1. Метод зон Френеля. Дифракция Френеля на круглом отверстии и на диске. Пятно Пуассона.

М етод зон Френеля. Согласно этому методу, в любой момент времени волновую поверхность (рис. 2.4) разбивают на отдельные зоны таким образом, что разность расстояний от двух соседних зон до точки наблюдения (т. е. разность хода соответственных лучей от двух соседних зон Френеля до точки ) равна половине длины волны (/2). Волны, имеющие разность хода /2, будут иметь разность фаз, равную , и, следовательно, при интерференции будут ослаблять друг друга. Зоны Френеля – участки, на которые разбивают поверхность фронта световой волны для упрощения вычислений при определении амплитуды волны в заданной точке . Если перекрыть все четные (или нечетные) зоны Френеля, то колебания, приходящие от открытых зон, будут совпадать по фазе и, следовательно, при интерференции будут усиливать друг друга. Такое перекрытие можно осуществить, поместив в плоскости отверстия так называемую зонную пластинку. В простейшем случае она представляет собой стеклянную пластинку, на которую нанесена система концентрических темных колец определенного радиуса, чередующихся с прозрачными кольцами. При надлежащем подборе размеров колец такая пластинка будет перекрывать четные (или нечетные) зоны Френеля и ее действие окажется аналогичным действию собирающей линзы. Эксперимент, проведенный с такой пластинкой, доказывает правомерность деления волнового фронта на зоны Френеля.

Д ифракция Френеля на круглом отверстии:

Сферическая волна, распространяющаяся из точечного источника  , встречает на своем пути экран с круглым отверстием. Дифракционная картина наблюдается на экране   в точке  . Разобьем часть волновой поверхности   на зоны Френеля. Вид дифракционной картины будет зависеть от количества зон Френеля, укладывающихся в отверстии. Амплитуда результирующего колебания в точке   равна:  (плюс для нечетных  , минус – для четных). Дифракционная картина от круглого отверстия вблизи точки   будет иметь вид чередующихся светлых и темных колец.

Дифракция Френеля на диске:

С ферическая волна, распространяющаяся из точечного источника  , встречает на своем пути диск. Дифракционная картина наблюдается на экране   в точке  . Пусть диск закрывает   первых зон Френеля. Тогда амплитуда результирующего колебания в точке   равна:  . Т.к. слагаемое в скобках равно 0, то  . Следовательно, в точке   всегда будет светлое пятно, окруженное концентрическими светлыми и темными кольцами, а интенсивность убывает с расстоянием от центров картины.

Пятно Пуассона - это яркое пятнышко, возникающее за освещённым направленным пучком света непрозрачным телом в его области геометрической тени.

2. Квантовые проявления света. Импульс фотона, эффект Комптона, длина волны рассеянного фотона, давление света.

Квантовые проявления света: тепловое излучение, фотоэффект, эффект Комптона, вынужденное излучение.

Импульс фотона ,

Эффект Комптона (Комптон-эффект) — явление изменения длины волны электромагнитного излучения вследствие упругого рассеивания его электронами. Обнаружен американским физиком Артуром Комптоном в 1923 году для рентгеновского излучения. В 1927 Комптон получил за это открытие Нобелевскую премию по физике.

П ри рассеянии фотона на покоящемся электроне частоты фотона   и   (до и после рассеяния соответственно) связаны соотношением:

где   — угол рассеяния (угол между направлениями распространения фотона до и после рассеяния).

Перейдя к длинам волн:

где   — комптоновская длина волны электрона.

Для электрона   м. Уменьшение энергии фотона после комптоновского рассеяния называется комптоновским сдвигом. В классической электродинамике рассеяние электромагнитной волны на заряде (томсоновское рассеяние) не сопровождается уменьшением её частоты.

Свет оказывает физическое давление на объекты на своем пути — явление, которое не может быть выведено из уравнений Максвелла, но может быть легко объяснено в корпускулярной теории, когда фотоны соударяются с преградой и передают свой ​​импульс. Давление света равно мощности (квадрат амплитуды) светового пучка, поделённой на с, скорость света. Из-за величины с, эффект светового давления является незначительным для повседневных объектов. , интенсивность, скорость света, коэф-т поглащения, коэф-т отражения.

Билет 12