Дисперсия света. Электронная теория дисперсии. Ход белого луча в призме. Вывод формулы для угла отклонения лучей призмой.
Дисперсия света. Электронная теория дисперсии. Ход белого луча в призме. Вывод формулы для угла отклонения лучей призмой. - раздел Математика, Законы геометрической оптики.Их обоснование с точки зрения теории Гюйгенса Дисперсия – Явление Зависимости Показателя Преломления От Длинны Волны. Вперв...
Дисперсия – явление зависимости показателя преломления от длинны волны. Впервые это явление наблюдал Ньютон. Потом была выведена полуимперическая формула (формула Каши):(для воздуха) , где -- выбирались экспериментально. Позже, когда был открыт электрон(1895г.) была открыта электронная теория дисперсии: под действием электромагнитной волны электрон совершает колебания.В результате электрон отклоняется от положения равновесия и образует дипольный момент:, r – отклонение от положения равновесия, N- число электронов (p=erzN) с другой стороны , где - диэлектрическая проницаемость поля, E – напряжённость поля
С одной стороны F – сила, возвращающая сила . При своём движении она испытывает некоторое сопротивление: , где- постоянная сопротивления среды.Третья сила : - частота колебаний электрона. Таким образом
Решение имеет следующий вид:под cos стоит частота вынуждающей силы.
N - концентрация
Показатель преломления зависит от частоты вынужденных и собственных колебаний.- очень мал.
- вынужденные колебания.На практике разрыва второго рода не может быть. Когда Пренебречь -нельзя Этот участок называется участком аномальной дисперсии. Он наблюдается внутри линии поглощения. Участок ab
называется участком нормальной дисперсии.- тоже участок нормальной дисперсии. На участке нормальной дисперсии показатель преломления с увеличением длинны волны падает.
Явление аномальной дисперсии широко применяется лазерной интерферометрии
Меряется концентрация неизвестных атомов. Метод аномальной дисперсии получил название метода кругов Рождественского.Крюки – искривление. Меряется концентрация по расстоянию между крюками.Исследуем формулу для разных частотных интервалов для нормальной дисперсии.
1).- радиомагнитные волны и низко частотный диапазон (переменные волны)- const Это волны дисперсии не испытывают, поэтому возможна радиосвязь.
2).(рентгеновские лучи и - лучи)
Рентгеновские и - лучи вообще не испытывают преломления. Вывод:явление дисперсии наблюдается только для диапазона, т.е. когда и сравнимы друг с другом.
Вывод формулы для угла отклонения лучей призмой.
Пусть луч AB падает на одну из граней призмы. Преломившись в точке B, луч пойдёт по направлению BC и, вторично преломившись в точке С, выйдет из призмы в воздух. Найдём угол , на который луч, пройдя через призму, отклонится от первоначального направления. Этот угол мы будем называть углом отклонения.Угол между преломляющими гранями, называемый преломляющим углом призмы,обозначим. Из четырехугольника BOCN, в котором углы при В и С прямые,найдём, что угол BNC равен .Пользуясь этим, из четырёхугольника BMCN находим(1).Отсюда (2).(рис9)
Угол , как внешний угол в треугольнике BCN, равен (3).где r – угол преломления в точке В, а - угол падения в точке С луча, выходящего из призмы.Далее, пользуясь законом преломления имеем (4).
С помощью полученных уравнений, зная преломляющий угол призмы и показатель преломления n, мы можем при любом угле падения i вычислить угол отклонения .Особенно простую форму получает выражение для угла отклонения в том случае, когда преломляющий угол призмы мал, т.е. призма тонкая, а угол падения i невелик; тогда угол тоже мал. Заменяя приближённо в формулах синуы углов самими углами, имеем i=nr, . Подставляя эти выражения в формулу (2) и пользуясь (3), находим (5).
Ход белого луча в призме.(рис10)
27. Излучение Вавилова – Черенкова.
Советский физик п. а. Черенков (1904 – 1990), работавший под руководством Вавилова, показал, что при движении релятивистских заряженных частиц в среде с постоянной скоростью v, превышающей фазовую скорость света в этой среде, т. е. при условии v>c/n (n – показатель преломления среды), возникает электромагнитное излучение, названное впоследствии излучением (эффектом) Вавилова – Черенкова. Природа данного излучения, обнаруженного для разнообразных веществ, в том числе и для чистых жидкостей, подробно изучалась С. И. Вавиловым. Он показал, что данное свечение не является люминесценцией, как считалось ранее, и высказал предположение, что оно связано с движением свободных электронов через вещество.
