![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Предмет физики
- •Раздел 1. Физические основы механики.
- •Глава 1. Кинематика.
- •§1.1. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности.
- •§1.2. Кинематика поступательного и вращательного движений.
- •§1.3. Закон (кинематическое уравнение) движения
- •§1.4. Скорость
- •§1.5. Ускорение
- •§1.6. Равномерное и равнопеременное движения.
- •§ 1.7. Связь между линейными и угловыми кинематическими характеристиками.
- •§ 1.8. Краткие итоги главы 1.
- •§ 1.9. Примеры
- •Глава 2. Динамика
- •§2.1. Задача динамики. Динамические характеристики
- •§2.2. Виды сил.
- •§2.4. Момент инерции.
- •§2.5. Момент силы.
- •§2.6. Уравнение динамики
- •§2.7. Итоги главы 2.
- •П римеры
- •Глава 3. Законы сохранения в механике.
- •§ 3.1.Фундаментальный характер законов сохранения
- •§ 3.2. Закон сохранения импульса.
- •§3.3.. Работа силы. Мощность.
- •§ 3.4. Механическая энергия.
- •§ 3.5. Закон сохранения механической энергии
- •§ 3.6. Столкновения тел
- •§ 3.5. Закон сохранения момента импульса
- •§ 3.6. Итоги главы 3
- •Примеры
- •Глава 4. Элементы специальной теории относительности
- •§ 4.1. Закон сложения скоростей. Постулат о скорости света
- •§ 4.2. Релятивистское сокращение длины и замедление времени
- •§ 4.3. Релятивистская динамика
- •Примеры
- •Раздел 2. Электромагнетизм
- •Глава 5. Электростатика
- •§ 5.1.Электрический заряд. Закон Кулона.
- •§5.2. Электрическое поле. Напряженность.
- •§ 5.3. Теорема Гаусса.
- •§ 5.4. Потенциал и работа электростатического поля.
- •§ 5.5. Связь напряженности и потенциала электростатического поля.
- •§ 5.6. Электростатическое поле в веществе.
- •§ 5.7. Электроемкость. Конденсатор.
- •§ 5.8. Энергия электрического поля.
- •Глава 6. Постоянный электрический ток.
- •§ 6.1. Электрический ток: сила тока, плотность тока
- •§ 6.2. Механизм электропроводности
- •§ 6.3. Законы постоянного тока.
- •§ 6.4. Работа и мощность тока
- •Глава 7. Магнитное поле тока
- •§ 7.1 Магнитное взаимодействие. Магнитное поле
- •§ 7.2. Закон Био-Савара-Лапласа
- •§ 7.3. Вихревой характер магнитного поля.
- •§ 7.4. Действие магнитного поля на токи и движущиеся электрические заряды
- •§ 7.5. Магнитное поле в веществе
- •Глава 8. Явление электромагнитной индукции
- •§ 8.1. Основной закон электромагнитной индукции
- •§ 8.2. Самоиндукция и взаимная индукция
- •§ 8.3. Энергия магнитного поля
- •§ 8.4. Вихревое электрическое поле. Уравнения Максвелла
- •Раздел 3. Физика колебаний и волн
- •Глава 9. Свободные и вынужденные колебания
- •§ 9.1. Гармонический осциллятор
- •Подведем итоги:
- •§ 9.2. Примеры гармонических осцилляторов.
- •1) Физический маятник
- •§ 9.3. Затухающие колебания
- •§9.4. Вынужденные колебания. Резонанс.
- •Глава 10. Волны
- •§ 10.1.Упругие волны
- •§ 10.2. Электромагнитные волны
- •§ 10.3.Энергия волн
- •§ 10.4. Волны и передача информации
- •Глава 11. Волновая оптика
- •§ 11.1.Световая волна
- •§ 11.2. Интерференция. Когерентность.
- •§ 11.3.Способы наблюдения интерференции света
- •§ 11.4. Дифракция. Условия ее наблюдения. Принцип Гюйгенса - Френеля
- •§ 3.5. Метод зон Френеля.
- •§ 11.6. Дифракция на щели. Дифракционная решетка как спектральный прибор.
- •§ 11.7. Голография
- •§ 11.8. Поляризация света.
