optica-vopros-otvet

a sin ϕ = ±kλ , где a — ширина щели, λ —

длина волны света, k = 1, 2, 3, ...

8.Дифракционная решётка, её период

Дифракционная решётка — совокупность большого количества одинаковых, параллельных между собой щелей. Период дифракционной решётки — суммарная ширина прозрачного и непрозрачного участков.

9.Дифракционная картина от щели, измерение параметра xk

Дифракционная картина имеет вид горизонтального, симметричного относительно центра распределения светлых пятен различной интенсивности. Параметр xk оп-

ределяется как расстояние между двумя симметричными светлыми пятнами.

10. Расчётная формула для ширины дифракционной щели

для максимумов, находящихся по бокам от центрального, k = 2 для пары следующих, и так далее.

** *

1.Какова форма источников плоской, сферической, цилиндрической волн? Привести примеры.

2.Метод зон Френеля — для чего нужен, дать необходимые определения, объяснить суть. Чем определяется форма зон Френеля?

3.Привести примеры явления дифракции, не только дифракции света.

4.Как на практике получают белый и монохроматический свет?

5.Каков физический смысл оптической разности хода? Почему в задачах интерференции важно знать именно оптическую разностью хода, а не геометрическую?

6.Что такое минимумы и максимумы, и почему они наблюдаются именно при таких условиях? Что будет, если не выполняется ни условие минимума, ни условие максимума? Почему эти условия применяются именно к оптической разности хода?

7.Объяснить вид дифракционной картины от щели в монохроматическом свете. От каких параметров зависит эта дифракционная картина? Как выглядела бы дифракционная картина от щели в белом свете? Как выглядит дифракционная картина от дифракционной решётки?

8.Для задачи дифракции на щели вывести формулу для положений минимумов, а из неё — расчётную формулу для ширины щели.

9.Когда синус угла равен его тангенсу?

** *

Как форма фронта волны зависит от формы её источника? От свойств среды?

Как построить фронт волны от источника произвольной формы?

Чем отличается дифракция Френеля от дифракции Фраунгофера?

Что такое стоячая волна? Какое отношение она имеет к интерференции? Привести примеры явления интерференции.

Как устроен лазер? Чем определяется длина волны света, испускаемого лазером?

Какие бывают и как изготавливаются на практике дифракционные решётки? Где применяются дифракционные решётки? Какие бывают дифракционные решётки, кроме одномерных?

Какова длина волны белого света?

Ухудшается ли видимость дифракционной картины от центра к краю? Если да, то почему?

Для чего в установке со щелью нужна линза?

3. Изучение явления интерференции света. Определение радиуса кривизны линзы с помощью колец Ньютона

1. Скорость света в вакууме. Показатель преломления среды

Скорость света в вакууме c = 3×108 м/ с . Показатель преломления среды — отношение скорости света в вакууме к скорости света в этой

среде: n = сvв среде .

2. Длина волны излучения лазера. Перечислить цвета радуги в порядке убывания длины волны

λкрасного лазера = 630 нм. Красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.

3.Когерентность. Когерентные волны

Когерентность — согласованное протекание во времени и пространстве нескольких волновых процессов. Две световые волны когерентны, если разность их фаз постоянна в течение времени, достаточного для наблюдения.

4.Интерференция света

Интерференция света — это явление пространственного перераспределения светового потока, происходящее при наложении двух когерентных волн; проявляется возникновением максимумов и минимумов интенсивности.

5. Условия максимума и минимума для разности фаз двух интерферирующих волн

Максимум интенсивности наблюдается в точках, где разность фаз двух интерферирующих

интенсивности наблюдается в точках, где разность фаз двух интерферирующих волн пред-

ставима в виде: α1 −α2 = (2k +1)π , где

k = 0, 1, 2 , 3 , ...

6. Связь интенсивности света с амплитудой световой волны

Интенсивность света пропорциональна квадра-

ту амплитуды световой волны: I = 1 ε0 E02 , где

2 c

I — интенсивность света, ε0 — электрическая постоянная, c — скорость света в вакууме, E0

— максимальное значение напряжённости электрического поля.