Излучение Вавилова – Черенкова в 1937 г. было теоретически объяснено советскими учеными И. Е. Таммом(1895-1971) и И.М. Франком(р. 1908) (Черенков, Тамм и Франк в 1958 г. удостоены Нобелевской премии).
Согласно электромагнитной теории, заряженная частица( например, электрон) излучает электромагнитные волны лишь при движении с ускорением. Тамм и Франк показали, что это утверждение справедливо только до тех пор, пока скорость заряженной частицы не превышает фазовой скорости c/n электромагнитных волн в среде, в которой частица движется. Если частица обладает скоростью v>c/n, то, даже двигаясь равномерно, она будет излучать электромагнитные волны. Таким образом, согласно теории Тамма и Франка, электрон, движущийся в прозрачной среде со скоростью, превышающей фазовую скорость света в данной среде, должен сам излучать свет.
Отличительной особенностью излучения Вавилова – Черенкова является его распространение не по всем направлениям, а лишь по направлению, составляющим острый угол J с траекторией частицы, т. е. вдоль образующих конуса, ось которого совпадает с направлением скорости частицы. Определим угол J
cosJ=(c/n)/v=c/(nv).
Возникновение излучения Вавилова – Черенкова и его направленность истолкованы Франком и Таммом на основе представлений об интерференции света с использованием принципа Гюйгенса.
На основе излучения Вавилова – Черенкова разработаны широко используемые экспериментальные методы для регистрации частиц высоких энергий и определения их свойств (направление движения, величина и знак заряда, энергия). Счетчики для регистрации заряженных частиц, в которых используется излучение Вавилова – Черенкова, получили название черенковских счетчиков. В этих счетчиках частица регистрируется практически мгновенно (при движении заряженной частицы в среде со скоростью, превышающей фазовую скорость света в данной среде, возникает световая вспышка, преобразуемая с помощью фотоэлектронного умножителя в импульс тока). Это позволило в1955 г. итальянскому физику Э. Сегре (р. 1905) открыть в черенковском счетчике короткоживущую античастицу – антипротон.
Интерференция в тонких пленках.
При падении световой волны на тонкую прозрачную пластину происходит отражение от обеих поверхностей. В результате возникают две световые волны, которые при известных условиях могут интерферировать.
ЯВЛЕНИЕ ПОЛНОГО ВНУТРЕННЕГО ОТРАЖЕНИЯ. СВЕТОВОДЫ.
Пусть луч падает на границу раздела двух сред. С увеличением угла падения увеличивается угол преломления до тех пор, пока при некотором угле падения i1=p¤2угол преломления не окажется равным p¤2. У
Применение интерференции. Интерферометр Майкельсона.
Явление интерференции света используется в ряде весьма точных измерительных приборах, получивших название интерферометров. Рассмотрим интерферометр Майкельсона.
Монохроматический свет от и
Применение интерференции. Интерферометр Фабри-Перо.
Явление интерференции применяется для обнаружения дефектов, либо для определения качества обработки поверхности, либо для определения показателей преломления с очень высокой степенью точности. Для
Просветление оптики.
Интерференция при отражении от тонких пленок лежит в основе просветления оптики. Прохождение света через каждую преломляющую поверхность линзы сопровождается отражением примерно 4% падающего света.
Бизеркало Френеля
Свет от точечного источника S падает на два плоских зеркала m1C m2C расположенных перпендикулярно плоскости рисунка и соединенных по линии С. Угол между плоскостями зеркал оче
Дифракция рентгеновских лучей. Условия Вульфа-Брэггов.
Пространственной, или трехмерной, дифракционной решеткой называется такая оптически неоднородная среда, неоднородности которой периодически повторятся при изменении всех трех пространственных коорд
Физические принципы получения и восстановления голограммы.
Голография – это безлинзовое получение и последующее восстановление оптического изображения путём востановления волнового фронта. Экспериментальное воплощение и дальнейшая разработка этого способа
Интерференция поляризованных лучей.
Если на двояко преломляющую пластинку вырезанную вдоль оптической оси падает поляризованный свет, то вектор E, который образует какой то угол
Фазовые пластинки
Пластинки, вырезанные вдоль оптической оси видимого луча, преломление не наблюдается, однако в пластинке распространяются два фронта волн, между которыми на выходе из пластинки между ними появляетс
Анализ поляризованного света. Закон Малюса.
Анализ поляризованного света предполагает, что нужно ответить на два вопроса: 1) является ли свет поляризованным? 2)если он поляризован, так какому виду поляризации он относится?
Для ответ
Закон Малюса.
