- •1. Интерференция света. Когерентность и монохроматичность световых волн. Время и длина когерентности.
- •2. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Условия максимума и минимума при интерференции света.
- •3. Методы наблюдения интерференции: зеркала Френеля, бипризма Френеля. Кольца Ньютона.
- •4. Принцип Гюйгенса-Френеля.
- •5. Дифракция Френеля. Метод зон Френеля.
- •6. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске.
- •7. Дифракция Фраунгафера на одной щели.
- •8. Дифракция на многих щелях. Дифракционная решетка.
- •9. Спектральное разложение света. Дифракция рентгеновских лучей. Формула Вульфа-Бреггов.
- •10. Понятие о голографии.
- •11. Дисперсия диэлекгрической проницаемости.
- •12. Электронная теория дисперсии. Области нормальной и аномальной дисперсии. Поглощение света.
- •13. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Поляризация света при отражении.
- •14. Двойное лучепреломление. Поляризационные призмы и поляроиды. Вращение плоскости поляризации.
- •15. Тепловое излучение и его характеристики.
- •16. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Закон смещения Вина.
- •17. Формула Рэлея-Джинса. «Ультрафиолетовая катастрофа». Формула Планка.
- •18. Законы внешнего фотоэффекта.
- •19. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Квантовые представления о свете. Энергия и импульс световых квантов.
- •20. Модели атома. Спектр атома водорода.
- •21. Теория атома Бора.
- •22. Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля. Дифракция электронов.
- •23. Соотношение неопределенностей. Волновая функция, ее статистический смысл.
- •24. Общее уравнение Шредингера.
- •25. Уравнение Шредингера для стационарных состояний.
- •26. Атом водорода в квантовой механике. Квантовые числа.
- •27.Опыты Штерна и Герлаха. Спин электрона.
- •28. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям.
- •29. Элементы квантовой электроники. Поглощение. Вынужденное и спонтанное излучение фотонов Принцип детального равновесия.
- •30. Принцип работы оптического квантового генератора. Твердотельные и газоразрядные лазеры.
- •31. Заряд, размер и масса атомного ядра. Массовое и зарядовое числа. Состав ядра. Нуклоны.
- •32. Дефект массы и энергия связи ядра.
- •33. Взаимодействие нуклонов. Понятие о природе и свойствах ядерных сил.
- •34. Радиоактивные превращения ядер. Закон радиоактивного распада. Ядерные реакции и законы сохранения.
- •35. Закономерности альфа-, бeтa-и гамма- излучений.
- •36. Реакция деления ядра. Цепная реакция деления. Ядерный реактор. Термоядерные реакции.
1. Интерференция света. Когерентность и монохроматичность световых волн. Время и длина когерентности.
Необходимым условием интерференции (явления наложения волн) волн является их когерентность, т. е. согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов. Этому условию удовлетворяют монохроматические волны — неограниченные в пространстве волны одной определенной и строго постоянной частоты. Прерывистое излучение света атомами в виде отдельных коротких импульсов называется волновым цугом. Средняя продолжительность одного цуга ког называется временем когерентности. Когерентность существует только в пределах одного цуга, и время когерентности не может превышать время излучения, т. е. ког < . Если волна распространяется в однородной среде, то фаза колебаний в определенной точке пространства сохраняется только в течение времени когерентности ког. За это время волна распространяется в вакууме на расстояние lког =ског, называемое длиной когерентности (или длиной цуга). Таким образом, длина когерентности есть расстояние, при прохождении которого две или несколько волн утрачивают когерентность. Когерентность колебаний, которые совершаются в одной и той же точке пространства, определяемая степенью монохроматичности волн, называется временнóй когерентностью. Два источника, размеры и взаимное расположение которых позволяют (при необходимой степени монохроматичности света) наблюдать интерференцию, называются пространственно-когерентными. Радиус когерентности
где — длина волны света, — угловой размер источника.
2. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Условия максимума и минимума при интерференции света.
Предположим, что две монохроматические световые волны, накладываясь друг на друга, возбуждают в определенной точке пространства колебания одинакового направления: х1=А1 cos( t + 1) и x2 = A2 cos( t + 2). Под х понимают напряженность электрического Е или магнитного Н полей волны; векторы Е и Н колеблются во взаимно перпендикулярных плоскостях. Напряженности электрического и магнитного полей подчиняются принципу суперпозиции (см. § 80 и 110). Амплитуда результирующего колебания в данной точке . Так как волны когерентны, то cos(2 — 1) имеет постоянное во времени (но свое для каждой точки пространства) значение, поэтому интенсивность результирующей волны (I ~ А2)
В точках пространства, где cos(2—1)>0, интенсивность I>I1+I2, где cos(2—1)<0, интенсивность I<I1+I2. Следовательно, при наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн происходит пространственное перераспределение светового потока, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других — минимумы интенсивности. Это явление называется интерференцией света. Пусть разделение на две когерентные волны происходит в определенной точке О. До точки M, в которой наблюдается интерференционная картина, одна волна в среде с показателем преломления п1 прошла путь s1, вторая — в среде с показателем преломления n2 — путь s2. Если в точке О фаза колебаний равна t, то в точке М первая волна возбудит колебание A1cos(t–s1/v1), вторая волна — колебание A2cos(t–s2/v2), где v1=c/n1, v2=c/n2 — соответственно фазовая скорость первой и второй волны. Разность фаз колебаний, возбуждаемых волнами в точке М, равна
(учли, что /с = 2/с = 2/0, где 0 — длина волны в вакууме). Произведение геометрической длины s пути световой волны в данной среде на показатель n преломления этой среды называется оптической длиной пути L, a = L2 – L1 — разность оптических длин проходимых волнами путей — называется оптической разностью хода. Если оптическая разность хода равна целому числу длин волн в вакууме(172.2) то = ±2т, и колебания, возбуждаемые в точке М обеими волнами, будут происходить в одинаковой фазе. Следовательно, (172.2) является условием интерференционного максимума.
Если оптическая разность хода(172.3) то = ±2(т+1), и колебания, возбуждаемые в точке М обеими волнами, будут происходить в противофазе. Следовательно, (172.3) является условием интерференционного минимума.