- •Федеральное агентство морского и речного транспорта
- •Предисловие
- •Лекция 1 Элементы геометрической оптики.
- •Основные законы геометрической оптики.
- •Тонкие линзы. Изображение предметов с помощью собирающей линзы.
- •Лекция 2 Волновая оптика
- •Интерференция света.
- •Получение когерентных источников. Оптическая разность хода.
- •Расчет интерференции в опыте Юнга.
- •Лекция 3. Интерференция света
- •Интерференция в тонких пленках
- •2. Кольца Ньютона
- •3. Применение интерференции
- •Лекция 4. Дифракция света
- •Принцип Гюйгенса – Френеля.
- •Дифракция Френеля на круглом отверстии.
- •Дифракция Френеля на небольшом диске.
- •Лекция 5 Дифракция Фраунгофера
- •Дифракция от одной прямоугольной щели
- •Дифракционная решетка
- •Голография
- •Лекция 6 Поляризация света
- •Естественный и поляризованный свет
- •Поляризация света при отражении. Закон Брюстера.
- •Явление двойного лучепреломления и его особенности. Дихроизм.
- •Природа двойного лучепреломления.
- •Применение поляризованного света.
- •Лекция 7 Распространение света в веществе
- •Дисперсия света.
- •Поглощение света.
- •Рассеяние света.
- •Лекция 8 Тепловое излучение
- •Характеристики теплового излучения.
- •2. Поглощательная и отражательная способности тел.
- •3. 3Аконы теплового излучения.
- •4. Оптическая пирометрия
- •Лекция 9 Фотоэффект
- •Законы внешнего фотоэффекта
- •Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта
- •Фотон и его свойства
- •Эффект Комптона
- •Люминесценция, фотолюминесценция и ее основные закономерности
- •Физические принципы устройства приборов ночного видения
- •Лекция 10 Теория атома водорода по Бору
- •Линейчатый спектр атома водорода
- •Модели атома Томсона и Резерфорда
- •Постулаты Бора
- •Спектр атома водорода по Бору
- •Лекция 11 Элементы квантовой механики
- •Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества. Гипотеза де Бройля.
- •Природа волн де Бройля
- •Соотношение неопределенностей Гейзенберга
- •Уравнение Шредингера. Волновая функция.
- •Физический смысл волновой функции
- •Лекция 12 Атом водорода в квантовой механике
- •Уравнение Шредингера для атома водорода
- •Квантовые числа.
- •Спин электрона.
- •Лекция 13 Оптические квантовые генераторы
- •Физические основы работы окг. Спонтанное и индуцированное излучение.
- •Термодинамическое равновесие. Нормальная населенность уровней.
- •Неравновесное состояние. Инверсия населенности уровней.
- •Рубиновый лазер
- •Газовый лазер
- •Лекция 14 Атомное ядро и основы ядерной энергетики
- •Состав и характеристики ядра
- •Энергия связи и дефект масс
- •Ядерные силы
- •Радиоактивность
- •Лекция 15
- •Реакция деления тяжелых ядер
- •Цепная реакция деления
- •Управляемая цепная реакция. Ядерные реакторы.
- •Термоядерная реакция синтеза легких ядер
- •Принципиальная схема устройства термоядерной бомбы
- •Проблемы управления термоядерной реакцией
- •Лекция 16 Элементарные частицы
- •Космические лучи
- •Элементарные частицы
- •Основные свойства.
- •Характеристики элементарных частиц.
- •Мюоны и их свойства.
- •Мезоны и их свойства.
- •Частицы и античастицы
- •Классификация элементарных частиц. Кварки.
Дифракция Френеля на круглом отверстии.
Поставим на пути света от источника непрозрачный экран с круглым отверстием. Дифракционная картина наблюдается на экране, параллельном плоскости отверстия и находящимся от него на расстоянии . Выясним, что будет наблюдаться в точке, лежащей напротив центра отверстия. Отверстие открываетзон Френеля. Зная радиус отверстия можно найти значение:.
Амплитуда результирующего колебания в точке равна:
Если - нечетное, то. Еслимало, тои.