- •§ 11.9. Рис. 3.12 Получение и применение поляризованного света
§ 3.5. Метод зон Френеля.
П
rm
усть
S – точечный
источник света, от которого распространяется
сферическая волна к экрану Э (рис.
55). В некоторый момент времени фронт
волны есть сфера радиуса a,
и он находится от экрана на расстоянии
b. Точка P
– проекция точки S
на экран. Разделим фронт волны,
состоящий из вторичных когерентных
источников, на такие области, чтобы
расстояния от разных вторичных источников
одной области до точки P
отличались бы друг от друга не больше,
чем на λ/2. Эти области называют
зонами Френеля. Пронумеруем их, начиная
от ближайшей к точке Р. Этой зоне
присвоим первый номер. Она вырезает
круг из сферической поверхности, все
остальные зоны имеют форму колец. Расчеты
показывают (проделайте их самостоятельно,
пользуясь учебником), что площади всех
зон Френеля одинаковы. Это означает,
что во всех зонах одинаковое число
точечных источников, испускающих
одинаковую энергию. Заметим, что наклон
зоны к направлению на точку Р экрана
и расстояние ее до этой точки увеличиваются
с ростом номера m зоны.
Это значит, что вклад в освещенность и,
соответственно, амплитуда Am
возбужденной вблизи этой
точки ней волны, пришедшей из зоны с
номером m, уменьшаются
с увеличением m:
А1>А2>…>Аm>…
В точку Р приходят из соседних зон
когерентные волны в противофазе,
так их пути отличаются на λ/2, и при
их сложении вклады четных и нечетных
зон в амплитуду результирующей волны
Ар имеют противоположные
знаки и представляет собой сумму
знакочередующегося ряда убывающих
чисел Ар= А1-А2+
А3-А4+… =
А1/2+(А1/2
-А2+ А3/2)+(
А3/2 -А4+
А5/2)+( А5/2-…=
А1/2. Мы учли, что члены
в скобках, где сгруппированы амплитуды
нечетных зон с полусуммой амплитуд
соседних четных зон, обращаются в ноль
вследствие плавного уменьшения амплитуды
волны из следующей зоны по сравнению с
предыдущей. Учитывая, что I~A2,
получаем, что интенсивность света в
точке Р составляет четверть
интенсивности света, пришедшего из
первой зоны Френеля: I=I1/4.
Расчеты дают, что радиус зоны Френеля
(см. рис.3.7) rm
.
Вычислим его для первой зоны Френеля,
считая a=b=1м,
λ=0,5.10-6м (середина видимого
спектра), получаем: r1=0,5
мм. Можно считать, что свет из S
в P попадает по
узкому каналу диаметром 0,5 мм прямолинейно
распространяющимся лучом. Метод зон
Френеля не противоречит наблюдаемому
на опыте прямолинейному распространению
света, являющемуся основой геометрической
оптики.
Особенность научного знания заключается в том, что новая теория не отменяет предыдущую, а только указывает границы ее применения. Так и волновая оптика не отменяет законы геометрической оптики. Что же нового дает волновая теория? Если между точечным источником и экраном поставить непрозрачную преграду, закрывающую все четные (или, наоборот, нечетные) зоны Френеля, то Ар= А1+ А3+А5+…, вследствие чего сильно увеличится освещенность вблизи точки Р. Опыт подтверждает этот неожиданный результат: перекрывая часть волнового потока, получаем не уменьшение, а увеличение освещенности.
Рассмотрим еще два примера дифракции, доказавших волновую природу света.
Дифракция на круглом отверстии. Пусть на пути фронта сферической волны стоит непрозрачная преграда с круглым отверстием, открывающим несколько зон Френеля. На экране в центре изображения отверстия (точка Р) должно быть светлое пятно, если открыто нечетное число зон, и темное пятно, если это число четное. Меняя положение преграды между источником и экраном, на практике наблюдаем смену темного пятна в центре на светлое и наоборот из-за изменения числа открытых зон.
Дифракция на диске. Пусть между точечным источником света и экраном помещен диск, закрывающий m зон Френеля. Тогда Ар= Аm-Аm+1+ Аm+2-Аm+3+… = Аm/2. В центре геометрической тени диска всегда светлое пятно! Это наблюдение Араго (XVIII в) окончательно убедило его современников в справедливости волновой теории света.