Вывод закона преломления света

Преломление света при переходе из одной среды в другую вызвано различием в скоростях распространения света в той и другой среде. Обозначим скорость волны в первой среде через u1, а во второй — через u2.

Пусть на плоскую границу раздела двух сред (например, из воздуха в воду) падает плоская световая волна

Волновая поверхность АС перпендикулярна лучам А1А и В1В. Поверхности MN сначала достигнет луч А1А. Луч В1В достигнет поверхности спустя время.

Поэтому в момент, когда вторичная волна в точке В только начнет возбуждаться, волна от точки А уже имеет вид полусферы радиусом

AD=u2∆t.

69

Волновую поверхность преломленной волны можно получить, проведя поверхность, касательную ко всем вторичным волнам во второй среде, центры которых лежат на границе раздела сред. В данном случае это плоскость BD. Она является огибающей вторичных волн.

Угол падения α луча равен углу шCAB в треугольнике AВС (стороны гшшшшодного из этих углов перпендикулярны сторонам другого). Следовательно,

CB=u1∆t=AB sinα. (1)

Угол преломления β равен углу ABDтреугольника ABD. Поэтому

AD=u2∆t=AB sinβ.(2)

Разделив почленно (1) на (2), получим (3)

где n — постоянная величина, не зависящая от угла падения

Из построения видно, что падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости. Данное утверждение совместно с уравнением (3), согласно которому отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред, представляет собой закон преломления света.

Показатель преломления вещества — это отношение скоростей света

(электромагнитных волн) в вакууме и в данной среде. Показатель преломления это безразмерная величина, которая зависит от температуры и длины волны света.

Абсолютный показатель преломления n среды показывает, во сколько раз скорость света v в веществе меньше скорости света c в вакууме:

где n= абсолютный показатель преломления;

с= 3×10^8 м/с ( скорость света); V - скорость света в веществе;

Показатель преломления также связан с электрическими и магнитными свойствами вещества (Так как свет представляет из себя электромагнитную волну), : n=√εμ, где ε –диэлектрическая проницаемость,

​ ​ ​ ​ μ – магнитная проницаемость среды. Диэлектрическая проницаемость зависит от частоты излучения,

следовательно и показатель преломления зависит от частоты.

70

график зависимости показателя преломления вещества от длины волны света.

Полное внутреннее отражение - это явление отсутствия перехода луча. Явление полного внутреннего отражения наблюдается только при

переходе светового луча из среды с большим абсолютным показателем преломления в среду с меньшим абсолютным показателем преломления вещества, а также при угле падения большем или равным углу преломления.

Величина предельного угла полного внутреннего отражения r0 легко вычисляется по формуле:

Где n2>n1.

это обязательное условие: свет должен идти из вещества с большим показателем преломления. Иначе полного

отражения не происходит.

Рефрактометрия- это измерение преломления показателя вещества n, является одним из самых точных методов анализа веществ.

Рефрактометрия используется как метод идентификации веществ и определения концентрации веществ в смеси (растворе)

Принцип Ферма

Принцип Ферма (принцип наименьшего времени) — свет выбирает из множества путей между двумя точками тот путь, который требует наименьшего времени.

2.​ Строение ядер атомов. Состав радиоактивного излучения. Ядерные реакции.

Строение ядер атомов.

Атомное ядро — центральная часть атома, в которой сосредоточена основная его масса (более 99,9 %). Ядро заряжено положительно, заряд ядра определяет химический элемент, к которому относят атом. Размеры ядер различных атомов составляют несколько фемтометров (10е-15 м), что более чем в 10 тысяч раз меньше размеров самого атома.

Атомное ядро состоит из нуклонов — положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов, которые

71

связаны между собой при помощи сильного ядерного взаимодействия. В физике используют такую запись для хим. элементов

где: X – обозначение химического элемента

Z – заряд ядра (число протонов)

A – массовое число (число нуклонов)

Изотопы - атомные ядра, имеющие одинаковое число протонов Z, разное число нейтронов N и, следовательно, разное массовое число A = Z + N. Иными словами, изотопы - это подвиды одного и того же химического элемента с разными свойствами

Состав радиоактивного излучения

Радиоактивность - комплекс явлений, связанных с самопроизвольными превращениями атомных ядер, сопровождающихся испусканием электромагнитных квантов, элементарных частиц или более лёгких ядерядерными реакциями.

Атомные ядра, подверженные таким превращениям, называют радиоактивными, а процесс превращения – радиоактивным распадом.

Различают 4 основных типа радиоактивного излучения:

Альфа-излучение, состоящее из ядер гелия (двух протонов и двух нейтронов), называемых также «альфа-частицами». Распространение этих частиц в воздухе составляет лишь несколько сантиметров. Преградой для них может служить простой лист бумаги.

Бета-излучение состоит из высокоэнергичных электронов, испускаемых при распаде радионуклидов. Достаточно листа алюминия или простого оконного стекла для того, чтобы помешать распространению электронов.

Гамма-излучение: электромагнитное излучение той же природы, что видимый свет (фотоны, Х-ray), но имеющее большую энергию и проникающую способность. Чтобы остановить его распространение, нужна защита из свинца или бетона.

Нейтронное излучение состоит из частиц атомного ядра – нейтронов, и является высокопроникающим.

Ядерные реакции

Виды:

●​ Альфа – распад

72

Альфа-распадом называется вид радиоактивного распада при котором ядро испускает альфа-частицу (ядро

атома гелия) . После альфа-распада конечное ядро оказывается смещено на две позиции влево по периодической таблице.

●​ Бета – распад ​ а) Позитронный бета-распад

Позитронный β+ -распад при котором из ядра вылетают позитрон и нейтрино. Позитрон – это частица-двойник электрона, отличающаяся от него только знаком

заряда.

Нейтрино − фундаментальные частицы, не имеющие заряда и обладающие крайне малой массой.

б) отрицательный бета-распад

Отрицательный бета-распад — это один из видов радиоактивного распада, при котором нейтрон в ядре атома превращается в протон с испусканием электрона и антинейтрино. В результате этого процесса образуется новый химический элемент с атомным номером на единицу больше и массовое число ядра не меняется.

в) е – захват

Е-захват — распада, при котором ядро захватывает электрон с ближайшей к ядру электронной оболочки (обычно K или L) и превращается в другое ядро с атомной массой и атомным номером на единицу меньше. При этом один из протонов ядра превращается в нейтрон, испуская электронное нейтрино.

●​ Нейтронный распад — это процесс, при котором ядро атома испускает нейтрон. В результате этого процесса образуется новый химический элемент с атомным номером на единицу меньше и массовое число ядра уменьшается на единицу.

Нейтронный распад происходит только у некоторых изотопов тяжёлых элементов, таких как радий или уран. Этот процесс

73

сопровождается выделением энергии в виде излучения гамма-квантов

●​ Деление ядер атомов — это процесс, при котором ядро атома расщепляется на два (реже три) более лёгких ядра. Этот процесс сопровождается выделением большого количества энергии в виде излучения гамма-квантов и кинетической энергии осколков деления. Деление может быть самопроизвольным, но чаще всего его вызывают искусственно с помощью нейтронов. Нейтрон, попадая в ядро, поглощается им, после чего ядро становится нестабильным и мгновенно делится на две части, которые называют осколками деления.

Подавляющее большинство атомных ядер радиоактивны. При распаде радиоактивного ядра скорее всего образуется другой радиоактивный изотоп, который распадается дальше. И так до тех пор пока не образуется стабильный изотоп. В любом радиоактивном препарате происходят одновременно много видов распадов (цепочки распадов) порождающих все виды радиоактивного излучения.

74