Скачать презентацию Тема Волны Возмущения вещества или поля Скачать презентацию Тема Волны Возмущения вещества или поля

Адаптац курс Волны, оптика, ядро.ppt

  • Количество слайдов: 97

Тема: Тема: "Волны "

Возмущения вещества или поля, распространяющиеся в пространстве, называются волнами. Колеблющиеся тела, вызывающие эти возмущения Возмущения вещества или поля, распространяющиеся в пространстве, называются волнами. Колеблющиеся тела, вызывающие эти возмущения в упругой среде, называются источником волн, а сами волны — упругими волнами.

Уравнение плоской волны где x — колеблющаяся величина, x 0 — амплитуда колебаний, r Уравнение плоской волны где x — колеблющаяся величина, x 0 — амплитуда колебаний, r — расстояние от рассматриваемой точки волны до источника, v — скорость распространения волны.

В другом виде уравнение имеет вид . соответственно равны и Фазы колебаний в точках В другом виде уравнение имеет вид . соответственно равны и Фазы колебаний в точках на расстоянии

. Тогда Длина волны — это расстояние между двумя ближайшими точками (в направлении распространения . Тогда Длина волны — это расстояние между двумя ближайшими точками (в направлении распространения волны), колеблющимися с разностью фаз 2 p. Учитывая это определение, получим т. е .

Циклическая частота тогда и в этом случае То есть длина волны равна расстоянию, на Циклическая частота тогда и в этом случае То есть длина волны равна расстоянию, на которое распространится волна за время, равное периоду колебаний.

Разность фаз двух колеблющихся точек волны: где — расстояние между исследуемыми точками волны Разность фаз двух колеблющихся точек волны: где — расстояние между исследуемыми точками волны

Интерференцией света называется явление наложения когерентных световых волн, в результате которого происходит перераспределение световой Интерференцией света называется явление наложения когерентных световых волн, в результате которого происходит перераспределение световой энергии в пространстве, в одних местах пространства возникают максимумы, а в других — минимумы интенсивности света.

Когерентными являются световые волны, разность фаз которых остается постоянной во времени. Оптическая длина пути Когерентными являются световые волны, разность фаз которых остается постоянной во времени. Оптическая длина пути луча L = nl, где n — показатель преломления среды; l — геометрическая длина пути.

Условие максимума интенсивности света. где — оптическая разность хода лучей; — длина световой волны Условие максимума интенсивности света. где — оптическая разность хода лучей; — длина световой волны — целое число. ; Условие света минимума интенсивности

Под дифракцией света понимают явление огибания светом препятствий, сравнимых с длиной волны. Под дифракцией света понимают явление огибания светом препятствий, сравнимых с длиной волны.

Условие максимумов интенсивности света для дифракционной решетки: где — целое число; j — угол Условие максимумов интенсивности света для дифракционной решетки: где — целое число; j — угол дифракции; d — период решетки (d = a + b, где a — ширина прозрачной полоски (щели), b — ширина непрозрачного штриха). ,

Домашнее задание. Г. П. Киселева ФИЗИКА, 2005 г. Теория стр. 74 -76 Задачи Тест Домашнее задание. Г. П. Киселева ФИЗИКА, 2005 г. Теория стр. 74 -76 Задачи Тест 15. 1

Тема: Тема: "Геометрическая оптика"

Законы отражения света: • Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к границе раздела двух Законы отражения света: • Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. • Угол отражения g равен углу падения a.

Законы преломления света: • Падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела двух Законы преломления света: • Падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

• Отношение синуса угла падения a к синусу угла преломления b есть величина • Отношение синуса угла падения a к синусу угла преломления b есть величина постоянная для данных двух сред, называемая относительным показателем преломления второй среды относительно первой: .

. Абсолютным показателем преломления среды n называется показатель преломления этой среды относительно вакуума. Он . Абсолютным показателем преломления среды n называется показатель преломления этой среды относительно вакуума. Он показывает, во сколько раз скорость света в среде v меньше скорости света в вакууме c,

Относительный преломления показатель второй среды относительно первой показывает во сколько раз скорость света в Относительный преломления показатель второй среды относительно первой показывает во сколько раз скорость света в первой среде v 1 больше скорости света во второй среде v 2 и равен отношению абсолютных показателей второй среды к первой: .

Среда с большим абсолютным показателем преломления считается оптически более плотной. Среда с большим абсолютным показателем преломления считается оптически более плотной.

Полным внутренним отражением называется явление, происходящее при падении луча на границу раздела двух сред Полным внутренним отражением называется явление, происходящее при падении луча на границу раздела двух сред из среды оптически более плотной, когда , где — предельный угол полного внутреннего отражения, соответствующий углу преломления b = 90°: , где (n 1>n 2).

