Оптика Атомная и ядерная физика Геометрическая оптика

Оптика. Атомная и ядерная физика.

Геометрическая оптика • раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его волновых свойств. • Закон прямолинейного распространения света : в прозрачной однородной среде свет распространяется по прямым линиям. • Световой луч - линия, вдоль которой распространяется свет.

Закон отражения • Луч, падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения лежат в одной плоскости. Угол падения равен углу отражения.

Закон преломления • Луч, падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред.

Геометрическая оптика • Закон независимого распространения лучей: если через точку пространства проходит несколько лучей, то каждый луч ведет себя так, как если бы других лучей не было. • Поскольку геометрическая оптика не учитывает волновой природы света, в ней действует постулат, согласно которому если в какой то точке сходятся две (или большее количество) систем лучей, то освещённости, создаваемые ими, складываются

Волновая оптика Волновые свойства света: • • Дисперсия Интерференция Дифракция Поляризация

Дисперсия • Дисперсией света называется зависимость показателя преломления n вещества от частоты ν (длины волны λ) света. • Дисперсия света позволила впервые вполне убедительно показать составную природу белого света

Интерференция – это явление наложения двух и более когерентных световых волн, в результате которого наблюдается усиление или ослабление результирующих световых колебаний в различных точках пространства, т. е. возникает интерференционная картина. Когерентными волнами называются волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную во времени разность фаз.

оптическая разность хода

Свет, испускаемый тепловыми источниками, состоит из множества волн излучаемых атомами независимо друг от друга. Прерывистое излучение света атомами в виде отдельных коротких импульсов называется волновым цугом. Для получения когерентных световых волн применяют метод разделения волны, излучаемой одним источником, на две части, которые после прохождения разных оптических путей накладываются друг на друга, и наблюдается интерференционная картина.

Опыт Юнга

Интерференция света в тонких пленках

Кольца Ньютона

Дифракция • Дифракцией называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. • Благодаря дифракции волны могут попадать в область геометрической тени, огибать препятствия, проникать через небольшие отверстия в экранах и т. д.

Явление дифракции объясняется с помощью принципа Гюйгенса — Френеля: каждую точку волнового фронта можно рассматривать, как источник вторичных волн, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн.

Дифракционная решетка • • Дифракционная решётка — оптический прибор, действие которого основано на использовании явления дифракции света. Представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесённых на некоторую поверхность. Фронт световой волны разбивается штрихами решётки на отдельные пучки когерентного света. Эти пучки претерпевают дифракцию на штрихах и интерферируют друг с другом. Так как для разных длин волн максимумы интерференции оказываются под разными углами (определяемыми разностью хода интерферирующих лучей), то белый свет раскладывается в спектр.

•

Один из простейших и распространённых в быту примеров отражательных дифракционных решёток — компакт диск или DVD. На поверхности компакт диска — дорожка в виде спирали с шагом 1, 6 мкм между витками. Примерно треть ширины (0, 5 мкм) этой дорожки занята углублением (это записанные данные), рассеивающим падающий на него свет, примерно две трети (1, 1 мкм) — нетронутая подложка, отражающая свет. Таким образом, компакт диск — отражательная дифракционная решётка с периодом 1, 6 мкм.

линейчатый спектр ртутной лампы ДРШ

Поляризация •

• Волна с круговой поляризацией.

• Существуют оптические устройства (пленки, пластины и т. д. ) поляризаторы, которые из естественного света выделяют линейно поляризованный свет. • Поляризаторы, использующиеся для анализа поляризации света называются анализаторами.

Закон Малюса

Вращение плоскости поляризации •

Поляризационные фильтры предназначены для повышения контраста снимка, убирают блики с воды, делают цвет неба более насыщенным, подчеркивают облака.

Тепловое излучение • Свечение тел, обусловленное нагреванием, называется тепловым (температурным) излучением. Тепловое излуче ние, являясь самым распространенным в природе, совершается за счет энергии теплового движения атомов и молекул вещества (т. е. за счет его внутренней энергии) и свойственно всем телам при температуре выше 0 К. • Абсолютно чёрное тело —тело, поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах и ничего не отражающее. • Несмотря на название, абсолютно чёрное тело само может испускать электромагнитное излучение любой частоты и визуально иметь цвет. Спектр излучения абсолютно чёрного тела определяется только его температурой. Модель абсолютно черного тела небольшое отверстие в ящике сферической формы.

Закон Стефана Больцмана •

Закон смещения Вина •

Гипотеза Планка: процессы излучения и поглощения электромагнитной энергии нагретым телом происходят не непрерывно, а конечными порциями – квантами. Квант – это минимальная порция энергии, излучаемой или поглощаемой телом. • E = hν, • h = 6, 626· 10– 34 Дж·с постоянная Планка

Квантовая физика •

Фотоэффект • Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения. Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.

Законы фотоэффекта 1. Максимальная скорость фотоэлектронов определяется часто той вета 0 и не зависит с от его интенсивности. 2. Фототок насыщения в вакуумном фотоэлементе пропорцио нален световому потоку. 3. Для каждой поверхности существует минимальная частота 0 (так называемая красная граница фотоэффекта), при которой еще возможен внешний фотоэффект.

Физика атома • Опыт Резерфорда

• Резерфорд создал планетарную модель атома: электроны обращаются вокруг ядра, подобно тому как планеты обращаются вокруг Солнца.

Постулаты Бора 1. Постулат стационарных состояний: атомная система может находится только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия En. В стационарных состояниях атом не излучает. 2. Правило частот: при переходе атома из одного стационарного состояния с энергией En в другое стационарное состояние с энергией Em излучается или поглощается квант, энергия которого равна разности энергий стационарных состояний: hνnm = En – Em, где h – постоянная Планка.

Спектральные серии водорода