59

Федеральное агентство по образованию

Хакасский технический институт- филиал

Федерального государственного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«Сибирского федерального университета»

ФИЗИКА

ОПТИКА И АТОМНАЯ ФИЗИКА

Конспект лекций

АБАКАН, 2007

УДК 53(07)

З.91

Рецензенты:

И.Т. Семенов - проф., к.ф-м.н. кафедры общей и экспериментальной физики ХГУ им. Н.Ф.Катанова.

В.В. Тимченко – доц., к.п.н. кафедры математических и естественнонаучных дисциплин ХТИ, филиал ФГОУ ВПО СФУ.

Физика: Оптика и атомная физика. Конспект лекций для студентов заочного факультета. Сост. А.М. Зубакин, В.В. Стреж.- Красноярск, ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», 2007. 57 с.

Учебное пособие написано в соответствии с программой курса оптики и атомной физики для студентов заочного факультета технических специальностей 151001.65; 150204.65; 190601.65; 270115.65; 270205.65; 270102.65; 080502.65. Пособие содержит описание следующих разделов физики: геометрическая оптика, волновая оптика, элементы квантовой физики, физики атомного ядра и элементарных частиц.

Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.

© СФУ, 2007

Редактор Н.Ф. Смирнова.

Подписано в печать 16.07.07 Формат 60 84/16. Бумага тип.№1

Усл.печ.3,3. Уч.-изд.2,7, тираж 300 экз. Заказ 046

Отпечатано в ХТИ – филиале ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

665017, г. Абакан, ул. Щетинкина, 27.

Введение

Предлагаемое учебное пособие в сокращенном варианте охватывает большинство тем двух разделов курса общей физики: «Оптика и атомная физика» и является дополнительным материалом к основным учебникам по физике. Содержание конспекта лекций соответствует Государственному образовательному стандарту и программе курса физики для технических институтов.

Пособие предназначено для самостоятельного изучения теоретического материала , при решении задач контрольных заданий , в процессе подготовки и сдачи экзамена, студентам вторых и третьих курсов заочной формы обучения.

В конспекте лекций раскрыты важнейшие физические понятия, даны формулировки фундаментальных законов, записаны основные формулы, включены графики и рисунки, что серьезно должно облегчить работу по усвоению курса физики.

Основой высшего образования является формирования научного мировоззрения студентов. Большая роль в осуществлении этой задачи отводится физике, преподавание которой способствует развитию логического мышления, познанию современной физической картины мира, освоению новейших технических достижений, созданию фундамента для изучения специальных дисциплин.

Авторы признательны рецензентам, внимательно прочитавшим рукопись конспекта и сделавшим ряд важнейших замечаний.

I. Геометрическая оптика

Геометрическая оптика или лучевая оптика – это раздел физики, в котором распространение света в пространстве представляется в виде лучей. Такая модель волн допускается, когда длина световой волны стремится к нулю.

Луч – очень узкий пучок света; или - линия, вдоль которой электромагнитная волна переносит энергию.

Электромагнитные волны с большой длиной волны изучаются в разделе волновая оптика.

1. Законы геометрической оптики

Основу геометрической оптики образуют четыре закона:

Закон прямолинейного распространения света

В оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Этот закон нарушается, когда на пути света встречается преграда, соизмеримая с длиной волны. Оптически однородных сред практически нет, но если среда неоднородна, то путь света будет криволинейным. Эти явления названы миражами. Миражи чаще всего наблюдаются в пустынях, а также на асфальтовых покрытиях в летнее время года, когда вблизи поверхности дороги воздух прогревается сильнее и показатель преломления прогретого воздуха уменьшается.

Закон независимости световых лучей

Пересекающиеся лучи не взаимодействуют друг с другом, то есть не изменяют направления в точке их пересечения.

Этот закон не выполняется при высоких интенсивностях световых пучков, например, при излучении света мощными лазерами.

Закон отражения света

Луч падающий и луч отраженный от плоскости раздела оптически разнородных сред лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным к поверхности раздела сред из точки падения и отражения лучей, и угол падения равен углу отражения (рис.1):

α = α' (1 – 1)

Закон преломления света

Луч падающий и луч преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восстановленным из точки падения луча на плоскости раздела двух диэлектрических сред. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления не зависят от угла падения и равно относительному показателю преломления этих сред:

, (1 – 2)

где n₁ и n₂ абсолютные показатели преломления сред.

При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную преломленный луч отклоняется от перпендикуляра быстрее, чем растет угол отклонения падающего луча (n₁ > n₂) (рис 2).

По мере роста угла падения α угол преломления β приближается к предельному значению . Угол падения, при котором угол преломления равен , называется предельным.

Предельный угол равен

. (1 – 3)

На рис.2 - предельный угол. Следовательно, когда , возникает явление полного внутреннего отражения. При этом явлении падающий свет практически во вторую среду не проникает, а полностью отражается. Явление полного внутреннего отражения широко используется в волоконной оптике, в перископах, где вместо плоского зеркала ставят поворотные призмы.