Оптическая сила линзы где F — фокусное расстояние линзы. Формула линзы и формула сферического Оптическая сила линзы где F — фокусное расстояние линзы. Формула линзы и формула сферического зеркала имеют одинаковый вид: где F — фокусное расстояние линзы (зеркала), d — расстояние от предмета до линзы (зеркала), f — расстояние от линзы до изображения.

Правило знаков: если фокус, предмет или изображение являются действительными, то перед соответствующими членами этой Правило знаков: если фокус, предмет или изображение являются действительными, то перед соответствующими членами этой формулы ставится “плюс”, если мнимыми, то “минус”.

Линейное увеличение линзы где H и h — линейные размеры изображения и предмета соответственно. Линейное увеличение линзы где H и h — линейные размеры изображения и предмета соответственно. Линейное увеличение лупы , где d 0 = 25 см — расстояние наилучшего зрения.

Домашнее задание. Г. П. Киселева ФИЗИКА 2005 г. Теория стр. 77 -83 Задачи Тест Домашнее задание. Г. П. Киселева ФИЗИКА 2005 г. Теория стр. 77 -83 Задачи Тест 16. 1

Тема: Тема: "Элементы теории относительности. Квантовые свойства света"

1. Элементы теории относительности В основе специальной теории относительности лежат два принципа или постулата, 1. Элементы теории относительности В основе специальной теории относительности лежат два принципа или постулата, сформулированные Эйнштейном в 1905 г.

• Принцип относительности: все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной • Принцип относительности: все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой. Это означает, что во всех инерциальных системах физические законы (не только механические) имеют одинаковую форму. Таким образом, принцип относительности классической механики обобщается на все процессы природы, в том числе и на электромагнитные. Этот обобщенный принцип называют принципом относительности Эйнштейна.

• Принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости • Принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Скорость света в СТО занимает особое положение. Это предельная скорость передачи взаимодействий и сигналов из одной точки пространства в другую.

Из преобразований Лоренца вытекает целый ряд следствий. В частности, из них следует релятивистский эффект Из преобразований Лоренца вытекает целый ряд следствий. В частности, из них следует релятивистский эффект замедления времени и сокращение длины. ; .

Масса тела, движущегося со скоростью относительно неподвижной системы отсчета, возрастает по закону С помощью Масса тела, движущегося со скоростью относительно неподвижной системы отсчета, возрастает по закону С помощью операции дифференцирования из формул преобразований Лоренца можно найти:

Эти соотношения выражают релятивистский закон сложения скоростей для случая, когда частица движется параллельно. Эти соотношения выражают релятивистский закон сложения скоростей для случая, когда частица движется параллельно.

Эйнштейн получил выражение полной энергии частицы и энергии покоя . Кинетическая энергия релятивистской частицы Эйнштейн получил выражение полной энергии частицы и энергии покоя . Кинетическая энергия релятивистской частицы есть разность между полной энергией и энергией покоя

2. Квантовые свойства света Энергия фотона определяется формулой Планка где — частота света; h 2. Квантовые свойства света Энергия фотона определяется формулой Планка где — частота света; h — постоянная Планка. Длина волны связана со скоростью света и частотой соотношением поэтому энергию фотона можно выразить формулой

Импульс фотона Масса фотона Импульс фотона Масса фотона

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: , где — энергия фотона, A — работа выхода; — Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта: , где — энергия фотона, A — работа выхода; — кинетическая энергия вылетающего электрона.

Красная граница фотоэффекта . Когда напряжение на аноде отрицательно, электрическое поле между катодом и Красная граница фотоэффекта . Когда напряжение на аноде отрицательно, электрическое поле между катодом и анодом тормозит электроны. Анода могут достичь только те электроны, кинетическая энергия которых превышает В предельном случае

Эффект Комптона Комптон исследовал упругое рассеяние коротковолнового рентгеновского излучения на свободных (или слабо связанных Эффект Комптона Комптон исследовал упругое рассеяние коротковолнового рентгеновского излучения на свободных (или слабо связанных с атомами) электронах вещества. Открытый им эффект увеличения длины волны рассеянного излучения, названный впоследствии эффектом Комптона,

; Для эффекта Комптона справедливы законы сохранении импульса и энергии. ; Для эффекта Комптона справедливы законы сохранении импульса и энергии.

Давление света Для вычисления давления света при нормальном падении излучения и отсутствии рассеяния можно Давление света Для вычисления давления света при нормальном падении излучения и отсутствии рассеяния можно воспользоваться следующей формулой: с где — скорость света, — количество лучистой энергии, падающей нормально на 1 м 2 поверхности за 1 с, т. е. интенсивность падающего излучения; — коэффициент отражения.

