Интерференция Юнга. Зеркала и бипризма Френеля.

Интерференция света

Интерференция света – перераспределение энергии в пространстве с образованием макс и мин интенсивности при наложении когерентных волн. Волны наз когерентными, если они имеют одинаковую частоту, поляризацию и не завис от времени разность фаз в произвольной точке их встречи.

Фаза гармонической (монохроматической) волны:

 

Интерференция от тонких пленок.

Примером интерференции света, набдюдающейся в естественных условиях, может служить радужная окраска тонких пленок(мыльных пузырей, пленок нефти или масла на поверхности воды). Образование частично когерентных волн, инерферирующих при наложении, происходит в этом случае вследсвие отражения падающего на пленку света в верхней и нижней ее поверхности. Результат интерференции зависит от сдвига фаз, приобретаемого накладывающимися волнами в пленке и зависящего от их оптической разности хода - разность оптических длин пути волн. Оптической длиной пути света называется произведение геометрической длины пути, пройденного светом в среде, на показатель преломления этой среды. Применяют, к примеру, в оптике, накладывая пленки на линзы, для уменьшения потерь интенсивности света.

Интерференция световых волн

Условия усиления и ослабления света.

Интерференция - устойчивое перераспределение интенсивности света при наложении когерентных волн.

 

Интерференция Юнга. Зеркала и бипризма Френеля.

Юнг вырезал две дырки в светонепроницаемой пластине и наблюдал интерференцию от одного источника. (очень похоже на увеличенную дифракционную решетку). Бипризма состоит из двух одинаковых трехгранных призм, сложенных основаниями и изготовленных как одно целое. Преломляющие углы при верхней и нижних вершинах бипризмы очень малы. Свет от источника S преломляется в бипризме и распространяется за ней в виде двух систем волн, соответствующих когерентеым мнимым источникам света S1 и S2. Интерференция этих волн наблюдается в области их перекрытия на экране Э.

Методы получения интерфереционных картин

Метод Юнга, Зеркало Френеля, Бимпризма Френеля, Зеркало Ллойда, Билинза Бийе.

b=λ l/d- ширина интер. полосы.

 

Интерференция света

Согласно представлениям волновой теории, свет-это эл. магн. волна с дл. волн=380-780нм.

В большинстве опт. явлений имеет значение только эл. сост. эл.магн. волны, поэтому E(напряжение) – световой вектор

E=Emcos(w₀-kx+φ ₀); I=I₁+I₂+2√ I₁I₂ cos ∆ φ.

1)max: ∆ φ =+-2Пk, k=0, 1, 2, 3, …

L1

S1 L=ln-опт. длина

P хода луча

S2 l2 ∆ max=2k*λ /2

 

2) min; ∆ φ =+-(2k-1)П ∆ min=(2k-1)* λ /2

 

 

Дифракция света

Дифракция – огибание волнами препятствий (волновое св-во). Дифракция света наиболее четко выражена когда размеры препятствий, отверстий соизмеримы с длиной волны. При дифракции наблюдается сложная картина распределения интенсивности света, характеризующаяся чередованием дифракционных max и min. Между интерференц. и дифракцией нет принципиального различия. Различают два вида дифракции: 1-дифракция Френеля-источник и точка наблюдения находятся на конечном расстоянии от препятствия (дифракция в расходящихся пучках); 2-дифракция Фраунгофера-на бесконечном расстоянии (дифракция в параллельных пучках)

 

 

