частности, она определяет и скорость гравитационных волн в вакууме.

Уравнения Максвелла и волновое уравнение. Уравнения Максвелла для вакуума при отсутствии токов(j=0) и зарядов (q =0) имеют следующий вид:

где ε0 и μ0 – соответственно электрическая и магнитная постоянные.

Волновые уравнения.

Световой поток Ф определяется как мощность оптического излучения по вызываемому им световому ощущению. Единица светового потока – люмен, (лм): 1 лм – световой поток, испускаемый точечным источником силой света в 1 кд внутри телесного угла в 1 ср (при равномерности поля излучения внутри телесного угла) (1 лм=1 кд ср).

Интенсивность: Поток излучения Фσ – это мощность излучения, переносимого электромагнитными волнами через некоторую поверхность σ, усредненная за промежуток времени, значительно превышающий период колебаний. Единица потока излучения – ватт (Вт). Поток излучения через поверхность σ связан с интенсивностью (S) (средней по времени поверхностной плотностью потока энергии) соотношением Фσ=инт.поσ(S)dσ.

Излучение диполя. Диполь. Диполем называется система двух одинаковых по величине разноимённых точечных зарядов (+Q,-Q), расстояние L между которыми значительно меньше расстояния до тех точек в которых определяется поле системы.

Электроны, попадающие в электрическое поле электромагнитной волны, совершают колебательное движение с частотой волны. Колеблющийся электрон сам является излучателем. Его излучение рассеянное. Таким образом, моделью элементарного классического рассеивателя света является элементарный классический излучатель – электрический диполь, находящийся в поле электромагнитной волны.

Св-ва эл.магн волн. Основным св-вом всех волн, независимо от их природы, является перенос энергии без переноса вещества.

Интерференция световых волн. При наложении двух (или нескольких) когернетных световых волн происходит прстранственное перераспределение светового потока, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других минимумы интенсивности.

Принцип суперпозиции. Если среда, в которой распространяется одновременно несколько волн, линейна, т. е. ее свойства не изменяются под действием возмущений, создаваемых волной, то к ним применим принцип суперпозиции (наложения) волн: при распространении в линейной среде нескольких волн каждая из них распространяется так, как будто другие волны отсутствуют, а результирующее смещение частицы среды в любой момент времени равно геометрической сумме смещений, которые получают частицы, участвуя в каждом из слагающих волновых процессов.

Когерентность – согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных процессов.

Монохроматические волны – неограниченные в пространстве волны одной строго определённой частоты.

2

Волновым цугом называется прерывистое излучение света атомами в виде отдельных коротких импульсов.

Время когерентности – средняя продолжительность одного цуга.

Длина когерентности – расстояние при прохождении которого две или несколько волн утрачивают когерентность.

Интерференцией света – называется пространственное перераспределение светового потока в результате чего в одних местах возникают максимумы а в других минимумы интенсивности.

Метод разделения волны излучаемой одним источником.

разность фаз колебаний

максимумы  = m ,  = 2 m 

минимумы  = (2m+1)/2,  =(2m+1) 

Расчёт интерференции от двух источников.

Опыт Юнга

Источником света служит ярко освещенная щель S (рис.), от которой световая волна падает на две, узкие равноудаленные щели S1 и S2, параллельные щели S. Таким образом, щели S1 и S2, играют роль когерентных источников. Интерференционная картина (область ВС) наблюдается на экране (Э), расположенном на некотором расстоянии параллельно S1 и S2. Юнгу принадлежит первое наблюдение явления интерференции.

Оптическая длина пути. Произведение геометрической длины s пути световой волны в данной среде на показатель n преломления этой среды называется оптической длиной пути L, а Δ=L2-L1, – разность оптических длин проходимых волнами путей – называется оптической разностью хода.

Способы получения интерференционных картин 1) метод деления волнового фронта, 2)метод деления амплитудного фронта.

1)Простейший способ деления волнового фронта изображён на рис. Щели А1 и А2 в соответствии с принципом Гюйгенса могут рассматриваться как источники волн. Эти источники волн порождаются одной и той же первичной волной и поэтому взаимно когерентны. Между порожденными ими волнами наблюдается интерференция.

Зеркала Френеля Свет от источника S (рис. 246) падает расходящимся пучком на два плоских зеркала А1О и А2О, расположенных относительно друг друга под углом, лишь немного, отличающимся от 180' (угол φ мал). Учитывая правила построения изображения в плоских зеркалах, можно показать, что и источник, и его изображения S1 и S2 (угловое расстояние между которыми равно 2φ) лежат на одной и той же окружности радиуса r с центром в О (точка соприкосновения зеркал). Световые пучки, отразившиеся от обоих зеркал, можно считать выходящими из мнимых источников S1 и S2 , являющихся мнимыми изображениями S в зеркалах. Мнимые источники S1 и S2 взаимно когерентны, и исходящие из них световые пучки, встречаясь друг с другом, интерферируют в области взаимного перекрывания.

Бипризма Френеля Она состоит из двух одинаковых, сложенных основаниями призм с малыми преломляющими углами. Свет от источника S (рис. 247) преломляется в обеих призмах, в результате чего за бипризмой распространяются световые лучи, как-бы исходящие из мнимых источников S1 и S2, являющихся когерентными. Таким образом, на поверхности экрана (в области, выполненной в цвете) происходит наложение когерентных пучков и наблюдается интерференция.

Билинз Френеля у линзы вырезают середину и две половинки соединяют вместе.

2) На рис. 96 изображена схема интерферометра Майкельсона, с помощью которого осуществляется интерференция делением амплитуды волны. Волна, исходящая из источника S0, падает на полупрозрачную пластинку 0, расположенную под углом 45' к направлению распространения луча. На пластинке волна разделяется на две части; отраженная волна идет в направлении к А2, а прошедшая через пластину – в направлении А1, После отражения от зеркал А1 и А2 они снова частично отражаются, а частично проходят через пластинку 0, Волны, распространяющиеся в направлении D, могут между собой интерферировать. Ясно, что на пластинке 0 происходит деление амплитуды, поскольку фронты волн на ней сохраняются, меняя лишь направление своего движения.

Билет №4

Дифракцией называется, огибание волна­ми препятствий, встречающихся на их пу­ти, или в более широком смысле — любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики.

Принцип Гюйгенса — Фре­неля, световая волна, возбуждаемая ка­ким-либо источником S, может быть пред­ставлена как результат суперпозиции ко­герентных вторичных волн, «излучаемых» фиктивными источниками. Такими источ­никами могут служить бесконечно малые элементы любой замкнутой поверхности, охватывающей источник S.

Метод зон Френеля- взаимная интерференция вторич­ных волн.

М- произвольная точка ; S- точечный источник ;Ф- вспомогательная поверхность;

Амплитуда результирующего светового колебания в точке М

где амплитуды колебаний 1й, 2й...,mй зонами.

Площадь сферического сегмента

площадь m-й зоны Френеля

Дифракция Фраунгофера на одной щели

Опти­ческая разность хода между крайними лучами МС и ND, идущими от щели в про-

извольном направлении Ф,

где Fоснование перпендикуляра, опу­щенного из точки М на луч ND.

если число зон Френеля четное

то в точке В наблюдается дифракционный минимум (полная темнота),

если же число зон Френеля нечетное

то наблюдается дифракционный макси­мум, соответствующий действию одной не­скомпенсированной зоны Френеля.

Дифракция на круглом отверстии.