Если если . , тогда С квантовой точки зрения Если если . , тогда С квантовой точки зрения

Домашнее задание. Г. П. Киселева ФИЗИКА 2005 г. Теория стр. 85 -89 Задачи Тест Домашнее задание. Г. П. Киселева ФИЗИКА 2005 г. Теория стр. 85 -89 Задачи Тест 17. 1 Задачи Тест 18. 1

Тема: Тема: "Строение атома и атомного ядра"

Излучение света происходит при переходе атома из одного стационарного состояния в другое. Излучение света происходит при переходе атома из одного стационарного состояния в другое.

Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний где h — постоянная Планка; — Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний где h — постоянная Планка; — частота излучения; m и n номера орбит (m>n); — соответствующие им и значения энергии.

Для видимого света n = 2 — номер орбиты, на которую переходит электрон. Для видимого света n = 2 — номер орбиты, на которую переходит электрон. Для атома водорода энергия стационарного состояния с номером орбиты n равна э. В.

Атомное ядро состоит из нуклонов: протонов и . нейтронов. Число нуклонов в ядре равно Атомное ядро состоит из нуклонов: протонов и . нейтронов. Число нуклонов в ядре равно массовому числу A (округленной до целого числа атомной массе элемента, выраженной в атомных единицах массы (а. е. м. )). Число Z протонов в ядре равно порядковому номеру элемента в периодической системе Менделеева. Число N нейтронов в ядре можно определить как разность массового числа A и числа протонов Z: N = A – Z. Любой химический элемент обозначают символом:

Дефектом массы ядра называется разность между суммой масс покоя нуклонов и массой покоя ядра: Дефектом массы ядра называется разность между суммой масс покоя нуклонов и массой покоя ядра: где , , — массы покоя протона, нейтрона, ядра.

Энергия связи атомного ядра: где c — скорость света; — дефект массы. Если дефект Энергия связи атомного ядра: где c — скорость света; — дефект массы. Если дефект массы выражать в атомных единицах массы, то энергию связи можно найти в мегаэлектронвольтах по формуле

Радиоактивные вещества могут испускать три вида излучения: a – излучение, b – излучение и Радиоактивные вещества могут испускать три вида излучения: a – излучение, b – излучение и g– излучение. При a – распаде: . При b – распаде:

Закон радиоактивного распада: где N 0 — число радиоактивных атомов в начальный момент времени; Закон радиоактивного распада: где N 0 — число радиоактивных атомов в начальный момент времени; N — их число по истечении времени t; T — период полураспада (время, в течение которого распадается половина начального числа атомов).

Решение расчетных и качественных задач. В задачах на излучение атомом водорода используют закон сохранения Решение расчетных и качественных задач. В задачах на излучение атомом водорода используют закон сохранения энергии: энергия кванта излучения в точности равна разности энергий стационарных состояний. Энергию, заданную в электронвольтах, надо перевести в джоули и по мере необходимости использовать соотношение между частотой и длиной волны При определении дефекта масс формулу

целесообразно преобразовать так, чтобы в нее входила не масса ядра Mя, а масса атома целесообразно преобразовать так, чтобы в нее входила не масса ядра Mя, а масса атома Mа: где — масса атома водорода (Z электронов оболочек атомов водорода и Z электронов оболочки исследуемого атома стоят в уравнении с разными знаками и компенсируют друга). При описании ядерных реакций необходимо учитывать законы сохранения энергии, импульса, электрического заряда и числа нуклонов

Домашнее задание. Г. П. Киселева ФИЗИКА. Теория стр. 91 -94 Задачи Тест 19. 1 Домашнее задание. Г. П. Киселева ФИЗИКА. Теория стр. 91 -94 Задачи Тест 19. 1 Задачи Тест 20. 1

Скорость распространения поперечных волн v┴ зависит от модуля сдвига G и плотности среды r: Скорость распространения поперечных волн v┴ зависит от модуля сдвига G и плотности среды r: Если колебания физической величины, характеризующей среду или поле, происходят в направлении распространения волны, то такие волны называют продольными. Где E - модуль Юнга, r плотность среды :

Демонстрация поперечных и продольных волн Демонстрация поперечных и продольных волн

Волновым полем называется область пространства, в котором наблюдается возмущения среды. Поверхность до которой к Волновым полем называется область пространства, в котором наблюдается возмущения среды. Поверхность до которой к некоторому моменту времени доходят колебания называется фронтом волны. Волновая поверхность это поверхность, в точках которой фаза колебаний имеет одно и то же значение.

