Шпаргалка по "Физике"

 

 

33. Интерференция света в тонких плёнках.

 

 

Явление интерференции в тонких пленках широко наблюдается в  естественных условиях: радужная окраска  мыльных пузырей, нефтяных пленок, масляных пятен на поверхности воды, крыльев  бабочки.

В этом случае интерферируют лучи, полученные от отражения падающего  луча от верхней и нижней поверхностей. Оптическая разность хода между лучами не велика из-за малой толщины пленки и поэтому они принадлежат  одному цугу, а значит когерентны.

Падающая волна частично отражается от поверхности пленки (луч 1) и частично преломляется (луч OC). Преломленная волна, достигнув нижней поверхности пленки, отражается от нее (луч CB). Луч CB затем преломляется на верхней поверхности (луч 2). Лучи 1 и 2 с помощью линзы собираются на экране в точке P и интерферируют. Результат интерференции зависит от оптической разности хода между лучами 1 и 2.

Оптическая разность хода между  двумя интерферирующими лучами от точки  O до плоскости AB равна: , где - показатель преломления пленки, член обусловлен потерей полуволны при отражении света от границы раздела с оптически более плотной средой. Расстояния OA, OC и CB находится геометрическим методом ( , рис.1):  , .

Установка для наблюдения колец Ньютона состоит из плоско-параллельной пластины и плосковыпуклой линзы большого радиуса кривизны. Свет на установку падает вертикально (рис. 4).

(рис.4)   Тонкая пленка образуется между  линзой и пластинкой. Это воздушная  пленка или жидкая. Пленка имеет  вид клина. Поэтому возникают  полосы равной толщины. Из-за  симметрии они имеют вид окружностей.

 

34. Дифракция света Френеля.

 

Дифракция – огибание волнами препятствий. Дифракция обнаруживается, когда размеры препятствия сравнимы с длиной волны или меньше её. Дифракция может быть описана с помощью принципа Гюйгенса-Френеля:

1) Каждая точка пространства, до  которой дошёл волновой фронт  сама становится точечным источником  вторичных волн.

2) Амплитуда  волны в каждый последующий  момент времени определяется  интерференцией вторичных волн, созданных предыдущими моментами  времени.

 

 

 

 

Метод зон Френеляиспользуется для описания дифракции. Он заключается в том, что волновой фронт развивается на узкие участки называемые зонами, каждая последующая зона Френеля отстоит от точки наблюдения на пол волны дальше от предыдущей.

Поэтому соседние зоны Френеля частично гасят друг друга.

; ;

На половине участка волнового  фронта обращённой к наблюдателю  помещается порядка миллиона зон  Френеля.

, гдеn– число зон Френеля, и т.д. – амплитуды от отдельных зон Френеля.

 – центральное место зон Френеля.

 

35. Дифракция света Фраунгофера.

 

Дифракция Фраунгофера на щели

MN=a – ширина щели

MN - щель

(чётное число зон Френеля)условие min.

(нечётное число)условие max

К =1, 2, 3,…

Результат дифракции на щели зависит  от разбиения волнового фронта прошедшего через щель на зоны Френеля, а –  ширина щели, - угол дифракции

В результате мы наблюдаем чередование  тёмных и светлых полос.

36. Рассеяние света.

 

Рассеянием света  называется явление преобразования света веществом, сопровождающееся изменением направления распространения света и проявляющееся как несобственное свечение вещества. Рассеяние света по физическому содержанию представляет дифракцию волн на неоднородностях среды.

Это свечение обусловлено вынужденными колебаниями электронов в атомах, молекулах или ионов рассеивающей среды под действием падающего  света. Рассеяние света может  возникнуть только в оптически неоднородной среде, показатель преломления которой  нерегулярно меняется от точки к  точке. Примеры таких сред – это  мутные среды (дым, туман, эмульсии, коллоидные растворы, матовые стекла), содержащие мелкие частицы, показатель преломления  которых отличается от показателя преломления  окружающей среды.

 

37. Разрешающая способность.

 

РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ оптических приборов - характеризует их способность давать раздельные изображения двух близких друг к другу точек объекта. Из-за дифракции света изображение точки - кружок (светлое пятно, окруженное кольцами). Наименьшее линейное или угловое расстояние между двумя точками, начиная с которого их изображения сливаются, называется линейным или угловым пределом разрешения. Количественной мерой разрешающей способности обычно служит обратная величина. Разрешающая способность прибора может быть оценена по его аппаратной функции.

 

38.  Голография.

 

Голография – это особый способ записи на фотопластинке структуры световой волны, отраженной предметом. При освещении голограммы пучком света эта волна почти полностью восстанавливается и создается впечатление, что наблюдается сам предмет. Обычный фотографический способ получения изображения предмета основан на регистрации с помощью фотопластинки различий в интенсивности света, рассеваемого разными малыми элементами поверхности предмета. Но при этом не учитывается расстояние, откуда идет свет. В результате получается плоское изображение предмета. Распределение интенсивности в интерференционной картине определяется как амплитудой интерферирующих волн, так и разностью их фаз: . Свой метод Габор назвал голографией.

