6. Дифракция света на круглом отверстии и непрозрачном диске (Дифракция Френеля).

Дифракция света на круглом отверстии – когда отверстие открывает нечетное число зон Френеля, то амплитуда (интенсивность) в точке на плоскости, куда попадает свет – больше, чем при свободном распространении волны, если четное, то амплитуда (интенсивность) – равна нулю.

Дифракция света на диске – Сферическая волна распространяется от точечного источника S, встречает на своем пути препятствие – диск, который закрывает m – первых зон Френеля, которых следует исключить из рассмотрения, и зоны Френеля начать строить от краев диска. В точке B (на экране) – всегда наблюдается интерференционный максимум, соответствующее половине действия первой открытой зоны Френеля.

7. Дифракция света на узкой длинной щели в непрозрачном экране (Дифракция Фраунгофера).

Дифракция Фраунгофера – наблюдается в том случае, когда источник света и точка наблюдения бесконечно удалены от препятствия, вызвавшего дифракцию.

, где - произвольное направление, - ширина щели.

Если число зон Френеля четное:

, - дифракционный минимум (темнота)

Если число зон Френеля нечетное:

, - дифракционный максимум.

8. Дифракция света на дифракционной решетке.

дифракционной решетка – система параллельных щелей равной ширины, лежащих в одной плоскости и разделенных равными по ширине непрозрачными промежутками. Если перейти от одной щели ко многим (к дифракционной решетке), то дифракционные картины, создаваемые каждой щелью в отдельности – будут – одинаковыми. В дифракционной решетке осуществляется многолучевая интерференция когерентных дифрагированных пучков света, идущих от всех щелей. Дифракционная картина на решетке – результат взаимной интерференции волн, идущих от всех щелей.

Период решетки – расстояние, равное сумме расстояний ширины щели решетки и расстояния между щелями.

В следствии взаимной интерференции световых лучей, посылаемых двумя лучами, в некоторых направлениях они будут гасить друг друга, т.е. – возникнут – дополнительные минимумы. ( , )

Наоборот, действие одной щели будет усиливать действие другой, если

,

9. Дифракция рентгеновских лучей на пространственной решетке. Формула Вульфа-Бреггов.

Пример трехмерной пространственной решетки является – кристалл.

Дифракция рентгеновских лучей является результат их отражения от системы параллельных кристаллографических плоскостей (плоскостей, в которых лежат узлы (атомы) кристаллической решетки).

Формула Вульфа-Бреггов - , , т.е. – при разности хода между двумя лучами, отраженными от соседних кристаллографических плоскостей, кратной целому числу длин волн , наблюдается дифракционный максимум.

Формула Вульфа-Бреггов помогает решать такие задачи, как – определение структуры вещества (рентгеноструктурный анализ), также узнать длину волны падающего рентгеновского излучения.

10. Понятие о голографии.

Голография – особый способ записи и последующего восстановления волнового поля, основанный на регистрации интерференционной картины. Основана на интерференции и дифракции.

Голограмма – зарегистрированная на фотопластинке интерференционная картина, образованная при сложении опорной и предметной волн. Предметная волна – волна идущая от предмета, опорная волна – волна идущая от источника света.

11. Дисперсия света. Нормальная и аномальная дисперсия.

Дисперсия света – зависимость показателя преломления n вещества от частоты света.

Дисперсия вещества , - дисперсия вещества, показывает зависимость показателя преломления от длины световой волны.

Нормальная дисперсия – величина по модулю также увеличивается с уменьшением . Аномальная (кривая) дисперсия – вблизи линий и полос поглощения будет иным: уменьшается с уменьшением .

12. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет.

Поляризация - физическое явление видоизменения естественных световых лучей, исходящих от обыкновенного источника света, при котором лучи приобретают как бы особые свойства по различным направлениям, перпендикулярным к направлению луча.

Свет, в котором направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены – поляризованный свет.

Свет со всевозможными равновероятностными ориентациями вектора напряженности электрического и магнитного полей называется – естественным.

Свет, в котором вектор напряженности электрического и магнитного полей колеблется только в одной плоскости – называется плоскополяризованным.

13. Поляризация света при отражении. Закон Брюстера.

Поляризация света происходит при отражении на границе раздела двух сред (воздух - вода, воздух - свет) (частично отражается, частично – проходит сквозь диэлектрик)

Закон Брюстера соотношение tgф=n, где n - показатель преломления среды, а ф - угол падения, при котором луч оказывается полностью поляризованным.

14. Двойное лучепреломление. Поляризационные призмы. Закон Малюса.

Двойное лучепреломление – если на кристалл направить узкий пучок естественного света, то в точке падения на грань кристалла луч вследствие оптической анизотропии разделятся на два преломленных луча (обыкновенный и необыкновенный), поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Поляризационные призмы – призма Николя (исландский шпат, канадский бальзам).

Закон Малюса – интенсивность прошедшего света прямо пропорциональна .

15. Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Закон Кирхгофа. Закон Стефана Больцмана.

Тела, нагретые до достаточно высоких температур, светятся. Свечение тел, обусловленное нагреванием, называется тепловым (температурным) излучением.

Способность тел поглощать падающее на них излучение характеризуется спектральной поглощательной способностью – показывает, какая доля энергии, приносимой за единицу времени на единицу площади поверхности тела светом поглощается телом.Тело, способное поглощать полностью при любой температуре все падающее на него излучение любой частоты, называется – абсолютно черным.