Допустим, что два поляризатора поставлены другь за другом, так что их оси ОА1 и ОА2 образуют между сабой некоторый угол. Первый поляризатор пропустит свет, электрический векто
Вращение плоскости поляризации. Поляриметр-сахариметр.
При прохождении линейно поляризованного света, через некоторые вещества, называемые оптически активными, плоскость поляризации света поворачивается вокруг направления луча (кристаллы, чистые жидкос
Рассеяние света. Степень поляризации рассеянного света.
Рассеянием света называется явление преобразования света веществом, сопровождающееся как несобственное свечение вещества.
Природа рассеивания света. Распростр- ся в среде свет (эл/м
Эффект Доплера в оптике.
Согласно принципу относительности Эйнштейна, уравнение световой волны во всех инерциальных системах отсчёта одинаково по форме. Используя преобразования Лоренца, можно получить уравнение волны, пос
Тепловое излучение.
Тепловым излучением называется излучение нагретых тел. Все тела обладают тепловым излучением. Основная особенность теплового излучения – равновесность (тепловое излучение – это единственное равнове
Оптическая пирометрия. Пирометр с исчезающей нитью.
Для сильно нагретых тел измерения температуры при помощи термоэлементов, болометров не особенно достоверны. Таким образом, единственным надежным способом измерения температуры являются способы, осн
Интерференция фотонов.
Описываются интерференционные опыты при малых интенсивностях светового потока, из которых делается вывод о существовании явления интерференции при наличии лишь одного фотона. Обсуждается интерпрета
Корпускулярная интерпретация опытов Юнга.
При наблюдении опыта Юнга, интенсивность интерференционной картины в точках экрана не равна сумме интенсивностей от щелей по отдельности. Отличие обуславливается разностью фаз волн от щелей. Отсюда
Фотоэффект.
Фотоэффект был открыт Герцем в 1887. Изучен был Столетовым.
Явление вырывания электронов с поверхности металлов под действием света получило название фотоэффекта.
Экспериментал
Эффект Комптона.
Гамма фотон рассеивается на электрон и электрон приобретает импульс и в результате рассеянный
Спектры щелочных элементов.
Щелочные металлы одновалентны и их сравнительно легко ионизировать. Если атом щелочного металла имеет всего z электронов, то можно утверждать, что z-1 электронов образуют структуру атома благородно
Дублетная структура спектров щелочных элементов.
При анализе спектров щелочных металлов с помощью спектроскопических приборов обнаруживается, что каждая из линий излучения в действительности расщепления на две линии, т. е. Является дублетом. Расщ
Опыт Штерна и Герлаха.
С помощью опыта Штерна (1922) и Герлаха (измерение магнитного момента атома) было обнаружено пространственное квантование. Электрон вращается по замкнутой орбите (круг или эллирс) и должен иметь ма
Эффект Зеемана.
В 1896 г. Зееману при помощи значительно более мощных полей и тонких спектральных приборов удалось обнаружить, что при помещении источника света между полюсами электромагнита спектральные линии исп
Молекулярные спектры.
Строение молекул и свойства их энергетических уровней проявляются в молекулярных спектрах – спектрах излучения (поглощения), возникающих при квантовых переходах между уровнями энергии молекул. Спек
Комбинационное рассеяние света.
Природа рассеяния света:
Распространяющийся свет в среде (электро-магнитная волна) воздействует на молекулы среды, которые поглощают энергию этой волны в определенном диапазоне част
Люминисценция. Определение. Правило Стокса.
В природе давно известно излучение, отличное по своему характеру от всех известных видов излучения (теплового излучения, отражения, рассеяния света и т. д.). Этим излучением является люминесцентное
Нелинейная оптика.
Явления преломления и отражения света с молекулярной точки зрения рассматриваются как результат интерференции падающей волны и вторичных волн, испускаемых молекулами среды благодаря вынужденным кол
Энергетический эффект ядерных реакций.
Ядерная реакция характеризуется энергией ядерной реакции Q, равной разности конечной и исходной пар в реакции. Если Q<0, то реакция идет с поглощением энергии и называется эндотермической
Цепная реакция деления.
В ядерной реакции осколки деления в момент своего образования обладают избытком нейтронов над протонами. Избыточные нейтроны, испускаемые осколками, называются нейтронами деления. Число их может бы
Космическое излучение.
В результате многочисленных экспериментов установленно что осмические лучи приходят на поверхность со всех сторон, причём не удалось обнаружить на небесной сфере какую-либо точку, или ибласть, из к
Эффект Мессбауэра.
Все возбуждённые энергетические уровни ядра имеют значения энергия, определяемой из соотношения неопределенностей:
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов