- •Часть 3
- •Оглавление предисловие 6 оптика и квантово-оптические явления 9
- •Физика атома, ядра и элементарных частиц 55
- •Итоговые задания 69 предисловие
- •В добрый путь и удачи!
- •Глава 5 оптика и квантово-оптические явления
- •Геометрическая оптика
- •Экспериментальные законы
- •Луч падающий, перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения и луч отраженный лежат в одной плоскости.
- •Луч падающий, перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения и преломленный луч лежат в одной плоскости.
- •Полное отражение
- •Преломление в плоскопараллельной пластине
- •Преломление в трехгранной призме
- •Фотометрия
- •Основные фотометрические величины
- •Законы освещенности
- •Теория света
- •Корпускулярная теория
- •Волновая теория
- •Волновая оптика
- •Интерференция
- •Дифракция
- •Дифракция света на щели
- •Дифракционная решетка
- •Естественный и поляризованный свет
- •Двойное лучепреломление. Поляроиды
- •Дисперсия света
- •Квантово-оптические явления
- •Тепловое излучение, его характеристики. Закон Кирхгофа
- •Закон Стефана – Больцмана. Закон Вина
- •Квантовая гипотеза Планка. Фотоны
- •Внешний фотоэлектрический эффект
- •Сила тока насыщения , возникающая при освещенности монохроматическим светом, пропорциональна световому потоку, падающему на катод: .
- •Скорость фотоэлектронов увеличивается с ростом частоты (с уменьшением длины волны) падающего света и не зависит от интенсивности светового потока.
- •Двойственная корпускулярно-волновая природа света
- •Корпускулярно-волновая природа частиц вещества
- •Ответы на контрольные вопросы по главе 5
- •Глава 6 Физика атома, ядра и элементарных частиц
- •Строение атомов
- •Ядерная модель атома Резерфорда
- •Трудности классического объяснения ядерной модели атома
- •Линейчатый спектр атома водорода
- •Постулаты Бора
- •Модель атома водорода по Бору
- •Строение и основные свойства атомных ядер
- •Общая характеристика атомного ядра
- •Энергия связи атомных ядер. Дефект массы
- •Ядерные силы
- •Естественная радиоактивность
- •Правила смещения и основной закон радиоактивного распада
- •Воздействие радиоактивного излучения на вещество
- •Элементарные частицы
- •Два подхода к структуре элементарных частиц
- •Кварки9
- •Ответы на контрольные вопросы по главе 6
- •Итоговые задания
- •Часть 3
- •346500, Г. Шахты, Ростовская обл., ул. Шевченко, 147.
-
Дифракция
Экспериментально установленный закон прямолинейности распространения света не вызывал сомнения. Но если распространение света – это волновой процесс, то может наблюдаться дифракция – огибание препятствий, размеры которых сравнимы с длиной волны (само это явление давно известно, изучено в волновой механике и не имеет пока отношения к оптике). Можно показать, что отклонение лучей от прямолинейности – дифракция – становится заметным при выполнении условия:
,
где размер препятствия;
расстояние от препятствия до точки наблюдения.
Обратите внимание, что дифракция может наблюдаться и на больших препятствиях – только на значительном расстоянии от них.
Образуем волну на поверхности воды (рис. 5.24) и направим ее на достаточно большое препятствие. В соответствии с принципом Гюйгенса за препятствием будет «тень» волнового процесса, т.е. свободная от волн поверхность воды. Если поставить на пути волн препятствие, размеры которого сравнимы с длиной волны, то практически во всех точках за препятствием вода будет «волноваться», колебания распространяются в область «тени», огибают преграду – наблюдается дифракция волн. Аналогично проходят волны через отверстия соответствующих размеров.
Дифракция света на щели
Пусть на непрозрачный экран Е, в котором прорезана узкая щель ВС, имеющая постоянную ширину и длину , падает перпендикулярно к экрану пучок параллельных лучей монохроматического света (рис. 5.25). На экране Э, удаленном от щели на расстояние , будет наблюдаться явление дифракции. Если бы этого явления не было, то на экране Э, установленном в фокальной плоскости собирающей линзы МЛ, в точке главного фокуса линзы получилось бы изображение источника света. При дифракции на узкой щели на экране наблюдается интерференционная картина: последовательность размытых изображений источника света, разделенных темными промежутками. В точке на экране собираются все параллельные лучи, падающие под углом (угол дифракции) к оптической оси линзы, перпендикулярной к фронту волны.
Усиление света (дифракционный максимум) при дифракции на узкой щели наблюдается под углами , удовлетворяющими условию
.
Условие ослабления света (дифракционные минимумы):
.
Число т называется порядком дифракционного минимума или максимума. Величина представляет собой оптическую разность хода между крайними лучами и , идущими от щели под углом (рис. 5.25). В направлении наблюдается самый интенсивный центральный максимум нулевого порядка. В точке всегда наблюдается усиление света, не зависимо от длины волны .
При наблюдении дифракции на щели в белом свете интерференционная картина на экране оказывается окрашенной. В дифракционном максимуме каждого порядка ближе к центральному, неокрашенному максимуму оказываются дифракционные максимумы с меньшими длинами волн.
Дифракционная решетка
Дифракционной решеткой в оптике называется совокупность большого числа препятствий и отверстий, сосредоточенных в ограниченном пространстве, на которых происходит дифракция света.
Простейшей дифракционной решеткой является система из N одинаковых параллельных щелей в плоском непрозрачном экране ширины b каждая, расположенных на непрозрачных промежутках а друг от друга (рис. 5.26). Величина называется постоянной (периодом) дифракционной решетки.
По принципу Гюйгенса – Френеля каждая щель является источником когерентных вторичных волн, способных интерферировать друг с другом. Если на дифракционную решетку перпендикулярно к ней падает пучок параллельных лучей света, то под углом дифракции на экране Э, расположенном в фокальной плоскости линзы, будет наблюдаться система дифракционных максимумов и минимумов, полученных в результате интерференции света от различных щелей.
Главные максимумы при дифракции на решетке наблюдаются под углами , удовлетворяющими условию
,
где называется порядком главного максимума. Величина является оптической разностью хода между лучами BM и DN, идущими от соседних щелей.
Главные минимумы от дифракционной решетки наблюдаются под такими углами дифракции , для которых свет от разных частей каждой щели полностью гасится в результате интерференции. Условие главных минимумов совпадает с условием ослабления на одной щели
.
При наблюдении дифракции на решетке в немонохроматическом свете все главные максимумы, кроме центрального нулевого, окрашены. С увеличением длины волны главные максимумы внутри данного порядка располагаются под большими углами от центрального. Радужная полоска, содержащая семь цветов – от фиолетового до красного (считается от центрального максимума), называется дифракционным спектром. Дифракционная решетка является одним из простейших достаточно точных устройств для измерения длин волн.