Волновая оптика

Содержание

Слайд 2

ВОЛНОВАЯ ОПТИКА

1. Интерференция света

Условия наблюдения интерференции:

волны монохроматические

λ1 =λ2

ν1 = ν2

разность

ВОЛНОВАЯ ОПТИКА 1. Интерференция света Условия наблюдения интерференции: волны монохроматические λ1 =λ2
фаз постоянна

колебания светового вектора происходят в одном направлении

Интерференция света – сложение двух или нескольких когерентных волн, в результате которого происходит перераспределение световой энергии в пространстве.

волны одинаковой частоты:

Слайд 3

λ1 ≠ λ2

ν1 ≠ ν2

волны не когерентны

λ1 ≠ λ2 ν1 ≠ ν2 волны не когерентны

Слайд 4

– связь разности фаз с оптической разностью хода

Условия минимума при интерференции:

волны складываются

– связь разности фаз с оптической разностью хода Условия минимума при интерференции:
в противофазе

волны складываются в одной фазе

для разности фаз:

Условия максимума при интерференции:

для опт. разности хода:

для разности фаз:

для опт. разности хода:

Слайд 6

Как отличаются оптические разности хода лучей:
для соседних темных интерференционных полос?
для соседних

Как отличаются оптические разности хода лучей: для соседних темных интерференционных полос? для
светлых интерференционных полос?
для соседних темной и светлой интерференционной полосы?

max

m=2

=800 нм

Δ=2 λ

Δ=λ

Δ=λ

Δ=λ/2

min

Слайд 7

В т. А приходят волны от двух когерентных источников S1 и S2.

В т. А приходят волны от двух когерентных источников S1 и S2.
Длина волны в вакууме 600 нм.

При какой минимальной разности фаз в т.А будет наблюдаться минимум интерференции?

m = 0

Слайд 8

+λ/2

При отражении волны от оптически более плотной среды появляется дополнительная разность хода

+λ/2 При отражении волны от оптически более плотной среды появляется дополнительная разность
λ/2

Δ = 2dn - 0

Слайд 9

Δ↓

d↓

λ↓

Δ~ d

Δ~ n

Δ~ α

Δ↓ d↓ λ↓ Δ~ d Δ~ n Δ~ α

Слайд 10

Δ↓

n↓

λ↓

Δ↓ n↓ λ↓

Слайд 11

2. Дифракция света

Метод зон Френеля

Дифракция – огибание волнами препятствий, соизмеримых с

2. Дифракция света Метод зон Френеля Дифракция – огибание волнами препятствий, соизмеримых
длиной волны.

Расстояния от краев зон до точки наблюдения различаются на λ/2

– радиус m-ой зоны Френеля

Если открыты:

в центре темное пятно

в центре светлое пятно

Слайд 12

Δ=λ/2

Расстояния от краев зон до точки наблюдения различаются на λ/2

Δ=λ/2 Расстояния от краев зон до точки наблюдения различаются на λ/2

Слайд 14

Дифракция Фраунгофера на щели

m – порядок минимума или максимума

φ – угол наблюдения

Дифракция Фраунгофера на щели m – порядок минимума или максимума φ –
max или min

Слайд 15

Дифракция Фраунгофера на решетке

λ=const

расстояние между max ↑

d ↓

sin φ ↑

d=const

λ↑

sin φ ↑

λкр>

Дифракция Фраунгофера на решетке λ=const расстояние между max ↑ d ↓ sin
λзел

φкр> φзел

Слайд 16

λкр> λфиол

φкр> φфиол

(сильнее отклоняются красные лучи)

λкр> λфиол φкр> φфиол (сильнее отклоняются красные лучи)

Слайд 17

Имеются 4 решетки с различными постоянными d, освещаемые одним и тем же

Имеются 4 решетки с различными постоянными d, освещаемые одним и тем же
монохроматическим излучением различной интенсивности. Какой рисунок иллюстрирует положение главных максимумов, создаваемых дифракционной решеткой с наименьшей постоянной решетки?

m = const

λ = const

чем меньше d, тем больше sin φ


Слайд 18

Одна и та же дифракционная решетка освещается различными монохроматическими излучениями с разными

Одна и та же дифракционная решетка освещается различными монохроматическими излучениями с разными
интенсивностями. Какой рисунок соответствует случаю освещения светом с наименьшей длиной волны?

m = const

d = const

чем меньше λ, тем меньше sin φ


с наибольшей частотой?

чем больше ν, тем меньше λ

Слайд 19

На дифракционную решетку падает излучение одинаковой интенсивности с длинами волн λ1 и λ2.

На дифракционную решетку падает излучение одинаковой интенсивности с длинами волн λ1 и
Укажите рисунок, иллю-стрирующий положение главных максимумов, создаваемых дифракционной решеткой, если λ1>λ2 ? (J – интенсивность, φ – угол дифракции).

m = const

d = const

чем больше λ, тем больше sin φ


Слайд 20

На дифракционную решетку падает излучение с длинами волн λ1 и λ2. Укажите рисунок,

На дифракционную решетку падает излучение с длинами волн λ1 и λ2. Укажите
иллюстрирующий положение главных максимумов, создаваемых дифракционной решеткой, если λ1< λ2, I1 >I2 ? (I – интенсивность, φ – угол дифракции).

m = const

d = const

чем больше λ, тем больше sin φ


Слайд 21

N2 > N1

При увеличении числа щелей в решетке максимумы становятся более узкими

N2 > N1 При увеличении числа щелей в решетке максимумы становятся более
и яркими.

Положения максимумов не изменяется

d2 = d1

Слайд 22

4. Поляризация

Поляризаторы: пластинка турмалина, призма Николя, поляроид.

4. Поляризация Поляризаторы: пластинка турмалина, призма Николя, поляроид.

Слайд 23

I1= Iест/2

I1

I2min= 0

I2max= I1

Чем больше разность между Imax и Imin, тем больше

I1= Iест/2 I1 I2min= 0 I2max= I1 Чем больше разность между Imax
степень поляризации.

Iест

I2

Iест – интенсивность естественного света

I1 - интенсивность поляризованного света, падающего на анализатор

I2 - интенсивность на выходе из анализатора

φ - угол между главной плоскостью анализатора и плоскостью поляризации падающего на него света

Слайд 24

На пути естественного света помещены две пластинки турмалина. После прохождения пластинки 1

На пути естественного света помещены две пластинки турмалина. После прохождения пластинки 1
свет полностью поляризован. Если I1  и I2  – интенсивности света, прошедшего пластинки 1 и 2 соответственно, и I2= I1/4 , тогда угол между направлениями OO и O΄O΄ равен…

Закон Малюса:

Слайд 26

Pc >

Pb >

Pa

Чем больше разность между Imax и Imin, тем больше степень

Pc > Pb > Pa Чем больше разность между Imax и Imin, тем больше степень поляризации.
поляризации.

Слайд 27

Поляризация при отражении и преломлении

При многократном пре-ломлении степень поля-ризации увеличивается.

Поляризация при отражении и преломлении При многократном пре-ломлении степень поля-ризации увеличивается.

Слайд 31

угол между преломленным и отраженным лучами 90º

свет падает под углом Брюстера

отраженный луч

угол между преломленным и отраженным лучами 90º свет падает под углом Брюстера
полностью поляризован

колебания в отраженном луче перпендикулярны плоскости падения

Слайд 33

α=60º

β=30º

α = αБр

tg αБр = n

30º

90º

60º

α = αБр

α=60º

β=180º-60º-90º

β=30º

α=60º β=30º α = αБр tg αБр = n 30º 90º 60º

Слайд 34

5. Дисперсия

Дисперсией света называется зависимость показателя преломления n вещества от частоты ν

5. Дисперсия Дисперсией света называется зависимость показателя преломления n вещества от частоты
(длины волны λ) света.

или

аномаль-ная

аномаль-ная

нормаль-ная

аномаль-ная

аномаль-ная

нормаль-ная

Слайд 35

AB

C΄D΄

ω ↑

n ↑

λ ↑

n ↓

нормальная дисперсия

λ ↑

n ↓

ω ↑

n ↑

нормальная дисперсия

AB C΄D΄ ω ↑ n ↑ λ ↑ n ↓ нормальная дисперсия

Слайд 36

КВАНТОВАЯ ОПТИКА

1. Тепловое излучение

Все тела, имеющие отличную от нуля абсолютную температуру

КВАНТОВАЯ ОПТИКА 1. Тепловое излучение Все тела, имеющие отличную от нуля абсолютную
– источники теплового излучения.

На графике rλ(λ) RT – площадь под кривой

при ↑ T площадь ↑

λmax – длина волны, на которую приходится максимум функции rλ(λ)

при ↑ T, λmax ↓

Слайд 38

На рисунке показана кривая зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела

На рисунке показана кривая зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела
от длины волны при T=6000K. Если температуру тела уменьшить в 4 раза, то длина волны, соответствующая максимуму излучения абсолютно черного тела, …

Если температуру тела уменьшить в 2 раза, то энергетическая светимость абсолютно черного тела…

Слайд 39

На рисунке показаны кривые зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела

На рисунке показаны кривые зависимости спектральной плотности энергетической светимости абсолютно черного тела
от длины волны при разных температурах.
Если длина волны, соответствующая максимуму излучения, уменьшилась в 4 раза, то температура абсолютно черного тела ...

Если кривая 2 соответствует спектру излучения абсолютно черного тела при температуре 1500 К, то кривая 1 соответствует температуре (в)...

Слайд 40

При сером излучении интенсивность лучей для каждой длины волны при любой температуре

При сером излучении интенсивность лучей для каждой длины волны при любой температуре
составляет неизменную долю от интенсивности излучения черного тела.

Слайд 41

при ↑ T площадь ↑

при ↑ T, λmax ↓

λmax2 < λmax1

при ↑ T площадь ↑ при ↑ T, λmax ↓ λmax2

Слайд 42

при ↑ T площадь ↑

при ↑ T, λmax ↓, ωmax ↑

при ↑ T площадь ↑ при ↑ T, λmax ↓, ωmax ↑

Слайд 43

На рис. представлено распределение энергии в спектре абсолютно черного тела для двух

На рис. представлено распределение энергии в спектре абсолютно черного тела для двух
температур: Т1 (кривая 1) и Т2. (кривая 2) Определите, как связаны температуры и энергетические светимости (RT) тел.

На графике rλ(λ)
RT – площадь под кривой

RT1 > RT2

RT ~ T4

T1 > T2

при ↑ T, λmax ↓

λmax1 < λmax2

T1 > T2

Слайд 44

2. Фотоэффект

Внешний фотоэффект – испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

2. Фотоэффект Внешний фотоэффект – испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.

Слайд 45

– красная граница фотоэффекта

фотоэффекта нет

энергии фотона недостаточно для выбивания электрона

Для данного материала

– красная граница фотоэффекта фотоэффекта нет энергии фотона недостаточно для выбивания электрона
кинетическая энергия электрона зависит только от энергии падающего фотона (не зависит от их количества, т.е. интенсивности света)

Слайд 46

J ~ Nфот

~ Iнас

Iнас ~ J

Uз1

I = Iнас

все выбитые электроны достигли анода

Вольтамперная

J ~ Nфот ~ Iнас Iнас ~ J Uз1 I = Iнас
характеристика – зависимость силы фототока I от напряжения между катодом и анодом U.

= Nэлектр

J1= J2

J3 = J4

Uз2

>

все выбитые электроны вернулись обратно

Слайд 47

Uз1

Uз2

ν1= ν 3

> ν 2

A = const

Uз ~ ν

фотокатод не меняется

> ν

Uз1 Uз2 ν1= ν 3 > ν 2 A = const Uз
4

Uз = 0

ν = νкр

свет не меняется

ν = const

Uз ↑

A↓

ν4 = νкр

A1= A3

< A2

< A4

Слайд 48

νкр2

νкр1

A2 > A1

Uз ~ ν

ν < νкр

Uз =

0

фотоэффекта нет

ν > νкр

A =

νкр2 νкр1 A2 > A1 Uз ~ ν ν Uз = 0
const

νкр2> νкр1

ν = 0

Для всех металлов угол наклона зависимостей Uз (ν) одинаков

Слайд 49

Uз 1= 0

ν1 = νкр

Uз 1= 0 ν1 = νкр

Слайд 50

Iнас1 = Iнас2

J1 = J2

Uз1 > Uз2

ν1> ν 2

Iнас1 > Iнас2

J1 >

Iнас1 = Iнас2 J1 = J2 Uз1 > Uз2 ν1> ν 2
J2

Uз1 = Uз2

ν1 = ν 2

Слайд 51

На рисунках изображены зависимости фототока от напряжения между катодом и анодом, полученные

На рисунках изображены зависимости фототока от напряжения между катодом и анодом, полученные
при освещении двух метал-лов монохроматическим излучением с одинаковой частотой. Для каждого случая сравните работы выхода электронов из металлов (А) и световые потоки (Ф).

>

>

<

<

=

=

Ф ~ J

J ~ Iнас

ν = const

A ↑

Uз ↓

Ф ~ I

Слайд 52

На рисунке представлены две зависимости задерживающего напряжения U3 от частоты падающего света

На рисунке представлены две зависимости задерживающего напряжения U3 от частоты падающего света
ν для внешнего фотоэффекта. Укажите верные утверждения.

 

А2 < А1, где А1 и А2 – значения работы выхода электронов из соответствующего металла

С помощью этих зависимостей можно определить значение постоянной Планка

Зависимости получены для двух различных металлов

λ01 > λ02, где λ01 и λ02 – значения красной границы фотоэффекта для соответствующего металла

Угол наклона зависимостей 1 и 2 одинаков

νкр2

νкр1




νкр2 > νкр1

λкр2 < λкр1


Зависимости получены для двух различных освещенностей одного металла

A2 > A1



Слайд 53

На рисунке представлены две зависимости задерживающего напряжения U3 от частоты падающего света

На рисунке представлены две зависимости задерживающего напряжения U3 от частоты падающего света
ν для внешнего фотоэффекта. Укажите верные утверждения.

 

А2 > А1, где А1 и А2 – значения работы выхода электронов из соответ-ствующего металла

С помощью этих зависимостей можно определить значение постоянной Планка

Зависимости получены для двух различных металлов

λ01 < λ02, где λ01 и λ02 – значения красной границы фотоэффекта для соответствующего металла

Угол наклона зависимостей 1 и 2 одинаков

Зависимости получены для двух различных освещенностей одного металла

утверждения немного отличаются от предыдущих!

Слайд 54

На приведенном рисунке на осях x и y отложены соответственно: частота света

На приведенном рисунке на осях x и y отложены соответственно: частота света
ν и кинетическая энергия Wk фотоэлектронов, вырываемых с поверхности фотокатода. Для некоторого материала фотокатода исследованная зависимость на рисунке представлена линией с.

Укажите линию, которая будет соответствовать случаю, когда материал фотокатода заменен на материал с большей работой выхода.

νкр2 > νкр1

A2 > A1

Слайд 55

J ~ Nфот

J ~ Nэлектр

= Nэлектр

J ~ Nфот J ~ Nэлектр = Nэлектр

Слайд 57

3. Свойства фотонов (квантов света)

Энергиия:

Масса:

Скорость:

Импульс:

3. Свойства фотонов (квантов света) Энергиия: Масса: Скорость: Импульс:

Слайд 59

λ↑ p↓

λинфр> λвид > λуф > λрентг

λ↑ p↓ λинфр> λвид > λуф > λрентг

Слайд 60

4. Давление света

Давление света – давление, которое оказывает электромагнитное излучение, падающее

4. Давление света Давление света – давление, которое оказывает электромагнитное излучение, падающее
на поверхность тела

интенсивности света
отражающей способности тела

Зависит от:

Обусловлено:

импульсом, переданным поверхности падающими фотонами

Давление при падении света под углом α к нормали:

K – коэффициент отражения:

J – интенсивность падающего света;

c – скорость света;

K=1 – зеркальное тело

K=0 – абсолютно черное тело

Световое давление на абсолютно черное тело в два раза меньше, чем на зеркальное.

Слайд 61

Световое давление на черное тело меньше, чем на белое.

Чем больше импульс падающих

Световое давление на черное тело меньше, чем на белое. Чем больше импульс
фотонов, тем большее давление они оказывают

p ↑ λ↓

Световое давление на черное тело меньше, чем на зеркальное.

Слайд 62

J ~ Nфот

J2 = J1 / 2

K2 = 0

K1 = 1

P2 =

J ~ Nфот J2 = J1 / 2 K2 = 0 K1
P1 / 4

J2 = J1

K2 = 0

K1 = 1

P2 = P1 / 2

Слайд 63

K1 = 0

α1 = 0

P1 = P

K2 = 1

P2 = P

α2 =

K1 = 0 α1 = 0 P1 = P K2 = 1
?

Слайд 64

Параллельный пучок свет, падающий на зеркальную плоскую поверхность, под углом α=60° (отсчитываемым

Параллельный пучок свет, падающий на зеркальную плоскую поверхность, под углом α=60° (отсчитываемым
oт нормали к поверхности), производит давление Р. Если тот же пучок света направить по нормали на зачерненную поверхность, то световое давление будет равно...

K1 = 1

α1 = 60º

P1 = P

K2 = 0

P2 = ?

α2 = 0

Слайд 65

5. Эффект Комптона

Эффект Комптона – рассеяние фотонов электромагнитного излучения на свободных электронах.

5. Эффект Комптона Эффект Комптона – рассеяние фотонов электромагнитного излучения на свободных

рф – импульс фотона до столкновения;
ре- – импульс электрона;
рф΄ – импульс фотона после столкновения;
φ – угол рассеяния фотона.

– изменение длины волны падающего фотона

λe =2,426 пм

φ ↑

Δλ ↑

λ΄ ↑

ν΄ ↓

Слайд 67

На рисунке показаны направления падающего фотона (γ), рассеянного фотона (γ') и электрона отдачи

На рисунке показаны направления падающего фотона (γ), рассеянного фотона (γ') и электрона
(e). Угол рассеяния 90°, направление движения электрона отдачи составляет с направлением падающего фотона угол φ=30o. Если импульс падающего фотона Pф, то импульс рассеянного фотона равен…

Слайд 68

На рисунке показаны направления падающего фотона (γ), рассеянного фотона (γ') и электрона отдачи

На рисунке показаны направления падающего фотона (γ), рассеянного фотона (γ') и электрона
(e). Угол рассеяния 90°, направление движения электрона отдачи составляет с направлением падающего фотона угол φ=30o. Если импульс электрона отдачи 3(МэВ·с)/м , то импульс рассеянного фотона (в тех же единицах) равен...

φ = 30º

=1,5 (МэВ·с)/м

Имя файла: Волновая-оптика.pptx
Количество просмотров: 910
Количество скачиваний: 4