Тема 5. Взаимодействие электромагнитных волн с веществом

Раздел 5.1.Дисперсия света. Элементарная теория дисперсии

Раздел 5.2.Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Поглощение света. Рассеяние света.

Цель занятия: проработка вопросов, связанных с основными понятиями дисперсии, поглощения и рассеяния света.

Студентам необходимо усвоить такие понятия, как дисперсия, поглощение и рассеяние световых волн, показатель преломления вещества, оптическая плотность, фазовая и групповая скорости света, коэффициенты рассеяния и пропускания оптической среды; научиться применять законы взаимодействия электромагнитных волн с веществом для расчета оптических характеристик вещества.

Задание на занятие: решение практических задач на применение явлений взаимодействия света с веществом

Список задач для решения в аудитории и для домашних заданий:

1. Измерение дисперсии показателя преломления оптического стекла дало n₁=1,528 для ₁=0,434 мкм и n₂=1,523 для ₂=0,486 мкм. Вычислить отношение групповой скорости к фазовой для света с длиной волны 0,434 мкм.

2. Показатель преломления сероуглерода для света с длинами волн 509 нм, 534 нм и 589 нм равен соответственно 1,647, 1,640 и 1,630. Вычислить фазовую и групповую скорости света вблизи длины волны 534 нм.

3. При прохождении монохроматического света через слой вещества толщиной 15 см его интенсивность убывает в 4 раза. Определите показатель рассеяния, если показатель поглощения =0,025см^-1.

4. Коэффициент пропускания раствора =0,3. Чему равна его оптическая плотность?

5. Оптическая плотность раствора D=0,3. Чему равен его коэффициент пропускания?

Задачи для самостоятельного решения

1. Свет падает нормально на поверхность пластины толщиной l. Показатель поглощения вещества пластины линейно изменяется вдоль нормали к ее поверхности от n1 до n2. Коэффициент отражения каждой поверхности пластины . Пренебрегая вторичными отражениями, найти коэффициент пропускания.

2. Через пластинку из прозрачного вещества толщиной l=4,2 см проходит половина падающего на нее света. Определите натуральный показатель поглощения данного вещества. Рассеянием света в пластинке пренебречь. Считать, сто 10% падающей энергии отражается на поверхности пластинки.

3. Узкий пучок рентгеновского излучения с =65 пм проходит через алюминиевый экран толщины 2,6 см. Какой толщины свинцовый экран будет ослаблять данный пучок в такой же степени? Массовые показатели ослабления алюминия и свинца для этого излучения равны, соответственно, 3,48 и 72,0 см²/г.

4. Сколько слоев половинного ослабления в пластинке, которая уменьшает интенсивность узкого пучка рентгеновского излучения в =50 раз?

Практическое занятие №8.

Тема 6. Тепловое излучение

Раздел 6.1.Тепловое излучение и люминесценция. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана и закон Вина. Тепловое излучение. Формула Релея-Джинса. Формула Планка.

Цель занятия: проработка вопросов, связанных с основными понятиями теплового и люминесцентного излучений.

Студентам необходимо усвоить такие понятия, как тепловое и люминесцентное излучения; научиться применять законы излучений для расчета температуры тел, мощности излучения и др.

Задание на занятие: решение практических задач на использование законов теплового излучения для определения температуры вещества

Список задач для решения в аудитории и для домашних заданий:

1. Черное тело находится при . При его остывании изменилась на . Определить , до которой тело охладилось.

2. И меются две полости (рисунок) с малыми отверстиями одинаковых диаметров и абсолютно отражающими наружными поверхностями. Расстояния между отверстиями . В полости 1 поддерживается постоянная температура . Вычислить установившуюся температуру в полости 2.

3. Найти с помощью формулы Планка мощность излучения единицы поверхности абсолютно черного тела, приходящегося на узкий интервал длин волн вблизи максимума спектральной плотности излучения, при температуре тела .

4. Излучение Солнца по своему спектральному составу близко к излучению абсолютно черного тела, для которого максимум испускательной способности приходится на . Найти массу, теряемую Солнцем ежесекундно за счет этого излучения. Оценить время, за которое масса Солнца уменьшится на 1%.

Задачи для самостоятельного решения

1. Найти температуру полностью ионизированной водородной плазмы плотностью , при которой давление теплового излучения равно газокинетическому давлению частиц плазмы. Иметь в виду, что давление теплового излучения , - объемная плотность энергии излучения, и что при высоких температурах вещества подчиняются уравнению состояния идеальных газов

2. Черное тело находится при T=2900К. При его остывании _м1 изменилась на ∆=9мкм. Определить _м2, до которой охладилось тело.

Практическое занятие №9

Тема 7. Действия света

Раздел 7.1.Фотоны. Свойства фотонов. Энергия и импульс фотонов

Раздел 7.2.Фотоэффект. Внешний фотоэффект. Внутренний фотоэффект

Раздел 7.3.Корпускулярно-волновой дуализм. Эффект Комптона

Цель занятия: проработка вопросов, связанных с основными понятиями квантовой природы света.

Студентам необходимо усвоить такие понятия, как фотоны, энергия и импульс фотонов; научиться применять законы фотоэффекта для объяснения квантовых эффектов взаимодействия света с веществом.

Задание на занятие: решение практических задач на использование законов квантовой физики при взаимодействии светового излучения с вществом.

Список задач для решения в аудитории и для домашних заданий:

1. Точечный изотропный источник испускаемой свет с . Его световая мощность Р=10Вт. Найти: а) среднюю плотность потока фотонов на расстоянии r=2м от источника; б) расстояние от источника до точки, где средняя концентрация фотонов n=100см^-3.

2. Лазер излучил в импульсе длительности =0,13мс пучок света с E=10Дж. Найти среднее давления такого светового импульса, если его сфокусировать в пятнышко диаметра d=10мкм на поверхность с коэффициентом отражения .

3. При поочередном освещении поверхности некоторого металла с и обнаружили, что соответствующие максимальные скорости фотоэлектронов отличается друг от друга в =2 раза. Найти работу выхода с поверхности этого металла.

4. Электромагнитное излучение с падает на фотоэлемент, находящийся в режиме насыщения. Соответствующая спектральная чувствительность данного фотоэлемента . найти выход фотоэлектронов, т.е. число фотоэлектронов на каждый падающий фотон.

5. Опередить красную границу фотоэффекта для цинка и максимальную скорость фотоэлектронов, вырываемых с его поверхности электромагнитным излучением с длиной волны 250 нм.

Задачи для самостоятельного решения

1. Узкий пучок монохроматического рентгеновского излучения падает на рассеивающее вещество. При этом длины волн смещенных составляющих излучения, рассеянного под углами , отличается друг от друга в 2 раза. Найти длину волны падающего излучения.

2. Фотон с энергией 1МэВ рассеялся на покоившимся электроне. Найти кинетическую энергию электрона отдачи, если в результате рассеяния длина волны фотона изменилась на 25%.

3. Фотон с энергией 0,15МэВ рассеялся на покоившимся свободном электроне, в результате чего его длина волны изменилась на =3пм. Найти угол, под которым влетел комптоновский электрон.

4. Фотон с импульсом , где с – скорость света, рассеялся на покоившимся свободном электроне, в результате чего импульс фотона стал . Под каким углом рассеялся фотон?

5. Фотон с энергией =0,15МэВ рассеялся на покоившимся свободном электроне, в результате чего его длина волны изменилась на =3пм. Найти угол, под которым влетел комптоновский электрон.