7. Интенсивность при сложении двух когерентных световых волн одинаковой интенсивности

8. Разность хода лучей, образующих кольца Ньютона. Чертёж

При падении света на линзу в первый раз луч отражается от выпуклости линзы, второй раз — от плоскопараллельной пластинки. Эти два луча интерферируют, давая картину колец Ньютона в от-

ражённом свете.

9. Вид интерференционной картины при наблюдении колец Ньютона в отражённом свете. Формула для радиусов колец

В центре интерференционной картины тёмное пятно, вокруг которого располагаются отде-

лённые светлыми кольцевыми промежутками концентрические тёмные кольца. По мере удаления от центра расстояние между соседними

тёмными кольцами уменьшается. rk = kλ R ,

где rk — радиус кольца с номером k , λ —

длина волны падающего света, R — радиус кривизны линзы, прижатой к пластинке.

10. Радиус кривизны плосковыпуклой линзы. Оптическая сила такой линзы. Размерность

Радиус кривизны — это радиус сферической поверхности, ограничивающей линзу с выпуклой стороны. Оптическая сила линзы обратно пропорциональна её радиусу: D = (n -1) R , n

— показатель преломления материала линзы. Размерность — обратные метры или диоптрии:

м−1 = [дптр] .

** *

1.Объяснить механизм испускания света атомами.

2.Что в определении когерентных световых волн имеется в виду под временем, достаточным для наблюдения? Чему оно равно?

3.Что такое минимумы и максимумы, и почему они наблюдаются именно при таких условиях?

4.Что будет, если не выполняется ни условие минимума, ни условие максимума?

5.Как связана разность фаз с оптической разностью хода?

6.В каких пределах меняется интенсивность света на экране при интерференции двух когерентных волн, интенсивности которых I0 и 2I0?

7.Чему равна разность хода лучей при наблюдении колец Ньютона в отражённом и проходящем свете?

8.Вывести формулу для колец Ньютона в отражённом и проходящем свете.

** *

От чего зависит скорость света в среде?

Как устроен лазер? Чем определяется длина волны света, испускаемого лазером? Перечислить виды и свойства электромагнитных волн в порядке убывания длины волны.

Какие физические величины колеблются в световой волне и какова их зависимость от времени и координат?

Есть ли разница в интерференционных картинах при наблюдении колец Ньютона в отражённом и проходящем свете? Какую из них видно лучше?

Какова роль микрообъектива в экспериментальной установке?

Каков физический смысл параметра N в расчётной формуле?

5. Изучение спектра атома водорода и определение постоянной Ридберга

1.Значение постоянной Планка h = 6, 63×10−34 Дж×с .

2.Связь энергии фотона с частотой света и длиной его волны

Eфотона = hν = hcλ , где Eфотона — энергия фо-

тона частоты ν , длины волны λ . h — постоянная Планка.

3. Энергетический спектр атома водорода

Атом водорода в состоянии номер n обладает

и заряд электрона, h — постоянная Планка, ε0

— электрическая постоянная.

4. Обобщённая формула Бальмера

λ1 = R k12 - m12 , где λ — длина волны испус-

каемого фотона, m — номер энергетического уровня, с которого переходит электрон, k — энергетический уровень, на который переходит электрон ( m > k ), R — постоянная Ридберга, имеющая размерность м−1 .

5. Схема энергетических уровней атома водорода. Энергетические переходы

Атом водорода имеет бесконечную последовательность уровней с возрастающими энергиями. Наименьшая энергия — E1 , за ней

идёт E2 и так далее. Расстоя-

ния между двумя последовательными уровнями сокращаются. Все энергетические

уровни заключены между E1 и E∞ . Переход

"а" соответствует поглощению света, "б" — испусканию.