Спектральная плотность энергетической светимости – Излучательность, отнесенная к единичному интервалу длин волн .Излучательность – мощность излучения с единицы площади поверхности во всем интервале длин волн

16. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Закон смещения Вина.

- спектральная плотность энергетической светимости черного тела. - спектральная поглощательная способность, - универсальная функция Кирхгофа. При =1 (для черного тела), следовательно - = при той же температуре и частоте.

Закон смещения Вина , - температура, - постоянная Вина ( м*К). Объясняет, почему при понижении температуры нагретых тел в их спектре все сильнее преобладает длинноволновое излучение (например – переход белого каления в красное при остывании металла).

17. Квантовая гипотеза Планка. Формула Планка.

Квантовая гипотеза Планка – свет излучает энергию не непрерывно, а определенными порциями – квантами, причем энергия пропорциональна частоте колебания.

Формула Планка - , где Дж*с – постоянная Планка.

18. Внешний фотоэффект. Законы внешнего фотоэффекта.

Внешний фотоэффект – испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

Законы внешнего фотоэффекта:

1)При фиксированной частоте падающего света число фотоэлектронов, вырываемых из катода в единицу времени пропорциональна интенсивности света.

2)Максимальная начальная скорость 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, при которой интенсивности фотоэффекта не вызывает.

19. Фотоны. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Фотоны – кванты электромагнитного излучения, движущиеся со скоростью света.

Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта - , где - - работа выхода, - кинетическая энергия фотоэлектрона.

20. Энергия, масса и импульс фотона. Диалектическое единство волновых и корпускулярных свойств электромагнитного излучения.

Энергия фотона - , масса - , импульс - .

Диалектическое единство волновых и корпускулярных свойств электромагнитного излучения – заключается в единстве, объединяющее взаимоисключающие свойств – непрерывных (волны) и дискретных (фотоны), которые взаимно дополняют друг друга. Основные уравнения, связывающие эти свойства - , .

Волновые свойства проявляются в интерференции, дифракции, поляризации, а корпускулярные – в процессах взаимодействия с веществом.

21. Модели атома. Модель атома Бора. Несостоятельность классической теории атома.

Модель атома Томпсона – атом представляет собой непрерывно заряженный положительным зарядом шар, малого радиуса, внутри которого около своих положений колеблются электроны

Модель атома Резерфорда (планетарная) – согласно этой модели, вокруг положительного ядра по замкнутым орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома.

Модель атома Бора – выражается в 2 постулатах Бора,

1 – в атоме существуют стационарные состояния, в которых он не излучает энергии.

2 – при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается один фотон с энергией - , где и - соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения.

22. Дифракция электронов и нейтронов. Формула де Бройля. Корпускулярно-волновой дуализм свойств вещества.

Дифракция электронов – пучок электронов, рассеивающийся от естественной дифракционной решетки – кристалла никеля – дает отчетливую дифракционную картину. Волновые свойства присущи не только потоку большой совокупности электронов, но и каждому электрону в отдельности. Доказано В.А. Фабрикантом, он показал, что дифракционная картина не изменяется даже в случае слабого электронного пучка, когда каждый электрон проходит через прибор независимо от других.

Волновые свойства частиц не являются свойством их коллектива, а присущи каждой частице в отдельности. Также это явление было обнаружено и для нейтронов.

Формула де Бройля - , где - постоянная Планка, - импульс

При распространении света проявляются его волновые свойства (интерференция, дифракция, поляризация), а при взаимодействии с веществом – корпускулярные (фотоэффект). Эта двойственная природа света получила название корпускулярно-волнового дуализма.

23. Волновые свойства микрочастиц. Соотношение неопределенностей.

Волновые свойства микрочастиц – каждый отдельный электрон обладает волновыми свойствами, движущаяся микрочастица ведет себя подобно волне. Для любых волн наблюдаются явления интерференции и дифракции – следовательно – и для микрочастиц.

Соотношение неопределенностей – микрочастица не может иметь одновременно и определенную координату (x,y,z) и определенную соответствующую проекцию импульса ( ), невозможность одновременно измерить координату и импульс микрообъекта. .

24. Волновая функция и ее статистический смысл. Уравнение Шредингера для стационарных состояний.

Волновая функция – вероятность обнаружения микрочастицы в различных точках пространства – отрицательна, по волновому закону меняется не сама вероятность, а величина, названная – волновой функцией ( ).

Статистический смысл – частицы попадают в те места, где интенсивность волн де Бройля наибольшая.

Уравнение Шредингера для стационарных состояний - , где - полная энергия частицы, - потенциальная энергия.

25. Атом водорода. Главное, орбитальное и магнитное квантовые числа. Спин электрона.

Атом водорода – решение задачи об энергетических уровнях электрона для атома водорода (а также – иона гелия, двукратно ионизированного лития и др.) сводится к задаче о движении электрона в кулоновском поле ядра. Потенциальная энергия взаимодействия электрона с ядром , где , - расстояние между электроном и ядром.

Первый Боровский радиус - .

Главное квантовое число (n) – определяет энергетические уровни электрона в атоме и может принимать любые целочисленные значения, (n=1, 2, 3, 4, 5.....)

Орбитальное квантовое число (l) – определяет момент импульса электрона в атоме. (l=0, 1,....., (n-1))

Магнитное квантовое число – определяет проекцию момента импульса электрона на заданное направление. (m=0, +-1, +-2, ....., +-l).

Спин электрона – квантовая величина, внутренне неотъемлемое свойство электрона, подобное его массе, заряду.

Электрон обладает собственным неуничтожимым механическим моментом импульса, не связанным с движением электрона в пространстве – спином.