ответы на экзамен по физике. Закон Снеллиуса. Относительный показатель преломления

• Название: Закон Снеллиуса. Относительный показатель преломления
• Анкор: ответы на экзамен по физике
• Дата: 22.02.2022
• Размер: 5.28 Mb.
• Имя файла: fizika.docx
• Тип: Закон; #369586
• страница: 1 из 2

.

1. 
   Электромагнитная волна. Двойственность природы. Уравнение и график электромагнитной волны
   

Электромагнитная волна представляет собой распространяющиеся в пространстве колебания электрического и магнитного полей.

Свет имеет двойственную природу – волновую и корпускулярную

Изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле, которое порождает изменяющееся магнитное поле и т.д.

В результате образуются сцепленные между собой электрическое и магнитное поля, составляющие электромагнитную волну

 

2. 
   Свойства электромагнитной волны (Оптическая плотность среды. Энергия ЭМ волн)
   

1. 
   Поперечны. Векторы Е и Н лежат в плоскости, перпендикулярной скорости волны V
   
2. 
   В вакууме ЭМ волны распространяются со скоростью света
   

В средах ЭМ волны распространяются с меньшей скоростью.



Оптическая плотность среды характеризуется распространением светового луча в среде. Оптически более плотной является та среда, в которой скорость света меньше.

3. 
   Электромагнитная волна. Плотность энергии. Плотность потока энергии
   

Электромагнитная волна представляет собой распространяющиеся в пространстве колебания электрического и магнитного полей.

Плотность потока энергии – это энергия, переносимая волной в 1с. через единичную площадку, перпендикулярную скорости волны.



Плотность потока энергии волны изменяется со временем

I =

I пропорционально E^2

4. 
   Закон Снеллиуса. Относительный показатель преломления
   

Величину n21= n2/n1 называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой

5. 
   Интерференция света. Когерентность. Интерференционный максимум, минимум
   

Интерференция света- явление, возникающее при наложении двух или нескольких когерентных волн и состоящее в устойчивом во времени их взаимном усилении в одних точках пространства и ослаблении в других в зависимости от соотношения между фазами этих волн.

Когерентность – согласованное протекание в пространстве и по времени двух или нескольких волновых процессов

6. 
   Условия максимума и минимума для интерференции
   

7. 
   Интерференция в тонких пленках, на клине
   

8. 
   К ольца Ньютона. Применение интерференции.
   

Кольца Ньютона — это кольцевые полосы равной толщины, наблюдаемые при отражении света от поверхностей зазора между стеклянной пластинкой и соприкасающейся с ней выпуклой линзой.

Применение интерференции

1. 
   Измерение длин волн.
   
2. 
   Измерение расстояний.
   
3. 
   Измерение показателя преломления.
   
4. 
   Просветление оптики.
   

9. 
   Дифракция света. Виды дифракции.
   

Дифракция- совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в средах, включающих неоднородности, из-за которых наблюдается отклонение от законов геометрической оптики. Проявление дифракции- огибание светом препятствий и проникновение в область в геометрической тени.

10. 
    Принцип Гюйгенса. Метод зон Френеля
    

11. 
    Дифракция на круглом отверстии. Дифракция Фраунгофера на щели. Дифракционная решетка
    

Дифракция Френеля на круглом отверстии.

Поставим на пути световой волны ширму с круглым отверстием радиуса R.



Дифракция Фраунгофера на щели

На щель шириной b падает плоская монохроматическая волна,

 - угол дифракции.



Дифракционная решетка

Правильная структура из большого числа щелей называется дифракционной решеткой



d= a+b – параметр или постоянная дифракционной решетки

12. 
    Главные минимумы, главные максимумы, дополнительные минимумы
    

В спектре решетки есть три вида особых точек:

1. 
   Главные минимумы. Это “старые” минимумы. Они получаются в тех же направлениях, что и для одной щели. “Щель сама себя гасит”. Условие: bsin=m (m=1,2,3…).
   
