8. Волновые процессы

Изучение волновых процессов целесообразно начинать с механических волн, распространяющихся в упругих средах. Следует понять раз­личие между колебанием и волной, уметь записать и пояснить уравнение бегущей и отраженной волны, а также параметры и понятия, (например, волновая поверхность, фронт), характеризующие синусоидальную волну. Необходимо также: понять, что распространение волны связано с перено­сом её энергии в направлении распространения, знать принцип суперпозиции (наложения) волн, понимать разницу между фазовой и групповой скоростью распространения волны. Особое внимание следует уделить ин­терференции волн как важнейшему явлению, характерному для волновых процессов любой физической природы.

При изучении стоячей волны, образующейся при интерференции двух встречных волн одинаковой частоты и равных амплитуд, необходимо отме­тить два обстоятельства: отсутствие переноса энергии в пространстве и дискретный характер возможных значений энергии стоячей волны. Пони­мание последнего обстоятельства должно психологически подготовить студента к пониманию квантования значений ряда физических величин (энер­гии, момента импульса и др.) при изучении квантовой оптики и кванто­вой механики.

В качестве примера механических волн в упругих средах студент должен изучить звуковые волны, их свойства и специфические особеннос­ти.

Переходя к изучению электромагнитных волн, студент должен: ясно представлять физический смысл уравнений Максвелла (в интегральной фор­ме); усвоить, что переменные электрическое и магнитное поля взаимосвя­заны, поддерживают друг друга и могут существовать независимо от источ­ника, их породившего, распространяясь в пространстве в виде электромаг­нитной волны. Другими словами, электромагнитная волна - это распростра­няющееся в пространстве электромагнитное поле. Студенту необходимо: разобраться в свойствах и шкале электромагнитных волн, их излучении, приеме, практическом применении, уяснить, что элементарным излучате­лем электромагнитной волны является гармонически колеблющийся элек­трический диполь.

9. Волновая оптика

В этом разделе студент знакомится с явлениями интерференции, дифракции и поляризации света, а также с явлением дисперсии. Характер­ной особенностью первых трех явлений является то, что все они объясня­ются на основе волновой электромагнитной теории света. Отметим, что световые волны имеют специфические особенности: когерентность и моно­хроматичность, которые обусловлены конечной длительностью свечения отдельного атома.

При изучении интерференции света необходимо усвоить определе­ние и сущность явления, условия его наблюдения. Важно понять, что при интерференции имеет место перераспределение энергии, а не взаимодей­ствие волн. Студент должен знать условия усиления и ослабления при интерференции когерентных волн и особое внимание уделить таким вопросам, как цвета тонких пленок, полосы равной толщины и равного наклона, применению явления интерференции.

Рассматривая явление дифракции, необходимо знать определение и сущность явления, а также условия его наблюдения. Студент должен понять метод зон Френеля и на его основе объяснить дифракцию на щели, малом экране, прямолинейное распространение света, дифракцию на решетке, в том числе и пространственной (дифракция рентгеновских лучей на кристаллической решетке). Отметим, что с точки зрения волновой теории све­та явление дифракции есть разновидность проявления интерференции излу­чения элементарных источников, образующих фронт световой волны. Следует обратить внимание на практическое применение явления дифракции.

При знакомстве с голографией необходимо понять, что голографический метод получения голограмм и объемных изображений основан на использовании явлений интерференции и дифракции.

Изучение явлений интерференции и дифракции света должно подгото­вить студента к пониманию основ квантовой механики и физики твердого тела.

Явление дисперсии следует рассматривать как результат взаимодей­ствия излучения с веществом на основе учета его атомно-молекулярной структуры. Необходимо знать определение и сущность явления, отличие нормальной дисперсии от аномальной, применение явления.

При изучении явления Вавилова-Черенкова следует уяснить, что это чисто классическое явление, объясняемое на основе интерференции света.

При изучении поляризации света особое внимание необходимо обратить на способы получения поляризованного света (в том числе на явление двойного лучепреломления), законы Брюстера и Малюса, на явление враще­ния плоскости поляризации в кристаллах и растворах, эффект Керра, а также на применения поляризованного света. Следует обратить внимание на то обстоятельство, что поляризация света служит экспериментальным доказательством поперечности световых волн.