Явление дифракции света можно объяснить на основании принципа, предложенного Гюйгенсоном: каждая (.) фронта волны является источником вторичных когерентных элементарных сферических волн, распространяющихся вперед по отношению к фронту волны с определенной для данной среды скоростью v. Огибающая вторичных волн поверхность служит новым положением фронта волны в произвольный момент времени t. Пример (объяснение принципа Г.): пусть в изотропной оптической среде распространяется плоская световая волна со скоростью v (рис.1). В момент времени t=0 положение фронта волны – Ф₀. Возьмем несколько (..) на фронте Ф₀ ((..)1, 2, 3, 4) и построим для них вторичные сферические волны. За время t=t эти волны распространятся вперед на расстояние, равное vt. Проводя огибающую Ф построенных вторичных волн, получим новое положение фронта волны Ф в момент времени t=t. На рис.2 принцип Г. Использован для объяснения дифракции плоской световой волны на малом круглом непрозрачном диске D. Из рис.2 видно, что фронт Ф волны за диском, полученный так же, как и на рис.1, заходит за края диска, т.е. свет огибает диск. Принцип Г., описывая качественно явление дифракции, не смог объяснить сложную картину распределения интенсивности света с max и min дифракции. О.Френель, дополнив принцип Г. учетом интерференции волн, дал метод расчета амплитуд световых колебаний и объяснил как закон прямолинейного распространения света, так и распределение интенсивности при дифракции.Метод Френеля заключается в том, что волновая поверхность разбивается на участки – зоны Френеля, причем каждый участок считается источником волн. Выбор зон определяется положением (.) наблюдения, для кот. Требуется определить амплитуду световой волны: расстояния двух соседних зон от (.) наблюдения должны отличаться на половину длины волны. При этом условии фазы колебаний волн, распространяющихся от соседних зон, в (.) наблюдения будут противоположны. (+ рис. из тетр.)

Дифракционная решетка.

Дифракционная решетка представляет собой систему из большого числа одинаковых по ширине и параллельных дркг другу щелей в экране, разделенных также одинаковыми по ширине непрозрачными промежутками. Сумма ширина одного прозрачного и непрозрачного промежутка называется постоянной или периодом дифракционной решетки.

 

Дифракция от щели.

Дифракцией света называется совокупность явлений, которые обусловлены волновой природой света и наблюдаются при его распространении в среде с резко выраженной оптической неоднородностью ( вблизи границ непрозрачных тел, в отверстиях экранов). В более узком смысле под дифракцией понимается огибание светом встречных препятствий, сравнимых с длиной волны. Различают два случая дифракции света: дифракцию Френеля(дифракция в сходящихся лучах) и дифракцию Фраунгофера(дифракция в параллельных лучах) - дифракция на щели.

 

 

Поляризация света

Уравнение Шредингера

Туннельный эффект.

(рис.1); E – энергия α -частицы; E < U₀; Туннельный эффект: микрочастицы имеют конечную вероятность «просачивания» через потенциальный барьер. Эта вероятность увеличивается с уменьшением толщины барьера и с уменьшением высоты барьера. Ψ = A*e ^{i β x} + B*e ^{- i β x}, где β ²_{1, 3} = 2*m*E / ħ ²; β ²₂ = – 2*m*(U – E) / ħ ²; В области 1 – два слагаемых (слева от барьера – две волны) (рис.2); В области 3 – одно слагаемое (рис.3). В области 2 – волны нет. D = I_{проход.} / I_пад. прозрачность потенциального барьера D = D₀*e ^{– (2*L / ħ ) √ (2m(U}0 ^{– E))}_; D = λ * n; где λ – постоянная распределения, n – число столкновений в единицу времени. n = U_α / 2L; Незначительные изменения по ширине и по высоте могут привести к значительным изменениям D.

 

 

16 Частица в потенциальной яме: квантование энергии.

Потенциальной ямой называется область пространства, в которой потенциальная энергия U частицы меньше некоторого значения Umax. Движение коллективизированных эл-нов в атоме рассматривается в классической электронной теории как движение в потенциальной яме, причем вне металла потенциальная энергия эл-на равна нулю, а внутри металла она отрицательна и численно равна работе выхода эл-на. Физические в-ны, которые могут принимать лишь определенные дискретные значения, называются квантованными. Собственные значения энергии W частицы в одномерной потенциальной яме бесконечной глубины: W = n²h²/2mL², где n=(1, 2,..). Квантованные значения Wn называются уровнями энергии, а числа n - квантовыми числами.

Физика атомного ядра

Состоит из протонов и неётронов.

Нуклоны- протоны + нейтроны. Нуклоны обл. собств. мех. моментом, значит и ядро обл. спином.

; I- внутр. квант. число

Изотопы- ядра с одинаковым числом протонов

Изотоны- ядра с одинаковым числом нейтронов

Изобары- ядра с одинаковым числом нуклнов

N=A-Z

Чётно-чётные ядра: (Z-ч, N-ч): I=0;

Чётно-нечётные: I=1/2, 3/2, 5/2, 7/2, 9/2.

Нечётно-нечётные: I=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7.

Т.к. ядро обладает собств. мех. моментом, то оно обл. собств. магн. моментом

Т.к. магн. момент ядра взаимодействует с магн. полем каждого электрона, то энерг. уровни электронов расщ. Это наз-ся сверхтонной структурой спектральных линий.

∆ m=Zmp+Nmn-mя - дефект массы

Есв=931, 5∆ m; Еуд=Есв/А

Есв- энергия, кот-ую необходимо затратить на разделение ядра на отд. нуклоны.

Особо прочными явл-ся ядра, число протонов или нуклонов которых=2, 8, 20, 28, 50, 70, 82, 126.

Если число протонов и нейтронов одновременно равно этим числам(магическим), то ядра наз-ся дважда магическими.( Всего 5: He(2.4), O(8.16), Ca(20.40), Ca(20.48), Pb(82.206).)

Ядерные силы – силы притяжения, действ. м/д нуклонами в ядре.

Св-ва ядерных сил: 1)не эл/магн. природы 2)самые интенсивные в природе 3)обл. зарядовой независимос. 4)короткодействующие 5)не центральные 6)св-во насыщения 7)зависят от взаимной ориентации спинов 8)силы обменного характера.

Модели ядра 1)Капельная модель: Ядро уподобляется капли некой жидкости. Эта жидкость явл-ся заряженной и подч. квант. з-нам.

«+»: 1. объясн. график Еуд=f (A). 2.позволяет объясн. радиоакт. распад и дел. тяж. ядер. 3.объясн. поляризацию ядер во внешнем поле.

«-»: 1. яд. силы- не силы яд. приближения 2. не объясн. магн. св-в 3. предполгает наличие 2-х жидкостей «прот» и «нейтр».

2) Оболочечная модель: протоны и нейтроны распред. по энерг. уровням. Уровни с бдизскими энергиями обр. оболочку. Заполнение протонных и нейтронных оболочек идёт аналогично заполнению атомных.

«+»: 1. Хорошо объясн. магические числа 2. позволяет объясн. магн. св-ва ядра.

 

Состав ядра. Ядерные силы.

Мельчайшая частичка элементарного в-ва – атом – состоит из ядра и движкщтхся вокруг него электронов, число кот. определяет порядковый номер эл-та в табл. Менделеева (Z). Атом в целом электрически нейтрален => ядро обладает положительным зарядом Ze, кот. обусловлен присутствием в ядре соответствующего числа протонов. Однако общая масса всех протонов оказывается значительно меньше массы всего атома -> в ядрах имеются еще и др. частицы, лишенные эл. заряда – нейтроны. Протоны и нейтроны совершенно идентичны -> их объединяют в одну группу – нуклоны. Ядро каждого типа атома хар-ется 2мя числами – кол-вом протонов и нейтронов. Полное число нуклонов ядра назыв. массовым числом (А). В ядерной физике принята форма записи нуклида (ядра определенного состава), как ^A_ZR, где R – символ эл-та, Z – число протонов, A – массовое число (A=Z+N_n, где N_n-число нейтронов). Ядра с одним и тем же числом протонов, назыв. изотопами (ядра-изотопы суть нуклиды одного эл-та, но с различнвми массовыми числами). Пример: изотопы водорода: протий ¹₂Н, дейтерий ²₁Н, тритий ³₁Н (b-радиоактивен, т.е. подвергается b-распаду). Ядра-изобары – это нуклиды, содержащие одинаковое число нуклидов (т.е. нуклиды с одинаковым массовым числом А, но различным Z). Нуклоны связаны ядерными силами. св-ва ядерных сил: 1. это силы притяжения; 2. короткодействующие силы (радиус действия»радиус ядра); 3. нецентральные силы; 4. им свойственно насыщение (каждый нуклон взаимодействует с ограниченным числом соседей); 5. эти силы зарядово независимы (силы взаимод. (протон-протон, протон-нейтрон, нейтрон-нейтрон) одни и те же: нуклон = протон=нейтрон).

27 26. Состав ядра. Ядерные силы.

Мельчайшая частичка элементарного в-ва – атом – состоит из ядра и движкщтхся вокруг него электронов, число кот. определяет порядковый номер эл-та в табл. Менделеева (Z). Атом в целом электрически нейтрален => ядро обладает положительным зарядом Ze, кот. обусловлен присутствием в ядре соответствующего числа протонов. Однако общая масса всех протонов оказывается значительно меньше массы всего атома -> в ядрах имеются еще и др. частицы, лишенные эл. заряда – нейтроны. Протоны и нейтроны совершенно идентичны -> их объединяют в одну группу – нуклоны. Ядро каждого типа атома хар-ется 2мя числами – кол-вом протонов и нейтронов. Полное число нуклонов ядра назыв. массовым числом (А). В ядерной физике принята форма записи нуклида (ядра определенного состава), как ^A_ZR, где R – символ эл-та, Z – число протонов, A – массовое число (A=Z+N_n, где N_n-число нейтронов). Ядра с одним и тем же числом протонов, назыв. изотопами (ядра-изотопы суть нуклиды одного эл-та, но с различнвми массовыми числами). Пример: изотопы водорода: протий ¹₂Н, дейтерий ²₁Н, тритий ³₁Н (b-радиоактивен, т.е. подвергается b-распаду). Ядра-изобары – это нуклиды, содержащие одинаковое число нуклидов (т.е. нуклиды с одинаковым массовым числом А, но различным Z). Нуклоны связаны ядерными силами. св-ва ядерных сил: 1. это силы притяжения; 2. короткодействующие силы (радиус действия»радиус ядра); 3. нецентральные силы; 4. им свойственно насыщение (каждый нуклон взаимодействует с ограниченным числом соседей); 5. эти силы зарядово независимы (силы взаимод. (протон-протон, протон-нейтрон, нейтрон-нейтрон) одни и те же: нуклон = протон=нейтрон).

28 Радиоакт-ю. или радиоакт . распадом наз. самопроизв. превр. атомных ядер одного элем. в ядра другого. Радиоакт. явл. все элем. с атомн. номером более 83.

Изотопы-это атомы, имеющ. одинак. заряд, но разл. массу. Все изотопы одного и того же эл. облад. одинак. хим. св-вами, но могут отлич. радиоактивн.

Альфа-распадом наз. самопроизв. распад ядра (X) на альфа-частицу (ядро атома гелия ₂He⁴) и ядро продукт (Y) по след. схеме” _ZX^A=₂He⁴+_Z-2Y^A-4, a-лучи обл. наим. проник. способн.

Бета-распад-явление эл. b-распада предст. собой превр. атомн. ядра (Х) путем испуск. эл. (е) по схеме: _ZX^A=_-1e⁰+_Z+1Y^A, проник. спос. b-част. (эл.)выше, чем а-частиц.

Гамма-лучи-это жесткое электромагн. излуч оч. выс. частоты. Из-за выс. частоты у g-лучей сильно выраж. квант. св-ва, и они ведут себя как поток частиц-g-квантов: g-лучи обл. наиб. проник. способн.

Протоны и нейтроны: ядро сост. из нуклонов-положит. заряж. протонов (р) с массой 1836m_e, и нейтр. нейтронов (n) с массой 1839 m_e, где m_e-масса электрона. Число прот. в ядре равно заряду ядра Z и опред. атомный номер эл. в период. системе.

Энергия связи атомн. ядер-это эн., необх. для полного расщепл. ядра на отдельн. нуклоны. При образов. ядра из отдельн. нуклонов его энергия оказ. меньше суммарной Е нуклонов на Е связи.

Ядерная р-ция-проц. превр. атомн. ядер при взаим. с элементарн. частицами или друг с другом. Для осуществ. таких р-ций необх. сближ. ядер и частиц на расст. порядка 10^-15м (разм. ядра). В случае р-ции между ядрами треб. большая энергия для преод. их кулон. отталк. Эту энергию можно сообщ. ядрам с помощью ускорит. либо нагр. до оч. высоких темп.

Дел. ядер урана предст. собой особый вид ядерн. р-ций, при кот. ядро тяжелого эл. делится на две или реже 3-4 части с одноврем. испуск. 2-3-х нейтр., гамма-лучей и значит. выдел. энергии.

Ядерн. реактор-устройство, в кот. поддерж. управл. р-ция деления ядер. Основн. эл: -ядерн. горючее: U, Pu; -замедл. нейтронов (тяж. вода, графит) –теплонос. для вывода тепла –устр. для рег. скорости р-ции. Захват медл. нейтронов в сотни раз больше, чем быстрых.