Если - четное,.
В общем случае , где знак «+» соответствует нечетным, а «-»- четным.
Если убрать преграду с отверстием, то амплитуда в точке станет равной. Преграда с отверстием, открывающим небольшое нечетное количество зон, ни только не уменьшает освещенность в точке, но напротив приводит к увеличению амплитуды в 2 раза, а интенсивности в 4 раза.
Как видно из формулы число зон Френеля зависит от расстояния экрана до перегородки. Поэтому, перемещая экран, в точкебудет наблюдаться то светлое пятно (- нечетное), то темное (- четное). Расчет амплитуды колебаний в других точках экрана более сложно.
Дифракция Френеля на небольшом диске.
В этом случае диск закрывает первых зон Френеля. Амплитуда результирующего колебания в точкеравна:
Итак, в случае диска в точке всегда будет светлое пятно, окруженное концентрическими темными и светлыми кольцами, а интенсивность в максимумах убывает с расстоянием от центра картины.
Лекция 5 Дифракция Фраунгофера
Дифракция от одной прямоугольной щели
Для наблюдения дифракции Фраунгофера источник света помещают настолько далеко от щели, что лучи можно считать практически параллельными. На практике источник света располагают в фокусе собирающей линзы, тогда лучи, вышедшие из линзы, будут параллельны (рис. 1).
Рис.1. |
Пусть на щель шириной падает монохроматический свет с длиной волны. Из-за дифракции свет после щели распространяется во всех направлениях. Лучи, которые идут не отклоняясь, собираются линзой в точкеD(экран находится в фокальной плоскости линзы). ТочкаD- главный фокус линзы. Рассмотрим лучи, которые дифрагируют под углом. Они соберутся на экране в некоторой точкеB(побочном фокусе линзы). Лучи, дифрагирующие под другими углами, соберутся в других точках на экране. В итоге экран будет освещен во многих местах, на нем будет чередование света и тени. Окажется в точкеBминимум или максимум зависит от разности хода поступающих сюда волн. Щель является волновой поверхностью. По принципу Гюйгенса каждая точка ее есть источник вторичных волн. Найдем разность хода волн, приходящих в точкуB. Для этого проведем фронт волныMF. Точный расчет показывает, что оптические путиMBиFBодинаковы (геометрически путьFBкороче, но здесь толще линза). Поэтому разность хода лучей 1 и 2 равна. Проведем систему плоскостей параллельныхMFна расстояниидруг от друга. Разность хода разделиться на участки длиной, а щель на полоски, называемые зонами Френеля.
Площади этих зон одинаковы, поэтому по принципу Гюйгенса-Френеля они испускают волны равной интенсивности. Разность хода между соответствующими точками соседних полосок по построению равна . Поэтому, если в щели укладывается четное число зон Френеля, они попарно друг друга погасят. Тогда в точкеBбудет наблюдаться минимум, если нечетное, то одна зона окажется непогашенной и в точкеBбудет максимум.
Число зон Френеля равно . Если это число четное, то мы получаем условие минимума:
,
если нечетное, то условие максимума:
.
Величина называется порядком дифракционного спектра.
В направлении наблюдается самый интенсивный центральный максимум нулевого порядка, в этом случае щель действует как одна зона Френеля и интенсивность света велика.
Если на щель падает белый свет, то для каждой длины волны будет соответствовать свой угол и полоски будут окрашены. Ближе к центру будет фиолетовый свет, конец полоски будет красный. Центральный максимум будет общим для всех длин волн, так что центр дифракционной картина будет представляться в виде белой полоски.
Дифракционная картина зависит от соотношения и:
Если , то наблюдается описанная дифракционная картина.
Если , то в щели укладывается только одна зона Френеля при всех значениях, и на экране будет наблюдаться расплывшийся нулевой максимум.
,. Углы будут мало отличаться для малых. На экране будет видно равномерно освещенное изображение щели и только у краев его размытие (при больших значениях).
От одной щели трудно наблюдать дифракционную картину из-за малой интенсивности. Поэтому обычно используется дифракционная решетка.