115

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ

Астраханский инженерно-строительный институт

Кафедра физики

Учебно-методическое пособие для практических занятий по физике разделы: «Оптика. Квантовая механика. Основы атомной и ядерной физики»

Астрахань

2006

Учебно – методическое пособие рекомендовано для студентов инженерно-строительных специальностей высших учебных заведений. Содержит практические задания по курсу: «Оптика. Квантовая механика. Основы атомной и ядерной физики».- Астрахань, 2006.- 119 с.

Утверждено к печати на заседании кафедры физики АИСИ.

Протокол № 6 от 11.01.2006 г.

Утверждено на заседании МС АИСИ

Протокол № 3 от 20.01. 2006 г.

Авторы: Марвина Л.А, д.ф.- м.н., проф., зав. каф. физики АИСИ,

Евсина Е.М., ассис. кафедры физики,

Меркулова В.В., ассис. кафедры физики

Рецензент: Шафиев М.И., к.п.н., доцент, декан факультета

довузовской подготовки Астраханского

Государственного Университета

Смирнов В.В., к.ф.-м.н., доцент кафедры

общей физики Астраханского

Государственного Университета

 Марвина Л.А., Евсина Е.М., Меркулова В.В.

 Астраханский инженерно-строительный институт

ВВЕДЕНИЕ

Учение о свете (оптика) занимает среди других разделов физики особое место. Если электродинамика и атомная физика развивались как части точной науки, то основные представления о свете (при помощи зрения мы получаем около 90 % сведений об окружающем нас макромире) человек выработал еще на заре цивилизации. Прямолинейное распространение света в свободном пространстве и образование теней от непрозрачных препятствий еще в древности породило представление о свете – потоке прямолинейно движущихся частиц. Гораздо позже, в XVII веке, более тонкие наблюдения выявили также волновые свойства света (интерференция, дифракция). В семидесятых годах XIX века Максвелл в теории «Электродинамика» связал оптику с электромагнетизмом, указав на единую природу света и предсказанных им электромагнитных волн.

Подробное изучение взаимодействия света с веществом и процессов излучения показало, что волновые представления недостаточны для понимания этих явлений, и в конечном счете привело к коренным изменениям наших взглядов на природу света и элементарных частиц, взаимодействующих со светом, - появилась и быстро развивалась квантовая механика, где кажущиеся противоречия между волновыми и корпускулярными свойствами света (и вещества) нашли свое объяснение.

В пособии рассмотрены геометрическая оптика, волновая природа света, поляризация, дисперсия и рассеяние света, взаимодействие излучения с веществом и излучение света веществом, квантовые свойства света, элементы квантовой механики и начала ядерной физики.

Содержание

Стр.

Введение	3
1. Геометрическая оптика.	5
2. Поляризация и дисперсия света.	20
3. Интерференция и дифракция света.	32
4. Элементы квантовой оптики.	55
5. Элементы квантовой физики. Принцип неопределенности Гейзенберга.	71
6. Квантовые состояния. Уравнение Шредингера.	79
7. Атом водорода. Сериальные закономерности.	96
8. Элементы ядерной физики.	106
Приложения	116
Список использованной литературы	119

1. Геометрическая оптика Краткая теория

Геометрическая (лучевая) оптика представляет собой простой приближенный метод построения изображений в оптических системах. Из каждой точки S светящегося пред­мета проводят пучок лучей и отыскивают точку их пересече­ния после прохождения оптической системы.

S

Рис. 1.1.

Схематическое изображение точки S светящегося предмета

Из этой точ­ки лучи расходятся дальше, как будто бы точка являлась самостоятельным источником света. Поэтому она называет­ся изображением светящейся точки S. Совокупность изоб­ражений всех точек светящегося объекта представляет собой изображение этого объекта, полученное с помощью данной оптической системы.

При построении изображений в геометрической оптике исходят из следующих приближений:

1. Свет в однородной среде распространяется прямоли­нейно.

2. Отдельные лучи распространяются независимо друг от друга.

3. При переходе луча из среды с показателем преломле­ния п в среду с показателем преломления п' на границе раздела выполняется соотношение между углом падения i и углом преломления r:

(1.1)

Отражение рассматривается как частный случай преломления обратно в первую среду и ход лучей определяется простой подста­новкой в полученные из закона преломления (1.1) соотношения п' = - п. Частичное отражение лучей при преломлении и частичное поглощение их при отражении не учитываются.

4. Расчет ведется лишь для лучей, падаю­щих и отражающихся под столь малыми углами, что для них можно пользоваться приближенными соотношениями:

(1.2)

Постулаты геометрической оптики:

1. Обратимости светового луча;

Если луч, пройдя точку А (см. рис. 1.2), проходит затем через точку В, то, если бы он сначала шел через точку В (в обратном направлении), он обязательно прошел бы и через точку А.

Рис. 1.1.

Рис. 1.2.

Графическое изображение принципа обратимости светового луча: ( I – первая среда; II – вторая среда; А и В – начальная и конечная точки, лежащие в разных средах; D – произвольная точка, где луч пересекает границу раздела; i – угол падения; r – угол преломления; х – расстояние от точки А то точки D; - скорость распространения в первой среде; - скорость распространения во второй среде)