Тольяттинский государственный университет Физико-технический институт
Кафедра «Общая и теоретическая физика»
Потемкина С.Н.
КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ФИЗИКЕ
3й семестр
Модуль 8
ОПТИКА
Тольятти 2007
Содержание |
|
Глава 20. Интерференция света....................................................................................................................................... |
3 |
§19. Природа света. Корпускулярно-волновой дуализм.......................................................................................... |
3 |
§20. Явление интерференции..................................................................................................................................... |
4 |
Условия максимума и минимума при интерференции....................................................................................... |
5 |
§21. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников........................................................ |
6 |
§22. Интерференция света в тонких пленках............................................................................................................ |
9 |
Кольца Ньютона................................................................................................................................................... |
12 |
Вопросы для повторения..................................................................................................................................... |
13 |
Глава 21. Дифракция света............................................................................................................................................. |
14 |
§23. Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля............................................................................................. |
14 |
§24. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света....................................................................... |
14 |
§25. Дифракция Френеля на круглом отверстии.................................................................................................... |
17 |
§26. Дифракция Фраунгофера на одной щели........................................................................................................ |
18 |
§27. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке.................................................................................. |
19 |
§28. Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа-Бреггов........................................................ |
20 |
Вопросы для повторения..................................................................................................................................... |
23 |
§29. Разрешающая способность оптических приборов.......................................................................................... |
23 |
§30. Голография......................................................................................................................................................... |
25 |
Вопросы для повторения..................................................................................................................................... |
27 |
Глава 22. Поляризация света.......................................................................................................................................... |
27 |
§31. Естественный и поляризованный свет ............................................................................................................ |
27 |
§32. Закон Брюстера.................................................................................................................................................. |
30 |
§33. Двойное лучепреломление ............................................................................................................................... |
31 |
Вопросы для повторения..................................................................................................................................... |
32 |
2
Глава 20. Интерференция света
§19. Природа света. Корпускулярно-волновой дуализм
К началу 18 века существовало две точки зрения (два противоположных подхода) к объяснению природы света:
1)корпускулярная теория Ньютона,
2)волновая теория Гюйгенса.
1) Согласно корпускулярной теории – свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами и летящим по прямолинейным траекториям. Движение световых частиц Ньютон подчинял законам механики. В пользу корпускулярной теории говорят явления: прямолинейного распространения света, законы геометрической оптики. Так, отражение света получалось аналогично отражению упругого шарика при ударе о плоскость, где также соблюдается закон равенства углов падения и отражения.
Согласно корпускулярной теории Ньютона:
sinα |
= |
V |
= n , |
(19.1) |
|
cos β |
c |
||||
|
|
|
по Ньютону V>c.
2) Согласно волновой теории Гюйгенса – свет представляет собой упругую волну, распространяющуюся в особой среде – эфире, который заполняет все мировое пространство, пронизывает все тела и обладает механическими свойствами – упругостью и плотностью. Волновая теория основывается на принципе Гюйгенса: каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени. Принцип Гюйгенса позволяет анализировать распространение волны и вывести законы отражения и преломления света. Волновая теория объясняла явление дифракции (отклонение света от прямолинейного распространения.) и интерференции (наложение волн).
Итак, обе эти теории объясняли прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления, но приходили к разным выводам. 18 век стал веком борьбы этих теорий.
В 1851 году Физо определил скорость света в вакууме и в воде и получил, что с>V, корпускулярная теория была отвергнута, а волновая восторжествовала, хотя не могла объяснить явления фотоэффекта, давления света и законов теплового излучения чёрных тел.
Все затруднения и противоречия были преодолены в 1900 году благодаря смелой гипотезе немецкого физика Макса Планка. Он предположил, что излучение и поглощение света происходит не непрерывно, а дискретно, т.е. определёнными порциями (квантами), эту гипотезу поддержал затем в1905 г. Эйнштейн, энергия которых определяется частотой ν :
ε = hν , |
(19.2) |
где h = 6.62 10−34 - постоянная Планка.
Итак, свет распространяется в виде потока световых квантов - фотонов, энергия которых определяются формулой (19.2), а масса:
ε = hν ; hν = mфc2
т |
= |
hν |
= |
h |
. |
(19.3) |
c2 |
|
|||||
ф |
|
|
λc |
|
||
Квантовые представления о свете хорошо согласуются с законами излучения и поглощения света, законами взаимодействия света с веществом. Явления интерференции, дифракции и поляризации хорошо объясняются на основе волновых представлений.
3