6. Серии Лаймана, Бальмера, Пашена

Первую спектральную серию образуют все переходы с вышележащих на первый энергетический уровень ( k = 1 , m > k , это серия Лаймана), вторую — все переходы с вышележащих

реходы на третий уровень ( k = 3 , m > k , это серия Пашена).

7. Принцип действия монохроматора

Монохроматор — это спектральный прибор, выделяющий узкие участки спектра оптического излучения. В нём используется свойство призмы отклонять лучи разных длин волн на разные углы. Поэтому имеется однозначная зависимость между длиной волны выходящего из монохроматора света и положением призмы, которое задаётся при помощи отсчётного барабана.

8.Последовательность действий при выполнении лабораторной работы

1) Пользуясь ртутной лампой, для спектральных линий ртути определить соответствие длин волн и показаний отсчётного барабана монохроматора. 2) По полученным данным построить градуировочную кривую. 3) С водородной газоразрядной трубкой в качестве источника излучения определить отсчёты N для трёх линий серии Бальмера и по градуировочной кривой определить их длины волн. 4) Используя полученные данные, вычислить экспериментальное значение постоянной Ридберга.

9.Энергия связи электрона в атоме водорода

Это минимальная энергия, которую нужно сообщить атому водорода, находящемуся в ос-

новном состоянии, чтобы ионизировать его.

E = 13, 56 эВ .

10. Записать стационарное уравнение Шрёдингера

Ñ2ψ + 2m ( E -U )ψ = 0 .

2

** *

1.Вывести связь частоты и длины волны света.

2.Что такое спектр излучения водорода? Как его можно наблюдать? Какой он имеет вид?

3.Какие постулаты, предложенные Бором, позволяют объяснить спектр атома водорода?

4.Каков физический смысл эмпирической формулы Бальме-

ра?

5.Дать определения понятиям: главное квантовое число, основное состояние, возбуждённое состояние.

6.Сколько энергетических уровней у атома водорода?

7.Сколько спектральных линий и серий в спектре атома водорода?

8.Сколько в спектре атома водорода видимых, инфракрасных и ультрафиолетовых серий?

9.Как нумеруются линии в серии? Почему не наоборот?

10.Как по номеру серии и номеру линии в серии определить номера начального и конечного энергетических состояний, соответствующих данному переходу?

11.Что такое волновая функция? Каков её физический смысл?

** *

Что общего имеют и чем отличаются спектры водорода и ртути?

Каков физический смысл уравнения Шрёдингера?

Пояснить обозначения в уравнении Шрёдингера.

Что такое одномерная потенциальная яма? Какой вид имеет волновая функция частицы, находящейся в ней?

7. Определение главного фокусного расстояния системы линз

1. Показатель преломления среды. Значение показателя преломления для стекла, воды

Показатель преломления среды — отношение скорости света в вакууме к скорости света в этой среде: n = сvв среде . nстекла = 1, 5 ; nводы = 1, 33 .

2. Поведение луча света при падении на границу раздела двух прозрачных сред. Закон отражения

При падении луча света на границу раздела двух прозрачных сред происходит отражение и преломление, интенсивность падающего луча разделяется между лучами отражённым и преломлённым. Закон отражения: падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред лежат в одной плоскости; угол отражения равен углу падения.

3. Закон преломления

Отношение синуса угла падения к синусу угла отражения равно обратному отношению показателей преломления соответствующих сред:

sinα1 = n2 . Углы падения и отражения отсчиsinα2 n1

тываются от перпендикуляра к границе раздела сред, построенного в точке падения.

4.Фокус собирающей и рассеивающей линзы

Лучи, падающие на собирающую линзу параллельно её оптической оси, после прохождения линзы соберутся в одной точке, называемой фокусом собирающей линзы. Лучи, падающие на рассеивающую линзу параллельно её оптической оси, после прохождения линзы будут расходиться так, что их продолжения пересекутся в одной точке, называемой фокусом рассеивающей линзы.