2. 
   Главные максимумы. В этих направлениях щели усиливают друг друга. Условие:
   

dsin= k(k=0,1,2,…).

3 )Дополнительные минимумы. В них щели гасят друг друга. Условие:

N –число щелей

13. 
    Разрешающая способность оптических приборов, критерий Рэлея, разрешающая способность дифракционной решетки
    

Р азрешающая способность оптических приборов

 - минимальная разность длин волн соседних спектральных линий, воспринимаемых раздельно

Критерий Рэлея

Линии разрешены, если главный максимум линии λ + λ совпадает с дополнительным минимумом линии λ.



Р азрешающая способность дифракционной решетки

14. 
    Дифракция на пространственной решетке. Формула Вульфа-Брэггов ( применение рентгеновской дифракции)
    

Дифракция на пространственной решетке

Пространственной дифракционной решеткой называется такая оптически неоднородная среда, в которой неоднородности периодически повторяются при изменении всех трех пространственных координат.

Роль дифракционной решетки могут играть кристаллы.

Дифракцию на кристаллах наблюдают в рентгеновских лучах, т.к. нужна маленькая 

Формула Вульфа-Брэггов

дает условие дифракционных максимумов



Применение рентгеновской дифракции

1. 
   Рентгеноструктурный анализ.
   

По известным  и  находят межатомные расстояния и определяют кристаллическую структуру.

2. 
   Рентгеновская спектроскопия.
   

По известным d и  находят длину волны.

3. 
   Электронография и нейтронография.
   

Последняя позволяет определить магнитную структуру вещества

15. 
    Поляризация света. Частичная, линейная (плоская), эллиптическая, круговая.
    

Если колебания светового вектора как-то упорядочены, то свет называют поляризованным.

Есть несколько видов поляризации.

1. Частичная :

одно направление колебаний преобладает.



2. Линейная (плоская): колебания происходят только в одном направлении.

3. Эллиптическая

4. 
   Круговая
   

16. 
    Поляризаторы. Закон Малюса. Закон Брюстера.
    

Поляризаторы

Это природные кристаллы или устройства, позволяющие получить линейно поляризованный свет из естественного. Они пропускают только одну компоненту светового вектора.

Закон Малюса

Направим естественный свет на поляризатор. На выходе поляризатора получим световой вектор амплитуды Ер , совершающий колебания в направлении оси поляризатора. Амплитуда света за поляризатором равна Ip.

Для линейно поляризованного света интенсивность за анализатором пропорциональна квадрату косинуса угла между осью анализатора и направлением колебаний.

Закон Брюстера

Падая на границу раздела диэлектриков, световая волна частично отражается и частично преломляется.

Опыт показывает, что отраженный и преломленный лучи частично поляризованы

Существует такой угол падения, при котором отраженный луч полностью поляризуется. Этот угол называют углом Брюстера.

В этом случае отраженный и преломленный луч взаимно перпендикулярны.

Преломленный луч остается частично поляризованным.

17. 
    Распространение света в анизотропных средах. Двойное лучепреломление
    

Анизотропные среды – это среды, в которых скорость и поляризация волн зависят от направления распространения. Примеры: кристаллы кварца, алмаза, турмалина, слюды, исландского шпата.

Двойное лучепреломление

Во всех кристаллах, исключая кристаллы кубической симметрии (например, NaCl), наблюдается двойное лучепреломление. Это раздвоение преломленного света на два луча: обыкновенный (о) и необыкновенный (е).

18. 
    Дихроизм , поляризационные призмы
    

Дихроизм – это явление сильного поглощения одного из преломленных лучей.

Двулучевая поляризационная призма



Призма Николя

19. 
    Эффект Керра. Оптическая активность вещества. Эффект Фарадея.
    

Эффект Керра – наведение оптической анизотропии электрическим полем

В – постоянная Керра,

λ₀ – длина волны света,

Е _внеш – напряженность внешнего электрического поля



Оптическая активность вещества.
Заключается в повороте плоскости поляризации


Угол поворота плоскости поляризации

α– постоянная вращения, l – длина образца

Эффект Фарадея – вращение плоскости поляризации света в магнетике.