Бегущими волнами называются волны, которые переносят энергию в пространстве. Лучом называется линия, в которой, Бегущими волнами называются волны, которые переносят энергию в пространстве. Лучом называется линия, в которой, касательные проведённые в ее точках совпадают с направлением распространения волны. Скорость распространения фазы колебания носит название фазовой скорости v

Уравнение плоской, бегущей волны Уравнение плоской, бегущей волны

Отношение называют волновым числом , тогда введём волновой вектор где — единичный вектор в Отношение называют волновым числом , тогда введём волновой вектор где — единичный вектор в направлении скорости распространения волны. В случае сферической волны :

Длина волны. Длиной волны l называют минимальное расстояние между двумя точками среды, в направлении Длина волны. Длиной волны l называют минимальное расстояние между двумя точками среды, в направлении распространения волны, колеблющимся с разностью фаз равной 2 p радиан.

Если, то, т. е. , или волновое число С другой стороны Учитывая, что Т. Если, то, т. е. , или волновое число С другой стороны Учитывая, что Т. е. тогда получим

Волновое уравнение (дифференциальное уравнение волны) В области волновых процессов, существует волновое уравнение, являющееся обобщенным Волновое уравнение (дифференциальное уравнение волны) В области волновых процессов, существует волновое уравнение, являющееся обобщенным выражением волн, независимо от их конкретного вида. Это дифференциальное уравнение в частных производных.

Рассмотрим на примере плоской волны Найдем первую и вторую частные производные от колеблющейся величины Рассмотрим на примере плоской волны Найдем первую и вторую частные производные от колеблющейся величины s по времени t Сравнивая , получим

Найдем первую и вторую частные производные от колеблющейся величины s по координате x Сравнивая, Найдем первую и вторую частные производные от колеблющейся величины s по координате x Сравнивая, запишем

Учитывая что принимает вид то уравнение а, так как Это и есть одномерное волновое Учитывая что принимает вид то уравнение а, так как Это и есть одномерное волновое уравнение. В общем случае характеристики волн зависят от трех пространственных координат, и волновое уравнение записывается в следующей форме:

Применяя, оператор Лапласа запишем в боле коротком виде Применяя, оператор Лапласа запишем в боле коротком виде

Плотность энергии волны w – энергия колеблющихся частиц среды в единице объема Энергия одной Плотность энергии волны w – энергия колеблющихся частиц среды в единице объема Энергия одной колеблющейся частицы равна Плотность энергии волны w равна произведению энергии одной частицы W 1 на концентрацию этих частиц n (число частиц в единице объема).

, учитывая, что - плотности среды, получим Поток энергии Ф - это энергия, переносимая , учитывая, что - плотности среды, получим Поток энергии Ф - это энергия, переносимая волной через поверхность в единицу времени Поток энергии измеряется в ватах

Плотность потока энергии волны. Интенсивность волны • Плотность потока энергии U— это есть поток Плотность потока энергии волны. Интенсивность волны • Плотность потока энергии U— это есть поток энергии, переносимый волной через единицу площади, перпендикулярной направлению распространения волны Если энергия переносится равномерно по всей площади, то Плотность потока энергии измеряется в

Передаваемая энергия равна энергии волны в объёме прямоугольного параллелепипеда площадью основания S и длиной Передаваемая энергия равна энергии волны в объёме прямоугольного параллелепипеда площадью основания S и длиной ребра v где w- объемная плотность энергии волны, Sv— объем параллелепипеда. Тогда

Направление скорости распространения волны совпадает с направлением передачи энергии, Плотность потока энергии векторная величина, Направление скорости распространения волны совпадает с направлением передачи энергии, Плотность потока энергии векторная величина, совпадающая по направлению со скоростью распространения волны. Интенсивность волны I есть усредненное значение плотности потока энергии по времени Так как то

Интерференцией волн называют явление наложения волн в пространстве, в результате которого происходит перераспределение энергии Интерференцией волн называют явление наложения волн в пространстве, в результате которого происходит перераспределение энергии результирующей волны в пространстве. В некоторых точках среды амплитуда результирующих колебаний принимает максимальное значение, в других минимальное. Наиболее устойчивая интерференционная картина наблюдается при наложении когерентных волн.

Волны называются когерентными, если для каждой точки волнового поля разность фаз дошедших колебаний не Волны называются когерентными, если для каждой точки волнового поля разность фаз дошедших колебаний не изменяется с течением времени, т. е. остается величиной постоянной. Из этого определения следует, что когерентными волнами могут лишь волны с одной и той же частотой.