Лазерный пучок делится на две  части, одна его часть отражается зеркалом на фотопластинку (опорная  волна), а вторая попадает на фотопластинку, отразившись от предмета (предметная волна). Опорная и предметная волны  когерентны и они интерферируют  на фотопластинке. Интерференционная  картина, зафиксированная на фотопластинке  после ее проявления, называется голограммой  предмета.

 

39. Дисперсия света.

 

Дисперсия – зависимое показательное преломление от длины волны (частоты).

Результатом дисперсии яв-ся разложение белого света призмы в радужный спектр.

Дисперсия хар-сякоэффициентом дисперсии:

, где - угол дифракции

В случае если D>0 то это называется аномальная дисперсия, при D<0 –нормальная дисперсия.

, где – скорость эл. магн. волн в вакууме.

Аномальная дисперсия объясняется  резонансным погашением света в  веществе. Это подтверждается наблюдениями поглощения света.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40. Поглощение света.

Поглощение (абсорбция) света – явление потери энергии световой волной, проходящей через вещество, вследствие преобразования энергии волны в другие формы (внутреннюю энергию вещества и в энергию вторичного излучения других направлений и спектрального состава. Свет лучше всего поглощается на той же частоте, которая соответствует аномальной дисперсии.

Закон Бугера (закон ослабления света в веществе):

 –  интенсивность света, прошедшего  через вещество.

- интенсивность  света, падающего на вещ-во.

x – толщина вещ-ва; - коэффициент поглощения, который не зависит от интенсивности света, зависит от длины волны (или частоты) и для различных веществ различен. Наибольший для металлов. Чем выше проводимость металла, тем сильнее в нем поглощение света.

 

 

41. Поляризация света.

 

Поляризация света.

В естественном свете представлены все возможные направления вектора . Поляризованным светом называют свет, в котором представлены преимущественно одно направление вектора. Поляризацию света производят с помощью поляризатора. Поляризатором называют оптический анизотропный кристалл имеющий ось оптической анизотропии.

Через кристалл проходят волны с  вектором параллельным оси оптической анизотропии. Степень поляризации света можно оценить с помощью другого оптического анизотропного кристалла.(анализатора).

Виды поляризованного  света: поляризованный; частично поляризованный (свет с преимущественным направлением колебаний вектора Е); плоскополяризованный (вектор Е и Н колеблются только в одном направлении, перпендикулярно лучу).

Степень поляризации  света а:, где – соответственно maxи min интенсивность частично поляризованного света.

 – закон Малюса., где – угол между осями оптической анизотропии поляризатора и анализатора

- интенсивность  света после поляризатора

- интенсивность света  после анализатора.

При определённом углепадения весь отражаемый свет будет поляризованным – этот угол называют углом Брюстера.

Если свет падает на границу раздела  под углом Брюстера, то отражённый и преломлённый лучи взаимно перпендикулярны.

Если свет падает под углом Брюстера, то отражённый луч является плоскополяризованный. Преломлённый луч поляризован максимально, но не полностью.Закон Брюстера:

 

 

42. Двойное лучепреломление

 

Двойно́е лучепреломле́ние — эффект расщепления в анизотропных средах луча света на две составляющие. Впервые обнаружен на кристалле исландского шпата. Если луч света падает перпендикулярно к поверхности кристалла, то на этой поверхности он расщепляется на два луча. Первый луч продолжает распространяться прямо, и называется обыкновенным (o — ordinary), второй же отклоняется в сторону, нарушая обычный закон преломления света, и называется необыкновенным (e — extraordinary).

 

 

 

 

 

 

43. Фотоэффект.

 

Фотоэффект – вырывание электронов из вещества светом.

Законы фотоэффекта:

1. закон Столетова: при фиксированной  частоте падающего света число  фотоэлектронов, вырываемых из катода  в единицу времени, пропорционально  интенсивности света (сила фототока  насыщения пропорциональна энергетической  освещенности катода).

2. Максимальная начальная скорость (максимальная начальная кинетическая  энергия) фотоэлектронов не зависит  от интенсивности падающего света,  а определяется только его  частотой.

3. Для каждого вещества существует  «красная граница» фотоэффекта,  т.е. минимальная частота света  (зависящая от химической природы  вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект не  возможен.

 Описывается законом Эйнштейна:

 

Энергия кванта света расходуется  на вырывание электронов из и на передачу ему некоторой кинетической энергии.

- энергия  кванта света

Квантом света называется сгусток  эл. магн. энергии.

- частота света; ; - работа выхода энергия вырывание электронов из вещества, - масса электрона, – скорость электрона.

максимальная  кинетическая энергия фотоэлектрона.

 

Фотоэффект происходит если:

 

44. Давление света.

 

Давление электромагнитного  излучения, давление света — давление, которое оказывает световое (и вообще электромагнитное) излучение, падающее на поверхность тела.

 

Экспериментально световое давление впервые исследовал П. Н. Лебедев  в 1899 г. В его опытах в вакуумированном сосуде на тонкой серебряной нити подвешивались крутильные весы, к коромыслам которых были прикреплены тонкие диски из слюды и различных металлов.