- •Световая волна и её характеристики.
- •Отражение и преломление плоской волны на границе двух диэлектриков. Законы отражения и преломления света.
- •Соотношение между амплитудами и фазами падающей, отражённой и преломлённой волн.
- •Геометрическая оптика и её законы. Принцип Ферма.
- •Центрированная оптическая система. Кардинальные элементы цос: фокусы, фокальные плоскости, главные точки и главные плоскости, узловые точки.
- •Основные фотометрические величины.
- •Интерференция световых волн. Когерентность. Временная и пространственная когерентность.
- •Способы наблюдения интерференции света. Классические интерференционные опыты. Опыт Юнга. Бизеркала Френеля. Бипризмы Френеля. Билинза Бийе. Зеркало Ллойда.
- •Интерференция в тонкой плёнке.
- •Полосы равной толщины, равного наклона, Кольца Ньютона.
- •Интерференция многих волн. Интерферометр Фарби-Перо.
- •Практические применения интерференции. Просветление оптики, интерференционные фильтры, интерферометры (интерферометр Майкельсона).
- •Дифракция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция Френеля. Метод зон Френеля.
- •Векторная диаграмма зон Френеля. Зонные пластинки. Дифракция Френеля на простейших преградах.
- •Дифракция от прямолинейного края полуплоскости. Спираль Корню.
- •Дифракция Фраунгофера на щели.
- •Дифракция Фраунгофера на дифракционной решётке.
- •Дифракция на пространственных структурах. Формула Вульфа-Брэгга.
- •Разрешающая способность оптических приборов. Критерий Рэлея.
- •Поляризованный свет. Линейно поляризованный, поляризованный по кругу, эллипсу. Закон Малюса. Естественный свет.
- •Поляризация света при отражении. Формулы Френеля. Угол Брюстера, закон Брюстера.
- •Поляризация при двойном лучепреломлении. Обыкновенные и необыкновенные лучи.
- •Прохождение линейно поляризованного света через кристалл, пластинку, вырезную параллельно оптической оси.
- •Искусственное двойное лучепреломление
- •Получение поляризованного света на основе двойного лучепреломления. Призма Николя. Дихроизм.
- •Оптически активные среды. Вращение плоскости поляризации. Эффект Фарадея.
- •Явление дисперсии. Нормальная и аномальная дисперсия. Электронная теория дисперсии.
- •Поглощение и рассеяние излучения. Закон Бугера. Рассеяние излучения в мутных средах.
- •Тепловое излучение. Энергетическая светимость. Спектральная плотность светимости. Абсолютно чёрное тело. Закон Кирхгофа. Закон Стефана-Больцмана.
- •2.1. Тепловое излучение тел.
- •2.3.4. Закон Стефана – Больцмана
- •Формула Планка. Закон Вина.
- •2.3.1. Формула Планка.
- •2.3.2. Закон смещения Вина.
- •Оптическая пирометрия. Температуры. Принцип измерения температуры.
- •3. Оптическая пирометрия.
- •3.1. Радиационная температура.
- •Элементарная теория эффекта Комптона.
- •Давление света.
- •Строение атома. Опыты Резерфорда. Постулаты Бора. Теория атома водорода.
- •2.4. Закономерности в атомных спектрах.
- •Гипотеза де Бройля. Соотношение неопределённостей Гейзенберга.
- •Волновая функция. Уравнение Шредингера.
- •Состав атома ядра и его размеры. Ядерные силы. Модели ядра. Энергия связи и дефект массы ядра. Удельная энергия связи.
- •Радиоактивность. Закон радиоактивного распада.
2.4. Закономерности в атомных спектрах.
При проведении экспериментальных исследований спектров излучения водорода Бальмер установил, что атомы водорода (как и атомы других элементов) излучают электромагнитные волны строго определённых частот. Причем оказалось, что величину, обратную длине волны спектральной линии, можно рассчитать, как разность, некоторых двух величин, которые называются спектральными термами, т.е. справедливо соотношение:
(12)
Количественная обработка экспериментально полученных спектров водорода показала, что термы можно записать следующим образом:
(13)
где R – постоянная Ридберга, а n – целое число, которое может принимать ряд целых значений 1,2,3...
С учетом вышесказанного длину волны любой спектральной линии водорода можно рассчитать по обобщенной формуле Бальмера:
(15)
где числа n1 и n2 могут принимать значения: n1 = 1,2,3...; n2 = n1, n1+1, n1+2 …
Длины волн, рассчитанные по формуле (15), очень точно совпали с экспериментально измеренными значениями длин волн в спектре излучения водорода.
Сопоставив формулы (11) и (15) можно заключить, что формула (11) это та же обобщенная формула Бальмера, но полученная теоретически. Следовательно, значение постоянной Ридберга можно рассчитать по формуле:
(16)
Числа n1, n2 –это квантовые числа, являющиеся это номерами стационарных орбит между которыми происходит квантовый скачок электрона. Если измерить значение постоянной Ридберга экспериментально, то, воспользовавшись соотношением (16) можно рассчитать постоянную Планка h.
Гипотеза де Бройля. Соотношение неопределённостей Гейзенберга.
Де Бройль выдвинул гипотезу об универсальности корпускулярного волнового дуализма, т.е. свойствами волны частицы обладают не только фотоны, но и микрочастицы.
Для фотона .
Ввиду единства всех материй такое же выражение должно быть и для микрочастицы, т.е. можно прописать , где h – длина волны Де Бройля, p – импульс частиц.
В подтверждение гипотезы служит дифракция электронов в кристаллах (электронные частицы создают дифракционную картину). Гейзенберг, учитывая волновые свойства микрочастиц и связанные с волновой ограничением, пришёл к выводу, что любой объект микромира нельзя одновременно характеризовать определённой координатой и импульсом, и предложил соотношение между p и координатой:
Гейзенберг предложил соотношение неопределённости для энергии и времени:
, где – неопределенность энергии. Чем больше в каком-то состоянии, тем меньше .
Волновая функция. Уравнение Шредингера.
Физикой микрочастиц, учитывая волновые свойства, является квантовая механика. Особенностью квантовой механики является использование вероятностного подхода к описанию микрочастиц. Состояние микрочастиц должно описываться волновой функцией, связанной с вероятностью. Т.к. функция меняется по волновому закону, т.е. принимает положительные и отрицательные значения, она сама не может быть вероятностью. Бором было установлено, что механическим смыслом обладает не сама эта функция, а её квадрат. Эту функцию назвали волновой или ψ функцией. – плотность вероятности, т.е. соотношение вероятности dW того, что частица находится в объёме dV=dxdydz к величине этого объёма.
Если известен , то легко вычислить радиус орбиты электрона в атоме . Функция должна быть конечной, однозначной и непрерывной. Она удовлетворяет условию нормировки.
- т.е. вероятность нахождения частицы в пространстве =1.
Все ψ удовлетворяют принципу суперпозиции, т.е. если она может находиться в некоторых состояниях ψ1, ψ2…, то возможно также состояние ψ, которое является линейной комбинацией этого состояния , где Ci – весовые коэффициенты. Уравнение, решением которого является вид функции ψ, постулировано Шлебенсором в 1926: , где , m – масса; - оператор Лапласа; U(xyzt) – потенциальная энергия микрочастицы в внешнем поле.
Для стационарного случая, когда U(xyzt) не зависит от времени, функцию ψ(xyz) можно записать , . => .
В общем виде оно не решается. Конкретный вид его определяется начальными граничными условиями. Решение существует только для определённых E, т.е. такая частица имеет дискретный спектр.