Величину называют разностью хода двух волн. Тогда разность фаз При - не зависит от Величину называют разностью хода двух волн. Тогда разность фаз При - не зависит от времени, и волны будут когерентными.

Условие max и min при интерференции. Максимум интенсивности результирующей волны возникает в тех точках, Условие max и min при интерференции. Максимум интенсивности результирующей волны возникает в тех точках, в которых где m = 0, 1, 2, … волн колебания При наложении когерентных. С учетом того, усиливают друга, когда в оптической что запишем разности хода D укладывается целое число длин волн или четное число полуволн. После сокращения получим условие max

Минимум интенсивности результирующей волны возникает в тех точках, в которых где m = 0, Минимум интенсивности результирующей волны возникает в тех точках, в которых где m = 0, 1, 2, … Минимумы интенсивности результирующей С учетом того, что запишем волны находятся в тех точках среды, для которых в разности хода слагаемых волн укладывается нечетное число полуволн. После сокращения получим условие min

Стоячие волны возникают при наложении бегущей и отраженной волны от границы раздела двух сред. Стоячие волны возникают при наложении бегущей и отраженной волны от границы раздела двух сред. Начало координат системы отсчета поместим в точку, в которой s волна испытывает отражение. x Бегущая и отраженные волны имеют вид 0

Сложение волн приводит к : Применив тригонометрическое тождество получим уравнение стоячей волны Амплитуда стоячей Сложение волн приводит к : Применив тригонометрическое тождество получим уравнение стоячей волны Амплитуда стоячей волны - функция от x

Точки, в которых амплитуда стоячей волны называются узлами стоячей волны, а точки, в которых Точки, в которых амплитуда стоячей волны называются узлами стоячей волны, а точки, в которых амплитуда стоячей волны максимальна называются пучностями стоячей волны. При отражении от более плотной среды, на границе x=0, получается узел, т. е.

Таким образом, при отражении от более плотной среды (от среды с большим волновым сопротивлением) Таким образом, при отражении от более плотной среды (от среды с большим волновым сопротивлением) фаза колебаний скачком изменяется на p радиан, а уравнение стоячей волны после подстановки a = p и применения тригонометрических формул приведения имеет вид:

При отражении от менее плотной среды на границе x = 0 получается пучность, т. При отражении от менее плотной среды на границе x = 0 получается пучность, т. е При отражении от менее плотной среды (от среды с меньшим волновым сопротивлением) фаза колебаний не изменяется, а уравнение стоячей волны принимает вид:

Графики стоячих волн при отражении от более плотной среды и при отражении от менее Графики стоячих волн при отражении от более плотной среды и при отражении от менее плотной среды приведены на рисунке

Расстояние между узлами или между пучностями равно половине волны а между узлом и пучностью Расстояние между узлами или между пучностями равно половине волны а между узлом и пучностью Там, где был узел при отражении от более плотной среды, стала пучность при отражении от менее плотной среды, и наоборот.

Все точки среды между двумя соседними узлами будут колебаться в одной фазе, но с Все точки среды между двумя соседними узлами будут колебаться в одной фазе, но с разными амплитудами. При переходе через узел, фаза колебаний скачком изменяется на p радиан (на противоположную фазу). В стоячей волне не происходит переноса энергии и импульса, поэтому она и получила название стоячей.

Эффект Доплера Если источник звука и наблюдатель Звуковые волны распространяются в воздухе движутся друг Эффект Доплера Если источник звука и наблюдатель Звуковые волны распространяются в воздухе движутся друг относительно друга, частота звука, воспринимаемого наблюдателем, не (или другой однородной среде) с постоянной совпадает с частотой источника звука. Это от скоростью, которая зависит только явление носит название эффекта Доплера свойств среды. Однако, длина волны и (1842 г. ). частота звука могут существенно изменяться при движении источника звука и наблюдателя.

Рассмотрим простой случай, когда скорость источника vи и скорость наблюдателя vн относительно среды направлены Рассмотрим простой случай, когда скорость источника vи и скорость наблюдателя vн относительно среды направлены вдоль прямой, которая их соединяет. За положительное направление для vи и vн можно принять направление от наблюдателя к источнику. Скорость звука v всегда считается положительной.

Случай движущегося наблюдателя и неподвижного источника: Случай движущегося наблюдателя и неподвижного источника:

Случай движущегося источника и неподвижного наблюдателя : Случай движущегося источника и неподвижного наблюдателя :

В общем случае, когда и источник, и наблюдатель движутся со скоростями vи и vн, В общем случае, когда и источник, и наблюдатель движутся со скоростями vи и vн, формула для эффекта Доплера приобретает вид: