шпори з фізики. 1 курс. 2 семестр. ЕКЗАМЕН. 59. Порівняння електричної та гравітаційної взаємодії. Закон Кулона

Название	59. Порівняння електричної та гравітаційної взаємодії. Закон Кулона
Анкор	шпори з фізики. 1 курс. 2 семестр. ЕКЗАМЕН.docx
Дата	07.06.2018
Размер	405.11 Kb.
Формат файла
Имя файла	шпори з фізики. 1 курс. 2 семестр. ЕКЗАМЕН.docx
Тип	Закон #20082
страница	4 из 6

1 2 3 4 5 6

85. Рух зарядженої частинки в електромагнітному полі

В однорідному магнітному полі заряджена частинка рухається по гвинтовій лінії, яку в фізиці дещо нестрого часто називають спіраллю. Радіус гвинтової лінії (циклотронний радіус) визначається перпендикулярною до поля складовою початкової швидкості частинки. Крок гвинтової лінії — паралельною до поля складовою початкової швидкості частинки. Гвинтова лінія закручена за чи проти годинникової стрілки, в залежності від знаку заряду частинки
86.Геометрична оптика.

Геометри́чна о́птика — розділ оптики, в якому вивчаються закони поширення світлових променів.Геометрична оптика розглядає світло, абстрагуючись від його хвильової природи, тобто у тому випадку, коли довжина хвилі мала в порівнянні з тими тілами, що впливають на хід променів. В геометричній оптиці не розглядаються такі притаманні світлу явища, як дифракція й інтерференція.Предмети, які впливають на розповсюдження променів — це прозорі й непрозорі поверхні, дзеркала й лінзи.Особливий розділ геометричної оптики складає параксіальна оптика, в якій розглядаються світлові промені, які проходять близько до осі циліндричносиметричної системи, наприклад, лінзи.Геометрична оптика є науковою основою для побудови різноманітних оптичних приладів: окулярів, об'єктивів, мікроскопів, телескопів.Важливим оптичним приладом є кришталик людського ока.

Вже у початкові періоди оптичних досліджень були експериментально встановлені такі чотири основні закони оптичних явищ:

1. Закон прямолінійного поширення світла.

2. Закон незалежності світлових пучків.

3. Закон відбивання світла від дзеркальної поверхні.

4. Закон заломлення світла на межі двох прозорих середовищ.

Закон прямолінійного поширення світла:в однорідному середовищі світло поширюється вздовж прямих ліній.

. Закон незалежності світлових пучків: світловий потік можна розбити на окремі світлові пучки, і дія цих пучків виявиться незалежною, тобто, ефект від одного пучка не залежатиме від того, чи діють в цей час інші пучки. Наприклад, частково закривши об’єктив фотоапарата, ми все одно отримаємо зображення ландшафту, оскільки його створять інші світлові пучки. Глибше ці питання розглядає теорія інтерференції світла (принцип суперпозиції).

Закон відбивання світла: промінь світла, що падає на поверхню, нормаль до цієї поверхні та відбитий промінь лежать в одній площині, причому кути між обома променями і нормаллю рівні між собою.

4. Закон заломлення світла: промінь, що падає на межу, яка розділяє два прозорі середовища, нормаль до цієї межі та заломлений промінь лежать в одній площині, причому кут падіння і кут відбивання світлових променів пов’язані співвідношенням

, (12.1)

де n – стала, що не залежить від кутів і та r. Величина цієї сталої (її називають показником заломлення світла) визначається властивостями обох середовищ, на межу яких падає світло, а також залежить від кольору світлових променів.

87.Явище повного внутрішнього відбивання.Кут Брюстера.

Повне внутрішнє відбиття — явище непроникання косих світлових променів із середовища із більшою оптичною густиною в середовище із меншою оптичною густиною.

На малюнку праворуч показані дві можливі ситуації, які виникають при падінні світла із оптично густішого середовища. При малих кутах падіння (ця ситуація зображена червоним) світло частково проникає в інше середовище, частково відбивається на границі розділу. Кут заломлення визначається законом Снеліуса і є більшим за кут падіння.

Синім показана ситуація, яка виникає тоді, коли

$\frac{n_1}{n_2} \sin \theta> 1 \,$ де n₁ та n₂ — показники заломлення середовищ (n₁ > n₂). В такому випадку світловий промінь не проникає далі й повністю відбивається від границі.

Повне внутрішнє відбиття спостерігається для великих кутів падіння, які перевищують критичний кут

$\theta_c = \text{arcsin}\, \frac{n_2}{n_1}$ .Світло все ж таки проникає в середовище із меншим показником заломлення на незначну глибину. Це явище використовується в методі порушеного повного внутрішнього відбиття для дослідження приповерхневих шарів тіл.

Явище повного внутрішнього відбиття легко спостерігати, якщо пірнути у воду й глянути вгору. Синє небо над головою буде видно лише в межах певного кола. Явище використовується у хвилеводах, зокрема оптичних волоконних лініях, де світло запускається в оптичне волокно із доволі високими показником заломлення. Світло не може вирватися із волокна, навіть якщо це волокно зігнути чи скрутити в бухту, бо кут падіння залишається меншим за критичний кут повного внутрішнього відбиття.

Кут Брюстера - кут падіння світла на межу розділу двох середовищ, при якому відбите світло повністю поляризоване.

Світло, яке є поперечними електромагнітними хвилями, загалом має дві можливі незалежні одна від іншої поляризації. При падінні на границю розділу двох середовищ незалежні поляризації світла називаються s- та p-поляризаціями. У випадку p-поляризації вектор напруженості електричного поля електромагнітної хвилі, якою є світло, лежить у площині падіння, у випадку s-поляризації (від німецького senkrecht) - перперндикулярний їй.

Однак існує такий кут падіння, при якому відбивається тільки світло s-поряризації, а світло p-поляризації повністю проходить у інше середовище. Цей кут називається кутом Брюстера.

Значення кута Брюстера визначається умовою

$\theta_i + \theta_r = \frac{\pi}{2}$ ,

де $\theta_i$ - кут падіння, а $\theta_r$ - кут заломлення.

Значення кута Брюстера можна виразити через показники заломлення двох середовищ.

$\theta_b = \text{arctg}\, \frac{n_2}{n_1}$ .

Дана формула отримала назву закона Брюстера.

Відбиття світла під кутом Брюстера використовується для його поляризації.
88.Визначення показника заломлення рідини рефрактометром.

Рефракто́метр — пристрій, що вимірює показник заломлення світла в середовищі. Рефрактометрія, що виконується з допомогою рефрактометрів, є одним із розповсюджених методів ідентифікації хімічних сполук, кількісного і структурного аналізу, визначення фізико-хімічних параметрів речовин.

Для вимірювання показника заломлення використовують прилади — рефрактометри.

Вимірювання проводять при температурі 20 ± 0,3 °С і довжині хвилі, яка відповідає спектральній лінії жовтого натрієвого полум'я (^-лінія),— 589,3 нм. Показник заломлення, визначений за таких умов, позначається індексом п|,0.

Рефрактометри настроюють за еталонними рідинами, доданими як комплект до приладів, або за дистильованою водою (п2« = 1,3330).

Методика. Показник заломлення визначають за допомогою рефрактометра ІРФ-22 Принцип вимірювання побудований на визначенні граничного кута повного внутрішнього відбивання. Точність вимірювання складає ±0,0001.

Перш ніж приступити до визначення, потрібно підготувати рефрактометр до роботи: протерти ватою, змоченою етером, гіпоте-нузні площини освітлювальної 4' і вимірювальної 7' призм, що знаходяться в півкулях 4, 7 вимірювальної головки Після випарення етеру поворотом маховичка 11 необхідно привести в горизонтальне положення нижню півкулю 7 і гіпотенузну площину вимірювальної призми. Прилад готовий до роботи.
89.Плоске дзеркало,сферичне дзеркало,лінза.

Найпростішою оптичною системою є плоске дзеркало. Зображення предмета в плоскому дзеркалі розміщено симетрично реальному предмету відносно площини дзеркала. Зображення в плоскому дзеркалі – уявне, розмір зображення дорівнює розміру предмета, зображення і предмет розміщені симетрично відносно плоского дзеркала.

Сферичне дзеркало — дзеркало, відбиваюча поверхня якого має вигляд сегмента сфери.Для побудови зображень у сферичному дзеркалі потрібно взяти будь-які з двох променів.

1. Промені АО і ВО, які проходять через центр О дзеркала (після відбивання вони протилежно направлені відносно початкового променя).

2. Промені AF i BF, які проходять через фокус F дзеркала (після відбивання вони поширюються паралельно головній оптичній осі).

3. Промені BD i AF паралельні головній оптичній осі (після відбивання від дзеркала, вони проходять через його фокус).

4. Промені АР і ВР, які падають у полюс Р дзеркала (вони відбиваються симетрично головній оптичній осі).

Випадок заломлення на одній сферичній поверхні є достатньо рідкісним

Велике значення має найпростіший випадок центрованої системи, яка складається всього з двох сферичних поверхонь, що відмежовують якийсь прозорий матеріал, який добре заломлює світло, від навколишнього повітря. Така система є звичайною лінзою.

Лінзу називають тонкою, якщо обидві її вершини можна вважати такими, що збігаються. Тобто, товщина лінзи мала порівняно з радіусами кривизни її поверхонь. Точку збігання вершин називають оптичним центром лінзи. Будь-який параксіальний промінь, який проходить через оптичний центр лінзи, практично не заломлюється.

Якщо світна точка, що знаходиться на головній осі, віддаляється від лінзи, то її зображення буде переміщуватися. У граничному випадку, коли джерело свічення віддалиться на нескінченність, положення зображення буде називатися фокусом лінзи. Віддаль від лінзи до фокуса називають фокусною віддаллю тонкої лінзи, а площину, яка проходить через фокус перпендикулярно до головної оптичної осі, – фокальною площиною. Величина, обернена до фокусної віддалі, називається оптичною силою:

.

90.Інтерференція світла.Когерентність світлових хвиль.

Хвильові властивості світла найчіткіше проявляють себе в явищах інтерференції та дифракції. Інтерференція світла — перерозподіл інтенсивності світла в результаті накладення (суперпозиції) декількох світлових хвиль. Це явище супроводжується чергуванням в просторі максимумів і мінімумів інтенсивності. Її розподіл називається інтерференційною картиною.Особливо цікавим є випадок інтерференції в тонкому повітряному шарі, відомий під назвою кілець Ньютона. Цю картину можна спостерігати, коли опукла поверхня малої кривизни дотикається в деякій точці до пласкої поверхні добре відполірованої пластинки, так щоб повітряний прошарок поступово ставав товстішим від точки дотику до країв. Якщо на таку систему приблизно перпендикулярно до поверхні пластинки падає пучок монохроматичного світла, то світлові хвилі, відбиті від верхньої та нижньої границь повітряного прошарку, будуть інтерферувати між собою. При цьому спостерігатиметься така картина: у точці дотику спостерігають чорна пляма, оточене рядом концентричних світлих і темних кілець, що поступово звужуються. newton_cyrcles

Когере́нтність — це властивість хвилі зберігати свої частотні, поляризаційні й фазові характеристики. Здатність світла утворювати нерухому інтерференційну картину. Когерентність світла пояснюють постійним у часі співвідношенням між фазами світлових хвиль, що створює можливість отримання інтерференції. Когерентні промені одержують від того самого джерела. Розрізняють повну і часткову когерентність світла. Повна когерентність настає тоді, коли контраст інтерференційної картини ідеальний, тобто мінімальна інтенсивність світла в області тіні дорівнює нулю; часткова — якщо контраст не ідеальний. Якщо контраст відсутній, то світло цілком некогерентне. Умовою когерентоності хвиль є незмінюваність у часі різниці між фазами коливань у них, що можливо лише тоді, коли хвилі мають однакову довжину (частоту). Завдяки когерентності хвиль виникають інтерференційні явища. Поняття плоскої монохроматичної хвилі, яке часто використовується в фізиці є абстракцією.

91.Дифракція світла.

Дифра́кція — явище, що виникає при поширенні хвиль. Застосування методу Френеля дозволяє передбачувати і пояснювати особливості поширення світлових хвиль тоді, коли частина фронту хвилі перестає діяти внаслідок того, що світло поширюється між перешкодами, які прикривають частину фронту хвилі. Ці явища огинання перешкод (екранів і країв діафрагм) називають явищами дифракції. Явище дифракції світла наглядно підтверджує теорію корпускулярно-хвильової природи світла.Спостерігати дифракцію світла важко, оскільки хвилі відхиляються від перешкод на помітні кути лише за умови, що розміри перешкод приблизно дорівнюють довжині хвилі світла, а вона дуже мала.Уперше, відкривши інтерференцію, Юнг виконав дослід з дифракції світла, за допомогою якого були вивчені довжини хвиль, що відповідають світловим променям різного кольору. Вивчення дифракції отримало своє завершення в працях Огюстена Френеля, який і побудував теорію дифракції, що в принципі дозволяє розраховувати дифракційну картину, яка виникає внаслідок огинання світлом будь-яких перешкод. Таких успіхів Френель досягнув, об'єднавши принцип Гюйгенса з ідеєю інтерференції вторинних хвиль. Принцип Гюйгенса формулюється так: дифракція виникає внаслідок інтерференції вторинних хвиль.
92.Дифракція Френеля
Дифракція Френеля - дифракційна картина, яка спостерігається на невеликій віддалі від перешкоди, в умовах, коли основний вклад у інтерференційну картину дають границі екрану. Внаслідок дифракції світло, яке проходить через отвір розходиться, тож область, яка була б тінню згідно з геометричною оптикою, буде частково освітленою. Натомість в області, яка при прямолінійному розповсюджені світла була б освітленою, спостерігатимуться коливання інтенсивності освітлення у вигляді концентричних кілець.Дифракційна картина у випадку дифракції Френеля залежить від віддалі між екранами й від розташування джерела світла. Її можна розрахувати, вважаючи, що кожна точка у перетині апертури випромінює сферичну хвилю згідно з принципом Гюйгенса. У точці спостереження (на другому екрані) хвилі або підсилюють одна одну або гасяться в залежності від різниці ходу.

$http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a2/diffraction_geometry.svg/220px-diffraction_geometry.svg.png$

На малюнку показано розподіл інтенсивності світла при дифракції на краю плоского екрана. Світло частково заходить у область геометричної тіні (від'ємні координати), а в області проходження його інтенсивність осцилює.
93. Дифра́кція Фраунго́фера

Дифра́кція Фраунго́фера — дифракційна картина, яка спостерігається на великій віддалі від перешкоди, яку огинає світло, в області, де світлові хвилі можна вважати плоскими.

При дифракції на круглому отворі, дифракційна картина у випадку Фраунгофера залежить від кута між оптичною віссю й напрямком від апертури до точки спостереження.

Випадок дифракції Фраунгофера має велике практичне значення при розв’язанні багатьох задач інструментальної оптики.

З практичної точки зору найцікавішими є дифракційні явища, що спостерігаються при падінні на екран паралельного пучка світла. Через дифракцію пучок втрачає паралельність, оскільки з’являються промені, які поширюються в напрямку, відмінному від початкового. Розподіл його інтенсивності на дуже великій віддалі (гранично – на безмежності) й відповідає випадку дифракції Фраунгофера. Хвиль, які виникають при проходженні падаючої хвилі через отвір, не існує в рамках геометричної оптики.

Практично дифракцію Фраунгофера спостерігають не «на безмежності» (а), на у фокальній площині об’єктива (б) або за допомогою спеціальної зорової труби, налаштованої «на безмежність». Розмір збиральної лінзи повинен бути набагато більшим від розмірів отвору, щоб спостережуваний розподіл інтенсивності був зумовлений саме дифракцією на краях отвору, а не оправою лінзи.

Умови, наближені до умов Фраунгофера, можна реалізувати, розташувавши джерело світла у фокусі лінзи і зібравши світло за допомогою іншої лінзи в деякій точці екрану, розташованого в її фокальній площині. Ця точка є зображенням джерела свічення. Розв’язати задачу дифракції – це значить знайти розподіл освітленості на екрані залежно від розмірів і форми перешкоди, що викликає саму дифракцію.

1 2 3 4 5 6