Шпаргалка по "Физике"

Две когерентные плоскополяризированные световые волны, плоскости колебаний которых взаимно перпендикулярны, при наложении друг на друга дают эллиптически поляризованную световую волну. Причем, при конкретных рассмотренных ранее значений эллипс вырождается в окружность или прямую.

Эллиптическая или круговая поляризация разделяются на правую или левую. Если по отношению к направлению, противоположному направлению луча, вектор вращается по часовой стрелке, поляризация называется правой, в противном случае – левой.

Плоскость, в которой колеблется световой вектор в плоско-поляризованной волне, называют плоскостью колебаний, а перпендикулярную к ней плоскость, содержащую к ней плоскость, содержащую вектор называют плоскостью поляризации.

Плоско-поляризованный свет можно  получить из естественного с помощью  приборов, называемых поляризаторами. Эти приборы свободно пропускают колебания, параллельные плоскости поляризатора, и полностью или частично задерживают колебания, перпендикулярные к его плоскости. Если поляризатор задерживает перпендикулярные к его плоскости колебания частично, то они называются несовершенными. В противном случае поляризатор является идеальным. При выходе из несовершенного поляризатора свет является частично поляризованным. У такого света колебания одного направления преобладают над колебаниями других направлений.

Если пропустить частично поляризованный свет через поляризатор, то при вращении его вокруг направления луча интенсивность прошедшего света будет изменяться в пределах от до . При этом соответствующие направления отличаются на угол .

 – степень поляризации. Для плоско-поляризованного света .

Для естественного света  .

Если на поляризатор падает плоско-поляризованный свет амплитудой и интенсивности , то интенсивность прошедшего через поляризатор света: – закон Малюса.

Если поставить на пути естественного  света два поляризатора, то из первого  поляризатора выходит свет интенсивностью . Из второго поляризатора выйдет свет интенсивностью , где – угол между поляризаторами.

Поляризационное устройство, применяемое  для анализа характера поляризации  света, нередко называют анализатором.

 

Поляризация света при отражении от диэлектрика

Если отражать свет обычных источников от плоского диэлектрика, то отражение всегда имеет место. При этом также проявляется явление поляризации света. Если угол падения света на границу раздела двух диэлектриков отличен от нуля, то отраженный и преломленный лучи оказываются частично поляризованными. В отраженном свете преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения, в преломленном луче – колебания, параллельные плоскости падения.

Обозначим угол падения, удовлетворяющий  следующему условию, углом Брюстера:

 – закон Брюстера.

При угле, равном углу Брюстера, отраженный луч будет полностью поляризованным. Степень поляризации преломленного луча при этом достигнет наибольшего значения, но этот луч остается поляризованным только частично.

Ясно, что при этом отраженный и  преломленный лучи перпендикулярны друг другу:

 или ; с другой стороны из закона преломления следует . Из сравнения последних двух формул: или . Отсюда следует: . Из полученного соотношения и рисунка видно, что отраженный и преломленный лучи перпендикулярны друг другу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12.  Дисперсия света. Основы теории дисперсии.

  Особенности преломления света на границе раздела двух сред свидетельствуют о том, что скорость света при переходе из одной среды в другую изменяется. Дисперсией света называется явление, обусловленное зависимостью показателя преломления вещества от длины световой волны или её частоты (n=n(λ), n=n(ν)). Явление дисперсии света можно наблюдать при пропускании через стеклянную призму пучка белого света. При этом на экране, установленном позади призмы наблюдается радужная полоска, которая называется призматическим или дисперсионным спектром.

Дисперсией вещества называют производную , где – длина световой волны в вакууме. Для всех прозрачных бесцветных веществ имеет вид изображенный на рисунке.

Видно, что и растет при уменьшении . Такой вид кривой относится к нормальной дисперсии. Однако на некоторых участках дисперсия вещества . Такой ход зависимости называется аномальной дисперсией. Среды, обладающие дисперсией называются диспергирующими. В таких средах скорость световых волн зависит от длины волны в вакууме или частоты .

Длина световой волны в вакууме  и её частота связаны между  собой:

, где с – скорость света. Поэтому: . Следовательно: . Если – дисперсия нормальная, если – дисперсия аномальная.

Основы  теории дисперсии

По представлениям Френеля свет распространяется в особой среде – световом эфире, обладающем свойством упругого твердого тела, но крайне разреженного и проникающего во все обычные среды. Скорость света в основном определяется свойствами эфира, но в вещественных средах молекулы изменяют свойства эфира в них заключенного. Развивая идею Френеля, Коши пришел к формуле, выражающей зависимость показателя преломления от длины волны

, где  длина волны света в вакууме; a, b, c – эмпирические постоянные. Формула Коши хорошо передаёт нормальный ход дисперсии при учёте даже двух слагаемых:

 

Но объяснить аномальную дисперсию данная формула не может.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13. Предмет квантовой физики. Квантовые свойства излучения. Фотоэлектрический эффект. Основные законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Красная граница фотоэффекта.

  Явление внешнего фотоэффекта

В 1887 г. Г.Герц обнаружил, что при  освещении отрицательного электрода  искрового разрядника ультрафиолетовыми  лучами разряд происходит при меньшем напряжении между электродами, чем в отсутствии этого освещения. Т.е. ультрафиолетовый свет облегчает проскакивание искры между катодом и анодом. Это наблюдение положило начало экспериментальным работам Гальвакса, Столетова, Ленарда и др., в которых была выяснена физическая сущность наблюдаемого явления и установлены его основные количественные характеристики. Само явление получило название внешнего фотоэффекта.

Оказалось, что задерживающая разность потенциалов не зависит от энергетической освещенности, а зависит от частоты падающего света: .

Между энергетической освещенностью  и силой тока насыщения имеется  прямо пропорциональная зависимость: .

Опытным путем были установлены  следующие основные законы внешнего фотоэффекта:

1. Максимальная  начальная скорость фотоэлектронов  определяется частотой света  и не зависит от его интенсивности.

2. Существует граничная  минимальная частота света  ₀, ниже которой для данного материала катода фотоэффект отсутствует, независимо от энергетической освещенности и продолжительности облучения катода.

3. При фиксированной  частоте излучения число электронов, выбитых из катода в единицу  времени, прямо пропорционально  энергетической освещенности катода.

Первый и второй законы волновая теория света объяснить  не могла: не понятно почему максимальная кинетическая энергия и скорость вылетающих электронов зависит от частоты  света, а не от амплитуды колебания  вектора напряженности электромагнитного  поля волны и связанной с ней интенсивностью волны.

В 1905 г. Эйнштейн показал, что все  закономерности фотоэффекта легко  объясняются, если предположить, что  свет поглощается порциями – квантами, какими он, по предположению Планка, испускается. Энергия кванта , где . , – постоянная Планка , .

Энергия кванта поглощается электроном целиком. Часть этой энергии (работа выхода А_вых) затрачивается на то, чтобы электрон мог покинуть тело. Для электронов, находящихся не на поверхности, а в глубине часть энергии ^/ может быть потеряна вследствие случайных столкновений в веществе. Остаток энергии образует кинетическую энергию E_к электрона, покинувшего вещество. Энергия Е_к будет максимальной, если =0. В этом случае:

 – формула Эйнштейна  для внешнего фотоэффекта.

Минимальная частота  или и максимальная длина волны , при которой протекает фотоэлектрический эффект, называется красной границей фотоэффекта.

Число высвобождаемых электронов должно быть пропорционально числу падающих на поверхность квантов света. Световой поток Ф определяется количеством квантов света, падающих на поверхность в единицу времени. Поэтому ~ ~ .

C помощью мощного излучения лазера возможно наблюдение многофотонного фотоэффекта, при котором электрон получает энергию не от одного фотона, а от N фотонов: ,

14. Квантовые свойства излучения. Фотоны. Давление света. Рентгеновское излучение.

  Давление света

Давление света на поверхность, равное импульсу передают поверхности  за 1 сек все n фотонов, выражается следующей формулой: или , где – энергия всех фотонов, падающих на единицу поверхности за единицу времени. В случае, когда свет падает не по нормали, а под углом к нормали поверхности, давление света: .

П.Н.Лебедев впервые экспериментально обнаружил и измерил давление света на твердые тела в 1910 г. Прибор П.Н.Лебедева представлял собой весьма чувствительные крутильные весы, подвижная система которых состояла из легкого каркаса с укрепленными на нем тонкими кружками, расположенными симметрично относительно оси подвеса. Поверхность кружков с одной стороны должна быть зачернена.

Крылышки освещались светом от вольтовой дуги. Величина светового давления на кружки определялась по углу закручивания нити подвеса. Исключив радиометрический и конвекционный эффекты, помещая прибор в вакуумный стеклянный баллон, П.Н.Лебедев подтвердил справедливость теоретической формулы. Световое давление солнечного света оказалось в 10¹⁰ раз меньше атмосферного давления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15. Квантовые свойства излучения. Эффект Комптона.

Эффект  Комптона Особенно отчетливо проявляются корпускулярные свойства света в явлении, носящем название эффекта Комптона. PB – рассеивающее вещество. В рассеянных лучах наряду с излучением содержатся лучи большей длины волны . Разность зависит только от угла , но не зависит от и природы рассеивающего вещества. Особенности эффекта Комптона можно объяснить, рассматривая рассеяние как процесс упругого столкновения рентгеновских фотонов со свободными электронами.

.

Введем обозначение  – комптоновская длина волны. Для электрона . Тогда: .

В случае связанного электрона взаимодействие происходит с атомом, но и – ничтожно мало.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16.  Тепловое излучение. Поглощательная и лучеиспускательная способности. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана.

Тепловое  излучение Тела, нагретые до достаточно высокой температуры, приобретают способность светиться. Раскаленные добела твердые тела испускают белый свет, обладающий сплошным спектром частот. При уменьшении температуры тела уменьшают интенсивность излучения. В нем преобладают длинные волны – красные и инфракрасные. При дальнейшем охлаждении тела излучение им видимого света вообще прекращается – тело испускает лишь инфракрасные лучи.

Тепловым (или температурным) излучением называется электромагнитное излучение, испускаемое за счет их внутренней энергии.

Если излучающее тело окружить оболочкой с идеально отражающей поверхностью, в которой отсутствует воздух, то отраженное оболочкой излучение, упав на тело, частично или полностью поглощается им. Будет происходить непрерывный обмен энергией между телом и заполняющим оболочку излучением. Если распределение энергии между телом и излучением остается неизменным для каждой длины волны, состояние системы тело-излучение будет равновесным.

Для спектральной характеристики теплового излучения введем понятие лучеиспускательной способности: , где dW_ИЗЛ. – энергия излучения, испускаемого за единицу времени с единицы площади поверхности тела в интервале частот от ν до . Таким образом, лучеиспускательная способность тела численно равна мощности излучения с единицы площади поверхности этого тела в интервале частот единичной ширины .

Спектральной характеристикой  поглощения является поглощательная способность тела (коэффициент монохроматического поглощения): , показывающая, какая доля энергии dW, доставляемой за единицу времени на единицу площади поверхности тела падающими на нее электромагнитными волнами с частотами от ν до , поглощается телом. Ясно, что величина безразмерная. Из опытов следует, что лучеиспускательная и поглощательная способности тела зависят от частоты ν соответственно излучаемых и поглощаемых волн, температуры тела, его химического состава и состояния поверхности.