Термояд. р-ции-это р-ции соед. легких атомн. ядер. Для соед. одноим. заряж. протонов необх. преод. кулон. силы, что возм.при достат. больших скор.

 

А, б, г-излучения

Виды радиоактивности.

1) Деление тяж. ядер 2) одно-и двупротонная (исрускание 1 или 2 протон ядром) 3) Альфа-распадом наз. самопроизв. распад ядра (X) на альфа-частицу (ядро атома гелия ₂He⁴) и ядро продукт (Y) по след. схеме” _ZX^A=₂He⁴+_Z-2Y^A-4, a-лучи обл. наим. проник. способн. 4) Бета-распад-явление эл. b-распада предст. собой превр. атомн. ядра (Х) путем испуск. эл. (е) по схеме: _ZX^A=_-1e⁰+_Z+1Y^A, проник. спос. b-част. (эл.)выше, чем а-частиц. 5) Гамма-лучи-это жесткое электромагн. излуч оч. выс. частоты. Из-за выс. частоты у g-лучей сильно выраж. квант. св-ва, и они ведут себя как поток частиц-g-квантов: g-лучи обл. наиб. проник. способн..

 

Элементарные частицы

Это частицы, нах-ся на самом глубоком уровне строения системы. К настоящему моменту =450. Многие из них- составные. Неделимые частицы – фундаментальные. Почти у всех частиц- античастицы.(отл. знаком к-либо из характер.). При взаимодействии частицы со своей анти…происходит аннигиляция(«уничтожение» частиц с обр. одного или неск. γ -квантов.Элемент классиф. по массе покоя: 1гр.: фотоны(γ )(m₀=0). 2гр.: лептоны 3гр..мезоны (пионы, хаоны(К), мезон(ή ). 4гр. Барионы(протон, нейтрон, гиперон, гинерон, ).3+4гр. – адроны (участв. в сильном взаимод.) По совр. представл. Адроны состоят из кварков.Кварки обл. дробным эл. зарядом. Не существ. в своб. сост. Всегда соед. м/д собой. Это-конфаймент. 6 кварков: U(up), d(down), c(charm), S(strange), b(beauty), t(top, true).Совокупность хар-к кварка – аромат.

 

Интерференция света

Интерференция света – перераспределение энергии в пространстве с образованием макс и мин интенсивности при наложении когерентных волн. Волны наз когерентными, если они имеют одинаковую частоту, поляризацию и не завис от времени разность фаз в произвольной точке их встречи.

Фаза гармонической (монохроматической) волны:

 

Интерференция от тонких пленок.

Примером интерференции света, набдюдающейся в естественных условиях, может служить радужная окраска тонких пленок(мыльных пузырей, пленок нефти или масла на поверхности воды). Образование частично когерентных волн, инерферирующих при наложении, происходит в этом случае вследсвие отражения падающего на пленку света в верхней и нижней ее поверхности. Результат интерференции зависит от сдвига фаз, приобретаемого накладывающимися волнами в пленке и зависящего от их оптической разности хода - разность оптических длин пути волн. Оптической длиной пути света называется произведение геометрической длины пути, пройденного светом в среде, на показатель преломления этой среды. Применяют, к примеру, в оптике, накладывая пленки на линзы, для уменьшения потерь интенсивности света.

Интерференция световых волн

Условия усиления и ослабления света.

Интерференция - устойчивое перераспределение интенсивности света при наложении когерентных волн.

 

Интерференция Юнга. Зеркала и бипризма Френеля.

Юнг вырезал две дырки в светонепроницаемой пластине и наблюдал интерференцию от одного источника. (очень похоже на увеличенную дифракционную решетку). Бипризма состоит из двух одинаковых трехгранных призм, сложенных основаниями и изготовленных как одно целое. Преломляющие углы при верхней и нижних вершинах бипризмы очень малы. Свет от источника S преломляется в бипризме и распространяется за ней в виде двух систем волн, соответствующих когерентеым мнимым источникам света S1 и S2. Интерференция этих волн наблюдается в области их перекрытия на экране Э.

12345Следующая ⇒

Поделиться: