коллоквиум по физикеее. Напишите уравнение сферической волны. Что такое амплитуда, частота, фаза Сферическая волна
 Скачать 3.52 Mb.
|
|
Напишите уравнение сферической волны. Что такое амплитуда, частота, фаза? Сферическая волна – волна, волновой фронт которой представляет собой сферу. В случае, когда скорость волны υ во всех направлениях постоянна, а источник точечный, волна будет сферической.  Во всех уравнениях ξ – колеблющаяся величина, А0 –начальное значение амплитуды колебаний этой величины. Уравнение (2.7) неприменимо для малых r, т.к. приr →0 , амплитуда стремится к бесконечности. Амплитуда - максимальный размах значений периодически изменяющейся величины или наибольшее отклонение от положения равновесия. Частота волны - число полных колебаний или циклов волны, совершенных в единицу времени. Измеряется в Герцах. Ее можно вычислить, разделив скорость распространения волны на длину волны. Фазой волны называется аргумент тригонометрической функции, которая описывает волну. Показывает, какая часть периода прошла с начала колебаний. Напишите уравнение плоской монохроматической волны? Что такое амплитуда, частота, фаза? Плоская волна – это волна, волновая поверхность которой представляет собой совокупность параллельных друг другу плоскостей.  Про амплитуду, частоту и фазу смотри вопрос 1. Понятие фазы (а, следовательно, и фазовой скорости) может быть определено для монохроматической волны, как процесса распространения гармонических колебаний. Что такое продольная и что такое поперечная волна? Продольные волны – волна, колебания в которой происходят в направлении параллельном направлению ее распространения (перпендикулярно волновому фронту). Поперечная волна – волна, колебания в которой происходят в плоскости перпендикулярной направлению ее распространения. Поляризация присуща всем поперечным волнам и никогда не наблюдается для продольных. Пример: Звук – продольная волна. Электромагнитная волна (свет) – поперечная волна. Напишите уравнение затухающего колебания. Затухающими колебаниями называются свободные колебания механической системы при наличии сил трения или сил сопротивления среды.  Здесь x и t – координаты пространства и времени, А – первоначальная амплитуда, β– коэффициент затухания, который зависит от сопротивления среды r и массы колеблющегося объекта m:  Как связаны w (циклическая частота) и k (волновое число) Волновое число представляет собой число длин волн, укладывающихся на отрезке 2Πметров.  Что называют световым вектором? Как величина этого вектора связана с интенсивностью света? Поляризация относится к тем явлениям, в которых главную роль играет определённое направление колебаний электрического вектора. Вектор напряжённости электрического поля называют световым вектором.Интенсивностью света называют электромагнитную энергию, проходящую в единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению распространения света. Поскольку интенсивность света есть усреднённый вектор Поинтинга и, следовательно, пропорциональна квадрату вектора напряженности электрического поля, имеем:  Сформулируйте закон преломления света. Закон преломления света Луч падающий, луч преломленный и нормаль границы раздела сред в точке падения лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления – величина постоянная для данных сред и называется относительным показателем преломления или показателем преломления второй среды относительно первой   Как зависит скорость света в среде от показателя преломления? Зависимость скорости света от показателя преломления средыV =  , где c – скорость светаСкорость света зависит от среды. В вакууме скорость света абсолютная, максимальная, известная совершенно точно, С=299792458 м/c. А в зависимости от среды скорость света меняется и зависит от абсолютного показателя преломления (n). Скорость света в среде будет выглядеть так: V = C/n. (на всякий случай Дифракция Явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий (свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени) Дисперсия вещества - зависимость показателей преломления от длины волны проходящего свете (или зависимость от длины фазовой скорости распространения электромагнитной волны) Двойное лучепреломление При прохождении света через некоторые кристаллы луч разделяется на два. Двойное лучепреломление – раздвоение светового луча при прохождении через оптически анизотропную среду, обусловленное зависимостью показателя преломления и скорости волны от её поляризации и ориентирования волнового вектора no  – обыкновенный (удовлетворяет обычному закону преломления)ne – необыкновенный (зависит от угла падения))Что такое явление резонанса? Нарисуйте резонансную кривую. Резонанс – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при равенстве частоты вынуждающей силы и собственной частоты колебательной системы. авын =  (не знаю что это за формула, в других источниках ее нет)Г3>Г2>Г1  Как связаны (длина волны), (частота) и Vф(фазовая скорость)? Как связаны k (волновое число) и λ (длина волны): k =  ; k – волновое число, λ – длина волны  Фазовая скорость  - это скорость распространения данной фазы колебаний, т.е. скорость волны.Связь длины волны  , фазовой скорости и периода колебаний Т задается соотношением: .Учитывая, что  , где  - линейная частота волны,  - период, а циклическая частота волны  , получим разные формулы для фазовой скорости: .Для волнового процесса характерна периодичность по времени и по пространству. Т – период колебаний точек среды. Роль пространственного периода играет длина волны . Соотношение между периодом и циклической частотой задается формулой:  . Аналогичное соотношение можно записать для длины волны и величиной k, называемой волновым числом:  .Таким образом. Можно добавить еще одно уравнение для фазовой скорости:  .Что называют явлением интерференции? Что такое когерентные волны? Два источника называются когерентными, если они имеют одинаковую частоту и постоянную, независящую от времени, разность фаз Волны, создаваемые такими источниками, называются когерентными (имеют одну поляризацию) Интерференция – перераспределение интенсивности света в результате наложения нескольких когерентных световых волн. Это явление сопровождается устойчивым во времени чередованием в пространстве минимумов и максимумов, которое называется интерференционной картиной  Что такое когерентные волны? Как получают когерентные источники без использования лазерной техники? Когерентные волны - волны одинаковой частоты, колебания в которых отличаются постоянной разностью фаз, не изменяющейся во времени, достаточном для наблюдения. Для получения когерентных световых волн с помощью обычных (не лазерных) источников применяют метод разделения света от одного источника на две или нескольких систем волн (световых пучков). В каждой из них представлено излучение одних и тех же атомов источника, так что эти волны когерентны между собой и интерферируют при наложении. Разделение света на когерентные пучки можно осуществить различными методами: с помощью экранов и щелей, зеркал и преломляющих поверхностей (метод Юнга, метод зеркал Френеля, метод зеркала Ллойда, метод бипризмы Френеля, метод тонких пленок и др.) Как связаны k (волновое число) и (длина волны)? k = ; k – волновое число, λ – длина волны (Пространственный аналог круговой частоты) 14. Что такое оптическая разность хода? Чему равна оптическая разность хода в max и в min? Оптическая разность хода – разность оптических длин пути двух лучей, имеющие общие начальные и конечные точки L=nl, n – показатель преломления.   Оптический путь и оптическая разность хода уже содержат в себе поправку на изменение длины волны в данной среде.   15. Чему равна разность фаз когерентных волн в min и max? Когерентные волны - это волны, имеющие одинаковые частоты, постоянную разность фаз, а колебания происходят в одной плоскости Максимумы интенсивности волны будут наблюдаться в точках, где выполняется условие  минимумы - в точках, где  Здесь через  обозначена разность фаз складываемых волн.16. Что такое дифракция? Дифракцией называют явление отклонения света от прямолинейного распространения в среде с резкими неоднородностями (края экранов, щели), что связано с законами геометрической оптики. Это приводит к огибанию световыми волнами препятствий и проникновению в область геометрической тени. Различают дифракция Френеля (дифракция на сферическом волновом фронте) и Фраунгофера (дифракция на плоском волновом фронте) (подробнее см. 20 вопрос) 17. Какое число зон Френеля должно открывать отверстие, чтобы в центре экрана получалось темное пятно? Ответ поясните рисунком. Четное число зон должно быть открыто, поскольку при нем наблюдается минимум интерференции.  18. Сформулируйте принцип Гюйгенса – Френеля. Каждую точку волновой поверхности можно рассматривать как источник вторичных полусферических волн. Эти волны когерентны и световое поле, возникающее в результате их интерференции в пространстве совпадает с полем реальных источников света  19. Приведите рисунок, поясняющий построение зон Френеля.  S – источник излучения Р – точка наблюдения 20. Что такое «дифракция по Френелю» и «дифракция по Фраунгоферу»? Дифракцией Френеля называют дифракцию при которой источник света и (или) экран на котором проводится наблюдение дифракционной картины, расположены на конечных расстояниях от препятствий, которые вызывают дифракцию. Дифракция Френеля на круглом отверстии (А) и маленьком круглом экране(В)   (А) (В) Дифракция Фраунгофера. Фраунгофер исследовал дифракционные явления в параллельных лучах света. При этом труба наводилась на источник света, который располагался на значительном расстоянии, и дифракционная картина рассматривалась в фокальной плоскости трубы сквозь ее окуляр. Например, если рассматривать светящуюся нить, расположенную на большом расстоянии, через объектив, прикрытый экраном с узкой щелью, то в фокальной плоскости объектива будет наблюдаться светлая размытая полоса, имеющая несколько максимумов и минимумов. (Надо учитывать, что картина, которую мы видим в таком случае, не всегда картина дифракции, которая появляется как результат ограничения пучка света). И так, дифракция, которая образуется параллельными лучами, называют дифракцией Фраунгофера. Дифракция Фраунгофера принципиально не отличается от дифракции Френеля.   №21. Запишите условия главных max дифракционной решетки.  , где d- расстояние между серединами щелей Для общего представления:  № 22. На дифракционную решётку с постоянной d падает монохроматический свет с длиной волны λ. Под каким углом наблюдается max 3го порядка?  №23. Какие волны называют разрешенными? Что такое разрешающая способность спектрального прибора? Разрешенные волны- это волны, которые воспринимаются отдельно.( лекции Светки:))  Разрешающей способностью спектрального прибора называют безразмерную величину в которой —  абсолютное значение минимальной разности длин волн двух соседних спектральных линий, при которой эти линии регистрируются раздельно.ИЛИ  МОЖНО ТАК№24 Что такое порядок спектра дифракционной решетки? Порядок спектра(m)- это номер максимума от центрального или же нулевого максимума.№25 Что такое дисперсия дифракционной решетки?  № 26. В чем состоит закон Бугера? (Хз ребята че это… На лекциях не было)  №27Что называют рассеянием света? Беру с Лекции Рассеяние света - явление преобразования света веществом, сопровождающееся изменением распространения света и проявляющееся как несобственное свечение. С классической точки зрения рассеяние состоит в том, что световая волна, проходя через вещество, вызывает колебание электронов в атоме эти электроны возбуждают вторичные волны, распространяющиеся по всем направлениям, при этом вторичные волны когерентны и интерферируют. В неоднородной среде световые волны, дифрагируя на мелких неоднородностях среды, дают дифракционную картину в воде довольно равномерного распределения интенсивности по всем направлениям — рассеяние света 28 вопрос В чем состоит закон Рэлея для рассеяния света?  29 вопрос Как объяснить голубой цвет неба и алый цвет зари? Замечание. Т.е. сине-фиолетовая (высокочастотная) область света будет рассеиваться больше, чем красная область света. Этим объясняется голубой цвет неба (небо светится рассеянным светом, в нём превалируют высокочастотные составляющие) и красный цвет Солнца на закате – за счёт большего рассе6яния высокочастотных составляющих солнечного спектра (расстояние, пройденное лучом через атмосферу по касательной дольше, нежели по нормали к поверхности земли), цвет Солнца смещается в красную область. (см.28) 30 вопрос Что такое линейно поляризованный свет? Ответ поясните рисунком. Свет, в котором направление колебаний светового вектора упорядочено каким-либо образом, называют поляризованным. Если колебания светового вектора происходят только в одной плоскости, свет называют плоско- (или линейно-) поляризованным.  31 вопрос В чем состоит закон Брюстера? Пояснить рисунком.    32 вопрос В чем состоит явление двойного лучепреломления? Как объяснить это явление исходя из оптической анизотропии кристаллов? Устройство одной группы поляризаторов основано на явлении двойного лучепреломления кристаллов. Это явление состоит в том, что световой луч расщепляется на два луча, каждый из которых линейно поляризован, один – в плоскости падения, другой – в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. В одноосных кристаллах один из лучей, получившихся при двойном лучепреломлении, называется обыкновенным, а второй – необыкновенным. В двуосных кристаллах оба луча являются необыкновенными. Скорость распространения обыкновенных лучей не зависит от направления распространения, а скорость распространения необыкновенных лучей зависит от направления распространения. 33 вопрос Что такое эллиптически поляризованный свет?  34 вопрос Сформулируйте закон Малюса  На два скрещённых под углом 300 николя падает естественный свет. Во сколько раз уменьшится интенсивность света, выходящего из второго николя?  Что такое явление дисперсии? Дисперсия света – это явления, обусловленные зависимостью показателя преломления вещества от длины волны (или частоты): n = f(λ), где n–показатель преломления, λ – частота, f – длина волны света в вакууме. Показатель преломления: n = c/v, где с – скорость света в вакууме (300 000 км/с), v– скорость света в среде. Разная степень преломляемости света связана с разной скоростью распространения света в данной среде. Вакуум дисперсией не обладает.  Что такое дисперсия вещества? Дисперсия вещества – производная dn/dλ. Что называют нормальной и что аномальной дисперсией?   Интервал длин волн, в котором dn/dλ< 0, соответсвует нормальной дисперсии. Те же интервалы длин волн, где дисперсия вещества dn/dλ> 0, соответсвует аномальной дисперсии. Что такое частично поляризованный свет?  Что такое степень поляризации? В каких пределах она изменяется?  Частично-поляризованный свет характеризуют степенью поляризации P, которую определяют как P = Iпол/ I0, где Iпол – интенсивность поляризованной составляющей, I0– полная интенсивность частично-поляризованного света (Imax + Imin). Изменяется в пределах 0 < P < 1. |