5.Два характерных луча, позволяющие найти положение изображения

1) Луч, проходящий через оптический центр линзы, не преломляется — идёт дальше по прямой. 2) Луч, падающий на собирающую линзу параллельно её оптической оси, после линзы пройдёт по прямой через её фокус. Луч, падающий на рассеивающую линзу параллельно её оптической оси, после линзы отклонится от оптической оси так, что его продолжение пройдёт через фокус линзы, находящийся по другую её сторону.

6.Действительное и мнимое изображение

Действительное изображение образуется пересечением сходящихся лучей, оно может быть видно на экране. Мнимое изображение образу-

ется пересечением продолжений расходящихся лучей, наблюдать его на экране невозможно.

7. Фокусное расстояние. Оптическая сила линзы, формула, размерность

Расстояние от центра линзы до точки её фокуса называется фокусным расстоянием. Оптическая сила линзы есть величина, обратная фокусному расстоянию: D =1 F , измеряется в

диоптриях: [дптр] = м−1 .

8. Формула тонкой линзы, обозначения и знаки

ли линза собирающая, то F положительно, если рассеивающая, то отрицательно. Если изображение действительное, то f положительно, если мнимое, то f отрицательно.

9. Зависимость фокусного расстояния от параметров линзы

показатели преломления, а R1 и R2 — радиусы

сферических поверхностей, ограничивающих линзу (если поверхность вогнутая, берётся знак

минус, если поверхность плоская, полагается

R = ∞ ).

10. Схема определения параметра a

При неизменном расстоянии между предметом и экраном определяют два положения линзы (или системы линз), в которых она даёт чёткое изображение предмета на экране (в одном слу-

чае уменьшенное, в другом — увеличенное). Параметр a равен расстоянию между этими двумя положениями линзы.

** *

1.Как параллельный пучок света пойдёт после линзы, если он падает на неё не параллельно её оптической оси?

2.Какие три характерных луча позволяют найти изображение предмета?

3.Для заданного вида линзы (собирающая или рассеивающая), фокусного расстояния и положения предмета уметь находить положение изображения как построением, так и по формуле тонкой линзы.

4.Вывести расчётную формулу.

** *

От чего зависит скорость света в среде?

Как можно вывести законы отражения и преломления света?

Как пойдёт свет в среде, показатель преломления которой линейно меняется вдоль некоторой оси?

От чего зависят интенсивности отражённого и преломлённого луча?

Может ли двояковогнутая линза быть собирающей, а двояковыпуклая — рассеивающей?

Всегда ли действительное изображение обратное, а мнимое прямое?

Построить и исследовать график зависимости расстояния до изображения (f) от расстояния до предмета (d).

8. Изучение бета-радиоактивности с помощью газоразрядного счётчика

1. Массы и заряды электрона, протона и нейтрона

2. Массы и заряды альфа-, бета-, и гаммачастиц (в единицах элементарного заряда e , массы электрона me и протона mp )

3.Состав атома, ядра. Какую информацию о ядре даёт его порядковый номер в таблице Менделеева?

Атом состоит из ядра и электронных оболочек. Ядро состоит из протонов и нейтронов. Порядковый номер элемента в таблице Менделеева равен заряду ядра и числу протонов в нём.

4.Дефект массы ядра, энергия связи

Ядро любого элемента имеет меньшую массу, чем алгебраическая сумма масс протонов и нейтронов, его составляющих. Разница этих двух масс называется дефектом массы данного ядра (обозначается m ). Энергия связи ядра

ме.

5. Закон радиоактивного распада

Количество ядер, нераспавшихся к моменту времени t , убывает по экспоненциальному закону: N = N0e−λt . Здесь e — основание нату-

рального логарифма ( ≈ 2, 7 ), λ — постоянная

распада. N0 — количество нераспавшихся ядер в начальный момент времени t = 0 .

6. Период полураспада и постоянная распада

Период полураспада ( T1 2 ) — это время, за ко-

торое распадается половина первоначально

имевшихся ядер. Постоянная распада ( λ ) — вероятность распада одного ядра за единицу времени. Эти величины находятся в обратной

7.Правила смещения при альфа- и бетараспаде

При альфа-распаде из исходного ядра образуется ядро элемента, стоящего в таблице Менделеева через одну клетку левее исходного. При бета-распаде образуется ядро элемента, находящегося в соседней клетке слева или справа.

