Răspunsuri în fizica optica secțiune - pat de copil, pagina 4

12. Difracția luminii. Principiul Huygens-Fresnel. Zona Fresnel. Plăci de zone. difracție Fraunhofer și difracție Fresnel.

Difracția luminii - un set de fenomene observate în propagarea luminii printr-o gaură mică de lângă granițele corpurilor opace și datorită naturii val de lumină.

Sub difracția luminii înțeleasă în mod obișnuit legile de propagare a luminii abatere de la legile prescrise de optică geometrică. Fenomenul de difracție este deosebit de lumina: lungime de undă a luminii este mult mai mică decât dimensiunea de obstacole λ

Poate explica de difracție, folosind principiul Huygens - fiecare punct la care vine val, o sursă de unde secundare și plicul acestor valuri dă poziția frontului de undă în clipa următoare. Principiul Huygens rezolvă problema numai pe direcția de propagare a frontul de undă val. Noi rezolva problema pur geometrica, astfel încât această lege poate obține toate legile de reflexie și refracție a luminii la interfața de 2 mass-media. Cu toate acestea, principiul Huygens nu rezolvă problema amplitudinii de undă a luminii => intensitatea inmultire de undă a luminii peste bariera.

Întrebare: De ce propagarea undelor în prezența obstacolelor nu apar val invers?

Prin urmare, Fresnel Principiul Huygens a adăugat ideea de interferență a undelor secundare.

val lumină excitat de sursa S poate fi reprezentat ca o superpoziție a undelor secundare coerente emiși surse fictive (imaginare)

Astfel Fresnel exclus posibilitatea apariției undelor secundare inverse și a sugerat că, dacă între deschiderea și punctul de observație este un ecran cu o deschidere pe suprafața ecranului a undei de amplitudine secundară este 0, iar în alezajul - la fel ca și în absența ecranului.

legea lui Fresnel (legea plăcii)

Potrivit Huygens-Fresnel Principiul sursă S poate înlocui acțiunea de acțiune surse fictive, care sunt dispuse pe suprafața de undă secundară F. Se împarte această suprafață de undă pe zona inelară. Dimensiunea acestor zone, astfel încât diferența de cale de la un punct P corespunzător punctului M este egal cu valoarea: / 2:

P1M-R0m = λ / 2, P1M = b + λ / 2

Oscilațiile excitate de cele două zone adiacente la punctul M pe faza opusă, ca diferența calea undelor 2 = λ / 2. Prin urmare, atunci când se aplică 2x aceste unde la punctul oscilații M atenuează reciproc. Amplitudinea oscilației care rezultă în punctul M se determină după cum urmează: Am = A1-A2 + A3 + A4 ...

Pentru a găsi aceste evaluări amplitudini zona zona Fresnel:

hm = (bm λ) / 2 (a + b), λ A2> A3> ... Având în vedere că numărul total de zone uriașe Fresnel și dimensiunea lor este foarte mică, este posibil să se utilizeze următoarea Sunt-aproximare = (Am + 1 + Am-1) / 2 Apoi, amplitudinea rezultată după înlocuirea punctului M din toate zonele Fresnel vor fi: Am

= A1 / 2 Amplitudinea oscilației care rezultă în punctul M este determinat ca în cazul în care doar jumătate din acțiune

Dacă a = b = 10 cm, λ = 500 nm r1

Propagarea luminii de la S la M are loc, astfel încât întreaga fasciculul de lumină este distribuită de-a lungul unui canal SM foarte îngust. că este, lumina este distribuită într-o linie dreaptă. Prin urmare, principiul Huygens-Fresnel explica propagarea rectilinie a luminii într-un mediu omogen.

În cazul în care calea luminii dintr-o sursă punct monocromatică scut plasat lumina care acoperă toate domeniile, cu excepția primei, amplitudinea la punctul M este = A, adică o creștere de 2 ori, iar intensitatea de 4 ori. Intensitatea la un punct M poate fi mărită prin utilizarea unei plăci de zonă. In cel mai simplu caz, placa de zonă este luată transparentă și plasată pe ea, pe baza zonelor Fresnel alternante inele transparente și opace, cu rm rază. Deoarece fluctuațiile zonelor pare și impare Fresnel sunt în fază opuse, se anulează reciproc => poate fi furnizat această placă la un punct specific între S și M.

Defraktsiya împărțit în Fresnel defraktsiyu (defraktsiya în raze convergente) și defraktsiyu Fraungoffera (defraktsiya raze paralele)

Această clasificare are loc pe următorul principiu: În funcție de distanța de la sursă și din punctul de observație a obstacolelor aflate în calea fasciculului. În primul caz un obstacol intră val de formă sferică sau plan și defraktsionnaya model se observă pe ecran amplasat în spatele unui obstacol pe distanțe lungi de la ea.

În al doilea caz, atunci când un obstacol cade plat imagine val defraktsionnaya este pe ecran, care este situat în planul focal al lentilei convergente, situat în spatele barierei.

Exemplul 1: defraktsiya o gaură circulară, discul

Exemplul 2: defraktsiya o lățime fantă și o lungime l l îngustă >> a, defraktsionnaya zăbrele

19. Dispersia luminii.

difuzia luminii este procesul de conversie  substanței ușoare, care este însoțită de: 1) schimbarea direcției de propagare a luminii; 2) apariția substanței necorespunzătoare de emisie.

Mandelstam a introdus conceptul unui mediu turbiditate  un mediu în care numărul de particule foarte mici de materii străine cântărite. De exemplu, aerosoli, care sunt observate în nori, fum, ceata, multiple emulsii, soluții coloidale.

Pentru astfel de medii, indicele de refracție nu este n constant ( r) (depinde de coordonatele spatiului). Acest lucru înseamnă că mediul este optic omogen.

Dacă introducem parametrul l. care caracterizează eterogenitatea și dacă lneodn> . lumina care trece prin acest mediu va asigura o distribuție uniformă de intensitate în toate direcțiile, și anume, mediu pentru această lumină este optic omogen. Cu toate acestea, în cazul în care lneodn r)

efect Tyndall Rayleigh explicate teoretic și formulate ca urmare a legii (legea Rayleigh): intensitatea luminii dispersate este invers proporțională  4. I

20. cuantele de lumină. Energia unui puls de fotoni. dualitate undă-particulă a proprietăților de radiație EM.

Pentru a explica proprietățile luminii, sunt 2 abordări: 1) corpuscular; 2) val.

Emisia și absorbția luminii are loc discret, adică anumite porțiuni (fotoni), energia E este determinată de frecvență = h (h  constanta lui Planck = 6,63 * 10 -34 J * s).

2. Einstein a creat teoria cuantică a luminii, prin care are loc emisia și absorbția, precum și propagarea luminii sub formă de fluxuri de cuante de lumină, pe care a numit-fotoni. Procesul de interacțiune a luminii cu materia  această interacțiune cuantică (foton) cu substanța.

Photon are masa m, impulsul p = m * c = h / c = h / .

3. E = m * c 2 energie  fotonică.

F

otons întotdeauna muta în orice mediu cu viteza luminii. nu există într-o stare de repaus, și anume masa lor de repaus este zero.

dualitate undă-particulă a proprietăților de radiație EM. Aceasta înseamnă că natura luminii poate fi văzut din două părți: pe de o parte, este un val al cărui proprietăți se manifestă în legile propagării luminii, interferența, difracția, polarizarea. Pe de altă parte lumina  un flux de particule având un impuls de energie. Proprietățile fasciculului corpusculare se manifestă în interacțiunea luminii cu procesele de materie (PhotoEffect, efectul Compton).

Analiza poate fi înțeles că mai  lungime de undă, mai puțină energie (de la E = hc / ), este mai mic pulsul, cele mai dificile proprietatile cuantice ale luminii detectate.

 mai mic => mai mare energia E a unui foton, cu atat mai greu este detectat proprietățile undelor de lumină.

Relația dintre proprietățile de undă dual-corpusculare ale luminii poate fi explicată prin utilizarea unei abordări statistice la luarea în considerare a modelelor de distribuție a luminii.

H
De exemplu, difracția luminii la decalajul: când lumina trece prin fantă există o redistribuire a fotonilor în spațiu. Deoarece probabilitatea fotonului a lovit ecranul într-o varietate de condiții inegale, există un model de difracție. Iluminarea ecranului (numărul de fotoni incidente pe ea) este proporțională cu probabilitatea fotonului pentru a ajunge la acest punct. Pe de cealaltă parte a ecranului este proporțională iluminării cu val pătrat de amplitudine I

E 2. Prin urmare, pătratul amplitudinii undei de lumină la un anumit punct este o măsură a probabilității fotonului pentru a ajunge la acest punct în spațiu.

21. Efectul fotoelectric, tipurile și legile sale. Caracteristicile curent-tensiune ale efectului fotoelectric. Experimentele Stoletov. ecuația lui Einstein.

Efectul fotoelectric este  ejecție fenomenul de electroni de pe suprafețe metalice prin expunerea la radiații electromagnetice. Acest efect se numește efect extern. Un alt efect fotoelectric intern  comun este cauzată de radiațiile electromagnetice, tranzițiile de electroni în semiconductori sau dielectricilor ale statelor obligate în disponibilitatea fără plecare spre exterior.

Pentru prima data, legile au fost stabilite Stoletov.

Lumina iradiind catod, au fost stabilite următoarele modele: 1) asigură acțiunea cea mai eficace a radiațiilor ultraviolete; 2) sub acțiunea substanței ușoare pierde taxe numai negative; 3) de curent, care rezultă sub acțiunea luminii este direct proporțională cu intensitatea ei.

Thompson măsoară taxa specifică a particulelor emise de lumină și a constatat că electronii emiși. Următoarele relații au fost luate în toate experimentele:

Valoarea maximă a curentului de saturație numit Inas fotocurent. Se determină o astfel de valoare de tensiune la care toți electronii să ajungă la anod. Când U = 0 fotocurent dispare. Aceasta înseamnă că electronii ejectat de la catod, au o anumită viteză (sau energia cinetică). Pentru fotocurentul a fost egal cu zero, este necesar să se aplice tensiunea retardare = Uzad.

Trei drept Stoletova (pentru efectul fotoelectric extern):

1. Pentru un număr de frecvență fixă ​​de lumină fotoelectroni incidente pe unitatea de timp scos de la catod este direct proporțională cu intensitatea luminii.

2. Pentru fiecare substanță, există un prag fotoelectric sub care efectul fotoelectric nu se observă kr (în funcție de proprietățile materialului).

3. Viteza inițială maximă a fotoelectronilor este independentă de intensitatea luminii, ci numai pe frecvența radiației incidente (adică, mv 2 max / 2 ()).

Einstein derivat următoarea ecuație:

Un foton poate fi scos doar un singur electron. Posibil efect neliniara multiphoton fotoelectric, în care un electron primește energie de la n fotoni și n poate fi la 2 la 7 (observate numai pentru radiația laser).

16. Polarizarea luminii. lumină polarizată. -Lumina plan polarizată. Liniară și polarizare circulară a luminii. legea lui Brewster.

Polarizarea luminii - fizice. Optic caracteristic. Light-lea, descriind-lea-lea transversal anizotropia undelor de lumina, de exemplu, non-echivalența diferitelor direcții în plan perpend. de exemplu lea al arborelui cu came de undă Ia (

Undele de lumină a căror tensiune mii vectori de oscilație

Xia H păstrat neschimbat în spațiul format -ve sau schimbat de Xia obiectivate lege mu numit Xia polarizat.

val E lumina klebl Xia numai un minut neschimbat în spațiu constând pl -ve-cinci, atunci o astfel de undă se numește liniar Xia sau plan polarizate. Acest pătrat-se în minciuna-pisica-lea

numit k-Xia pătrat val de polarizare lea. Dacă I-variind

k sa angajat Xia, astfel încât capătul său descrie un cerc într-un pătrat perpend minute lea

k, atunci un astfel de val este numit Xia polarizat al doilea cerc în cazul în care o elipsă - un polarizată eliptic. Un val de lumină, în care diverse tensiune Ia

k echiprobabile, numit Xia naturale sau natural polirizovannoy sau nepolarizată.

Superpoziție 2 x lineynopolyariz undelor.

E2 ezita Xia cu aceeași. ω frecvență, este direcționată. de-a lungul axei z, dar

E2Єyz, arborele cu came schimbare Xia δ faze: