!Оптика и квантовая механика / Задачи / 11 / zan13
.docЗанятие 13.
№5.215
Свободный электрон
находится в поле монохроматической
световой волны. Интенсивность света
,
его частота
.
Найти:
А) амплитуду колебаний электрона и амплитуду его скорости;
Б) отношение
,
где
и
-
амплитудные значения сил, действующих
на электрон со стороны магнитной и
электрической составляющих поля световой
волны; показать также, что это соотношение
равно
,
где
-амплитуда
скорости электрона,
-
скорость света.
Указание: В уравнении
движения электрона можно не учитывать
действие магнитной составляющей поля
(как будет видно из расчета, оно
пренебрежимо мало).
В уравнении движения электрона можно
не учитывать действие магнитной
составляющей поля(составляющих поля
свет
Решение:
А) Электрон совершает движение за счет
электрической силы со стороны поля
световой волны, тогда из второго закона
Ньютона
,
где
.
Тогда для малого промежутка времени
получаем:
.
Для получения выражения для радиус-вектора электрона проинтегрируем это равенство:
![]()
Выразим
через интенсивность:
,
где
-
вектор Пойнтинга.
Из равенства
,
учитывая, что в нашем случае
,
следует, что
.
Тогда для интенсивности окончательно
получаем, что
.
Зная, что
,
получаем
.
Наконец подставим для получения окончательного ответа
и
■
№5.216
Электромагнитная
волна с частотой
распространяется в разреженной плазме.
Концентрация свободных электронов в
плазме равна
.
Пренебрегая взаимодействием волны с
ионами плазмы, найти зависимость:
А) диэлектрической проницаемости плазмы от частоты;
Б) фазовой скорости
от длины волны
в плазме.
Решение:
А) Поскольку плазма разреженная, то
электроны свободны и на них не действует
квазиупругая возвращающая сила
,
тогда согласно элементарной теории
дисперсии из
получаем
■
Б) Как известно
,
также
.
Элементарными преобразованиями получаем
,
где
■
№5.217
Найти концентрацию
свободных электронов ионосферы, если
для радиоволн с частотой
ее показатель преломления
.
Решение:
По аналогии с предыдущей задачей, так
как все электроны свободные, то
.
Таким образом
,
откуда легко получить, что
■
№5.218
Имея в виду, что
для достаточно жестких рентгеновских
лучей электроны вещества можно считать
свободными, определить, на сколько
отличается от единицы показатель
преломления графита для рентгеновских
лучей с длиной волны в вакууме
.
Решение:
Поскольку электроны свободные, то опять
же получаем, что
.
Нам надо сравнить показатель преломления
с единицей, тогда
,
Из-за малости второго слагаемого под корнем можно упростить,
■
№5.231
Монохроматический
пучок света падает нормально на
поверхность плоскопараллельной пластины
толщины
.
Показатель поглощения вещества пластины
линейно изменяется вдоль нормали к ее
поверхности от значения
до
.
Коэффициент отражения от каждой пластины
равен
.
Пренебрегая вторичными отражениями,
определить коэффициент пропускания
пластины.
Решение:
Разделим пластину на тонкие слои, в
пределах которых показатель поглощения
можно считать постоянным. Рассмотрим
один из таких слоев от
до
.
Убыль интенсивности в этом слое
,
где
,
так как показатель поглощения линейно
изменяется от
до
.
Тогда мы можем проинтегрировать по всей толщине пластины

Так как коэффициент отражения равен
,
но вторичными отражениями нужно
пренебречь, то внутрь пластины пройдет
волна с интенсивностью
и потери на отражении будут только при
выходе волны из пластины.
Тогда интегрируя получаем ,что
![]()
Учитывая, что при выходе мы теряем на отражении получаем, что
■
№5.235
Во сколько раз
уменьшится интенсивность узкого пучка
рентгеновского излучения с длиной волны
при прохождении свинцовой пластинки
толщины
,
если массовый показатель ослабления
для данной длины волны
?
Решение:
Воспользуемся результатом предыдущей
задачи, учтя, что в данном случае
показатель ослабления не меняется с
толщиной (
,
где
-это
плотность свинца) и потерь при отражении
нет (
),
тогда получим, что
■