8.Поглощение бета-частиц веществом

Количество частиц N , проходящих без поглощения через преграду толщины d , определяет-

ся выражением: N = N0e− μd , где N0 — количе-

ство частиц, падающих на преграду, μ — её коэффициент поглощения, e — основание натурального логарифма ( ≈ 2, 7 ).

9. Принцип действия счётчика Гейгера

Пространство между электродами, к которым приложено большое напряжение ( 1000 В), заполнено газом и при отсутствии внешних воздействий является изолятором. Частица с высокой энергией при попадании в объём газа ионизирует его молекулы и вызывает кратковременный разряд, в течение которого между электродами протекает электрический ток. Этот импульс тока регистрирует пересчётное устройство.

10. Мёртвое время счётчика Гейгера-Мюллера

Если во время разряда, вызванного высокоэнергетической частицей, в объёме счётчика окажется ещё одна высокоэнергетическая частица, то это лишь усилит уже идущий разряд. Пересчётное устройство при этом зарегистрирует лишь один импульс. Поэтому время, в течение которого длится разряд, называют мёртвым, так как счётчик при этом не способен регистрировать больше одной частицы.

** *

1.Дать определения понятиям: атом, ядро, элементарная частица, нуклон, изотоп.

2.Что тяжелее — протон или нейтрон? Выразить в единицах массы электрона: массу протона, массу нейтрона, разницу их масс.

3.Объяснить значения массы и заряда альфа-частицы.

4.Превращения элементов при альфа-, бета- и гаммараспаде. Прямым следствием какого из законов сохранения являются правила смещения?

5.Из какого предположения и как выводится закон радиоактивного распада?

6.Объяснить принцип действия ядерной бомбы.

** *

Записать возможные реакции взаимного превращения протонов, нейтронов и электронов.

Сравнить проникающие способности альфа-, бета- и гаммачастиц. Какие свойства частиц влияют на их проникающую способность? Какое влияние частицы оказывают на атомы среды, в которой распространяются?

Выделяется ли при распаде ядра в ядерном реакторе или при ядерном взрыве энергия, равная энергии связи ядра?

Что более энергетически выгодно для ядер — реакции распада или синтеза?

13/1. Экспериментальное изучение законов теплового излучения

1. Связь частоты и длины волны света

Эта обратно пропорциональная связь: λ = νc ,

ν = λc . Здесь λ — длина волны, ν — частота света, c — скорость света.

2.Абсолютно чёрное тело. Серое тело

Абсолютно чёрное тело при любой температуре поглощает всю энергию падающих на него электромагнитных волн. Серое тело поглощает не всю, а лишь фиксированную часть падающей на него энергии излучения.

3.Коэффициент поглощения. Коэффициент поглощения абсолютно чёрного тела

Коэффициент поглощения показывает, какую долю падающей на него энергии поглощает тело. В общем случае зависит от частоты падающего излучения и температуры поверхности. Для абсолютно чёрного тела коэффициент поглощения равен единице.

4.Определение и размерность энергетической светимости

Если с поверхности площадью S за время t излучается энергия, равная E , то энергетическая светимость этой поверхности определяет-

5. Закон Стефана-Больцмана

Энергетическая светимость абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени его

температуры: R* = σ T 4 . Здесь σ — постоянная Стефана-Больцмана.

6. Спектральная плотность энергетической светимости

Спектральная плотность энергетической светимости — это мощность излучения тела в узком диапазоне длин волн от λ до λ + dλ (обозначаем dW[λ , λ +d λ ] ), делённая на излучающую

площадь и на ширину этого диапазона ( dλ ):

7. Спектр излучения абсолютно чёрного тела в координатах r(λ) , его характерные особенности

Спектр излучения — это зависимость спектральной плотности энергетической светимости от длины волны. Спектр излучения абсолютно чёрного тела 1) широкий и 2) имеет вы-

раженный максимум.