V– постоянная Верде, l – длина образца,

J – намагниченность.

20. 
    Дисперсия света. Дисперсия нормальная, аномальная. Дисперсия вещества.
    

Дисперсией волн

называют зависимость фазовой скорости волн от длины волны или частоты

v= v(λ) или v= v(ω).

Дисперсия волн

показывает, как быстро изменяется фазовая скорость при изменении длины волны.

Если волны большей длины волны распространяются с большей фазовой скоростью, дисперсия называется нормальной. Тогда



Если волны большей длины волны распространяются с меньшей фазовой скоростью, дисперсия называется аномальной. Тогда

Д исперсией вещества называют величину, которая показывает, насколько сильно показатель преломления n изменяется при изменении длины волны 

21. 
    Электронная теория дисперсии
    

Дисперсия света в среде объясняется взаимодействием электромагнитной волны с электронами вещества. Будем считать, что внешние электроны, наиболее слабо связанные с ядром, совершают вынужденные колебания.

22. 
    Поглощение света. Закон Бугера.
    

Поглощение света. Световая волна, проходя через вещество, возбуждает вынужденные колебания электронов в атомах, на поддержание которых затрачивается энергия волны, и волна затухает. Часть энергии волны при этом переходит в другие виды энергии.

Переход энергии световой волны во внутреннюю энергию вещества называется поглощением света.

Закон Бугера. Интенсивность света, прошедшего расстояние х в веществе:

I₀ – интенсивность падающего света,

α – коэффициент поглощения вещества.

23. 
    Оптические спектры. Рассеяние света. Закон Рэлея
    

Спектр оптический — спектр электромагнитного излучения в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах.

Оптические спектры. 1) испускания

He

Na

H2

линейчатые

сплошной


2) поглощения


He

H2

Na

линии поглощения


Рассеяние света. Рассеянием называется дифракция света на мелких неонородностях. Это явление наблюдается в мутных средах (дымы, эмульсии, взвеси).

З акон Рэлея: интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны.

24. 
    Эффект Доплера для световых волн
    

Заключается в изменении частоты колебаний, регистрируемых приемником при относительном движении приемника и источника.

Б ывает продольный и поперечный.

продольный



поперечный

25. 
    Тепловое излучение. Свойства. Характеристики теплового излучения (интегральная энергетическая светимость, спектральная энергетическая светимость, спектральная поглощательная способность)
    

Тепловое излучение – это электромагнитное излучение нагретых тел.

Свойства:

Происходит за счет внутренней энергии тела.

Имеет сплошной спектр.

Является одним из трех элементарных видов переноса тепла (еще теплопроводность и конвекция).

Характеристики теплового излучения

1 ) Интегральная энергетическая светимость R(Т). Равна мощности излучения, испускаемого телом с единицы площади

2) Спектральная энергетическая светимость

(излучательная способность) rν,Т. Равна мощности излучения, испускаемого телом с единицы площади в единичном интервале частот.



3) Спектральная поглощательная способность aν,T.

Р авна доле поглощаемого излучения

26. 
    Абсолютно черное тело. Законы теплового излучения (закон Кирхгофа, закон Стефана-Больцмана, законы Вина)
    

Т ело, которое полностью поглощает падающее на него излучение любой частоты, называют абсолютно чёрным. 

Законы теплового излучения

1. 
   Закон Кирхгофа: отношение спектральной светимости к спектральной поглощательной способности есть универсальная функция Кирхгофа f(,T), не зависящая от вида тела.
   

2) Закон Стефана-Больцмана: энергетическая светимость АЧТ пропорциональна четвертой степени температуры.

 - постоянная Стефана-Больцмана

3) Законы Вина

Д лина волны, соответствующая максимальной спектральной плотности энергетической светимости обратно пропорциональна температуре.

b – постоянная Вина

27. 
    Теория теплового излучения (классическая теория Рэлея-Джинса, формула Рэлея- Джинса)
    

Теория теплового излучения

Классическая теория Рэлея-Джинса

Рассматривалось равновесное тепловое излучение в полости на основе термодинамического подхода

• 
  равновесное тепловое излучение в полости представляет собой систему стоячих электромагнитных волн;
  
• 
  н а каждое электромагнитное колебание приходится в среднем энергия <> = kT.
  

Формула Релея-Джинса:

28. 
    «Ультрафиолетовая катастрофа». Квантовая гипотеза Планка. Энергия кванта. Формула планка.
    

“Ультрафиолетовая катастрофа”

При малых длинах волн формула Релея — Джинса дает увеличение спектральной светимости до бесконечности.



2. Квантовая гипотеза Планка

Планк предположил, что электромагнитное излучение испускается и поглощается квантами электромагнитного поля (фотонами).

Э нергия кванта:



Формула Планка

29. 
    Оптическая пирометрия. Радиационная температура. Яркостная температура. Цветовая температура.
    

Оптическая пирометрия. Это совокупность методов определения температуры тела по его излучению

Радиационная температура  это такая температура АЧТ, при которой его интегральная энергетическая светимость равна светимости исследуемого тела.



Яркостная температура  это такая температура АЧТ, при которой для определенной длины волны его спектральная плотность излучения равна спектральной плотности излучения исследуемого тела

Цветовая температура  это такая температура АЧТ, при которой отношение энергетических яркостей для двух длин волн его спектра равно отношению этих же величин для спектра исследуемого источника света.

30. 
    Фотоэффект. Внешний фотоэффект. Законы Столетова
    

Внешний фотоэффект

Падая на поверхность металла и поглощаясь в нем, свет вызывает эмиссию (испускание) электронов веществом. Это явление называется фотоэлектрическим эффектом (фотоэффектом).

Вылетающие из вещества электроны называются фотоэлектронами,

а образуемый ими электрический ток называется фототоком.

Законы Столетова

1. Фототок насыщения Iн пропорционален световому потоку, падающему на катод.

Этот ток равен суммарному заряду электронов, вырываемых в единицу времени.

2. Начальная скорость выбитых электронов тем больше, чем больше частота падающего света.

3. Фотоэффект наблюдается только при облучении светом с частотой, превышающей некоторую минимальную частоту. Эта минимальная частота называется красной границей фотоэффекта.

4. Фотоэффект безынерционен

31. 
    Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта
    

Поглощенная электроном энергия кванта идет на совершение работы выхода Авых электрона из металла и приобретение электроном кинетической энергии

П олагая в формуле Эйнштейна кин. энергию =0 , найдем красную границу фотоэффекта



Е сли энергия фотона превышает работу выхода, то разность между ними идет на кинетическую энергию электрона



По закону сохранения энергии

32. 
    Внутренний фотоэффект. Фотопроводимость. Вентильный фотоэффект
    

Внутренним фотоэффектом называется явление возрастания электропроводности и уменьшения сопротивления, вызванное облучением.

Условие внутреннего фотоэффекта: энергия фотона должна превышать энергию связи носителя заряда со своим атомом.

Фотопроводимостью называют увеличение электропроводности вещества под действием электромагнитного излучения.

Причиной фотопроводимости является увеличение концентрации электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне.

Вентильный фотоэффект

Вентильный фотоэффект — явление, при котором фотоэлектроны покидают пределы тела, переходя через поверхность раздела в другое твёрдое тело (полупроводник) или жидкость (электролит).

Наблюдается в области p-n перехода или на границе металл-полупроводник. За счет энергии падающего света в цепи возникает ЭДС.

33. 
    Фотоны (масса фотона, импульс фотона)
    

Фотон - элементарная частица, которая движется со скоростью света и имеет энергию



Масса фотона

М асса покоя фотона равна нулю. Массу движущегося фотона найдем из закона взаимосвязи массы и энергии:

И мпульс фотона

34. 
    Давление света. Опыт Лебедева