8. Закон смещения Вина, показать на графике

Длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно чёрного тела, ( λ0 ) об-

ратно пропорциональна его темпера-

туре ( T ): λ0 = b . Здесь b — постоянная Вина.

T

По мере увеличения температуры ( T2 > T1 ) тела

максимум спектральной плотности энергетической светимости смещается в сторону более коротких волн (влево).

9. Второй закон Вина, показать на графике

Максимальное значение спектральной плотности энергетической светимости абсолютно чёрного тела ( rmax ) пропорционально пятой степени его температуры

(T ): rmax = CT 5 .

Здесь C — постоянная. По мере увеличения температуры тела ( T2 > T1 ) максимальное зна-

чение r на графике r(λ) быстро увеличивается.

10. Принцип действия светофильтра

Светофильтр поглощает весь спектр кроме некоторого узкого диапазона, который пропускает без потерь. Зависимость его коэффициента поглощения от длины волны света может быть

как на приведённом графике.

13/2. Определение постоянной СтефанаБольцмана

1. Цена деления шкалы электроизмерительного прибора

Цена деления — это расстояние между ближайшими делениями шкалы, выраженное в единицах измеряемой величины.

2.Абсолютно чёрное тело. Серое тело

Абсолютно чёрное тело при любой температуре поглощает всю энергию падающих на него электромагнитных волн. Серое тело поглощает не всю, а лишь фиксированную часть падающей на него энергии излучения.

3.Коэффициент поглощения

Коэффициент поглощения показывает, какую долю падающей на него энергии поглощает тело. В общем случае зависит от частоты падающего излучения и температуры поверхности. Для абсолютно чёрного тела коэффициент поглощения равен единице.

4. Определение и размерность энергетической светимости

Если с поверхности площадью S за время t излучается энергия, равная E , то энергетическая светимость этой поверхности определяет-

5. Закон Стефана-Больцмана

Энергетическая светимость абсолютно чёрного тела пропорциональна четвёртой степени его температуры: R* = σ T 4 . Здесь σ — постоянная Стефана-Больцмана.

6. Спектр излучения абсолютно чёрного тела в координатах r(λ) , его характерные особенности

Спектр излучения — это зависимость спектральной плотности энергетической светимости от длины волны. Спектр излучения абсолютно чёрного тела 1) широкий и 2) имеет выраженный максимум.

7. Закон смещения Вина, показать на графике

Длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости абсолютно чёрного тела, ( λ0 ) обратно

пропорциональна его температуре

(T ): λ0 = b . Здесь b — постоянная Вина. По

T

мере увеличения температуры тела ( T2 > T1 )

максимум излучательной способности смещается в сторону более коротких волн (влево).

8. Второй закон Вина, показать на графике

Максимальное значение спектральной плотно-

изменяется так, что максимальное значение r быстро увеличивается.

9. Принцип действия оптического пирометра

Принцип действия оптического пирометра основан на предположении, что если энергетические светимости двух тел совпадают, то совпадают и их температуры. Поэтому для измерения температуры некоторой светящейся поверхности добиваются совпадения её видимой

яркости с яркостью отградуированной лампы, встроенной в пирометр, и по температуре лампы судят о температуре поверхности.

10. Последовательность действий при выполнении работы

Трижды нужно выставить одну из трёх различных яркостей накала лампы в трубке, с помощью пирометра измерить её температуру, при этом снять показания вольтметра и амперметра. По этим данным расcчитать три значения постоянной Стефана-Больцмана и усреднить результат.

** *

1.Вывести связь частоты и длины волны света.

2.Что происходит с падающей энергией, которую не поглощает серое тело?

3.Находясь при одинаковой температуре, какое из тел излучает больше — чёрное или серое?

4.Как связаны между собой энергетическая светимость и её спектральная плотность?

5.Почему в определении спектральной плотности энергетической светимости стоит dW, а не W?

6.Каким способом можно измерить величину энергетической светимости? Как можно измерить спектральную плотность энергетической светимости?

7.Как по экспериментальным графикам можно проверить выполнение закона Стефана-Больцмана?

8.Почему в расчётной формуле от четвёртой степени температуры лампы отнимается четвёртая степень комнатной температуры?

** *

Излучает ли тёмный металлический предмет, если его температура -300C?

Где на графике спектра нагретого до комнатной температуры абсолютно чёрного тела находится видимый диапазон электромагнитных волн?

Почему по мере нагревания железо из красного не становится сначала оранжевым, потом жёлтым, зелёным и т.д., как этого можно было бы ожидать согласно закону смещения Вина?

Какова связь между темой излучения чёрного тела и понятием баланса белого в фотографии?

Можно ли при помощи оптического пирометра измерить температуру Солнца, Полярной звезды? Каков будет результат измерения температуры, если оптический пирометр направить на Луну?

По результатам измерений проверить выполнение закона Ома для спирали лампы, которая находится в трубке.

Каков порог чувствительности человеческого глаза к видимому свету (в фотонах в секунду)?

14.Проверка закона Малюса

1.Взаимное расположение векторов E и H в световой волне

Для любой световой волны три направления —

векторов электрического, магнитного полей и направления луча света — всегда взаимно перпендикулярны. Если пальцы правой руки сложить, как показа-

но на рисунке, то указательный палец укажет

направление луча света ( S ), большой — на-

пряжённости магнитного поля ( H ), а средний

— электрического ( E ).

2. Плоскополяризованный свет и его отличие от естественного

Естественный свет — совокупность некогерентных световых волн со всевозможными направлениями напряжённости электрического поля, быстро и беспорядочно сменяющими друг друга. Плоскополяризованный свет отли-

чается тем, что все колебания электрического вектора совершаются в одной плоскости.

3.Действие поляризатора на луч естественного света

После прохождения естественного света через поляризатор он становится плоскополяризованным в плоскости, совпадающей с плоскостью пропускания поляризатора, а его интенсивность уменьшается вдвое.

4.Действие анализатора на луч плоскополяризованного света. Закон Малюса

После прохождения луча плоскополяризованного света через анализатор он становится плоскополяризованным в плоскости, совпадающей с плоскостью пропускания анализатора, а его интенсивность изменяется по закону

Малюса: J = J0 cos2 ϕ . Здесь J0 — интенсив-

ность падающего луча, J — интенсивность прошедшего луча, а ϕ — угол между плоскостью колебаний падающего луча и плоскостью пропускания анализатора.

5. Закон Брюстера

При падении света из среды с показателем преломления n1 на поверхность диэлектрика с по-

казателем преломления n2 существует такой

угол падения, при котором отражённый луч оказывается полностью поляризованным. Этот

Это свет, являющийся смесью плоскополяризованного и естественного. Возникает в ре-

зультате отражения света, а также после прохождения несовершенного поляризатора.

7. Степень поляризации

При прохождении частично поляризованного света через анализатор в зависимости от угла интенсивность проходящего света может меняться от максимального значения Imax до ми-

нимального Imin . Степень поляризации такого

луча равна: P = Imax − Imin .

Imax + Imin

8. Принцип работы призмы Николя

При падении на первую призму из-за явления двойного лучепреломления луч света раздваивается на два луча, поляризованных в перпендикулярных плоскостях. Эти лучи падают на прозрачный слой канадского бальзама под разными углами. Для одного из них выполняется условие полного внутреннего отражения, и он попадает на зачернённую грань призмы, где поглощается. Второй плоскополяризованный луч выходит без поглощения.

9. Принцип работы поляроида

Плёнка поляроида содержит микроскопические параллельные проводники. Компонента естественного света, вектор напряжённости электрического поля которой совпадает с направлением этих проводников, вызывает протекание по ним микроскопических электрических токов, на что полностью тратится её энергия — происходит поглощение этой компоненты. А волны с вектором напряжённости, перпендикулярным этим проводникам, проходят почти без ослабления, и на выходе получается плоскополяризованный свет.

10. Каким бальзамом склеены призмы из исландского шпата в призме Николя?

Призмы склеены канадским бальзамом.

** *

1.Иметь чёткое представление и уметь наглядно пояснить все взаимные расположения в пространстве лучей, плоскостей, углов, перпендикуляров и т.д., если они упоминаются в ответе на вопрос.

2.Рассмотреть прохождение естественного света через три николя с точки зрения поляризации и интенсивности луча.

3.Привести примеры продольных и поперечных волн.

4.Вывести закон Малюса.

5.Чем отличается поляризатор от анализатора?

6.Чем отличается обыкновенный луч от необыкновенного при прохождении света через двулучепреломляющий кристалл?

** *

Доказать, что интенсивность естественного луча, падающего на поляризатор, после его прохождения ослабится вдвое.

Какова в устройстве николя роль второй призмы, если до неё доходит уже плоскополяризованный луч?

Что такое поляроид и имеет ли смысл использование поляроидных покрытий в очках?

Почему направление луча света в ответе на первый вопрос обозначено как S?

Объяснить явление двойного лучепреломления.

15.Определение постоянной Планка

1.Значение постоянной Планка

h = 6, 63×10−34 Дж×с .

2. Связь частоты и длины волны света

Эта обратно пропорциональная связь: λ = νc ,

ν = λc . Здесь λ — длина волны, ν — частота света, c — скорость света.

3. Связь энергии фотона с его частотой и длиной волны

Eфотона = hν = hcλ , где Eфотона — энергия фо-

тона частоты ν , длины волны λ . h — постоянная Планка.

4.Монохроматический свет

Монохроматический свет — это свет одной определённой и строго постоянной длины волны, в отличие от белого, являющегося совокупностью волн всего видимого диапазона частот.

5.Внешний фотоэффект. Внутренний фотоэффект

Внешний фотоэффект — это явление испускания металлами электронов под действием падающего света. Внутренний фотоэффект — явление перехода электронов вещества из связанных состояний в свободные, но без вылета наружу.

6.Законы фотоэффекта

∙Явление фотоэффекта безынерционно.

∙Количество электронов, вырываемых светом в единицу времени пропорционально интенсивности падающего света.

∙Скорости фотоэлектронов различны, зависят от его частоты света, не зависят от интенсивности света.

∙Фотоэффект не наблюдается, если длина волны падающего света больше некоторой

λ0 .

7. Формула Эйнштейна для фотоэффекта

—масса электрона, Vmax — максимальная ско-

рость фотоэлектронов.

8. Работа выхода

Минимальная энергия, которую нужно сообщить свободному электрону в металле, чтобы он покинул его пределы.

9. Красная граница фотоэффекта

Наибольшее значение длины волны падающего на металл света, при котором фотоэффект ещё возможен. Если освещать металл светом большей длины волны, то вне зависимости от его интенсивности фотоэффекта не будет.

10. Вольт-амперная характеристика фотоэлемента, освещаемого монохроматическим светом

При большом отрицательном напряжении тока нет. Имеется участок, где по мере роста напряжения ток нарастает. С некоторого значения напряжения его дальнейшее увеличение не приво-

дит к увеличению тока (насыщение).

** *

1.Почему в формуле Эйнштейна для фотоэффекта при скорости электронов стоит индекс "max"?

2.Объяснить законы фотоэффекта.

3.Объяснить вид вольт-амперной характеристики фотоэлемента.

4.Как изменится вольт-амперная характеристика, если увеличивать/уменьшать интенсивность света? Если увеличивать/уменьшать частоту света, которым освещается фотоэлемент?

5.Почему красная граница фотоэффекта именно красная?

6.Для чего в экспериментальной установке нужны светофильтры?

** *

В каком режиме (показать точку на вольт-амперной характеристике) фотоэлемент можно использовать в качестве преобразователя световой энергии в электрическую?