Методичні вказівки до практичних занять з фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів заочників інженерно технічних спеціальностей icon

Методичні вказівки до практичних занять з фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів заочників інженерно технічних спеціальностей




НазваМетодичні вказівки до практичних занять з фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів заочників інженерно технічних спеціальностей
Сторінка1/5
Дата18.10.2012
Розмір1.18 Mb.
ТипМетодичні вказівки
  1   2   3   4   5

  1. МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ




        1. Запорізький національний технічний університет










          1. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ



до практичних занять з фізики.

Розділ: Оптика, фізика атома.

Для студентів – заочників інженерно – технічних спеціальностей



2004


Методичні вказівки до практичних занять з Фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів – заочників інженерно – технічних спеціальностей / Укл.: В.В. Чижов, М.І. Правда, В.П. Курбацький, В.Г. Корніч. – Запоріжжя: ЗНТУ, 2004. – 64 с.


Укладачі: В.В. Чижов, ст. викладач, .

М.І. Правда, доцент, к.ф.н.

В.П. Курбацький, ст. викладач,

В.Г. Корніч доцент, к.ф.н.


    1. ^

      Рецензент: В.Г. Корніч доцент, к.ф.н.



Експерт: В.М. Онуфрієнко, професор, к.ф.м.н.


Відповідальний за випуск: В.Г.Корніч, доцент, к.ф.н.


Затверджено

на засіданні кафедри

фізики


Протокол № 1

від 21.01.2004



                1. ЗМІСТ



Оптика.....................................................................................................................5

    1. Хвильова оптика…………………………………..…………………………5

    2. Інтерференція світла........................................................................................6

    3. Дифракція світла..............................................................................................7

    4. Електромагнітні хвилі в речовині.....................................................................................9

    5. Закони теплового випромінювання............................................................. 11

    6. Фотони.............................................................................................................14

    7. Ефект Комптона..............................................................................................14

    8. Фотоефект.......................................................................................................15

    9. Світловий тиск................................................................................................16



                1. Фізика атома.........................................................................................................48

.



                1. ВСТУП



Ці вказівки призначені для студентів заочників усіх інженерно-технічних спеціальностей з метою допомогти їм самостійно виконати контрольну роботу. Для цього приводиться коротка теоретична части­на і наведені приклади розв’язку найбільш типових задач. Крім цього приведена програма теоретичного курсу та задачі для контрольних ро­біт.

Контрольну роботу потрібно виконувати в окремому зошиті об’ємом близько 20 аркушів. Умову задачі переписувати пов­ністю. Розв’язок задачі супроводжувати вичерпним, але коротким текстовим поясненням. При необхідності потрібно робити малюнок. Роз­в’язок виконувати в загальному вигляді. Обов’язково перевірити розмірність та зробити необхідний числовий розрахунок. Розв’язок закінчується словом “Відповідь” після якого вона і записується.

Здається (і захищається) КР безпосередньо викладачу, який призначений для даних навчальних груп кафедрою. Захист КР відбуваєть­ся в процесі індивідуальної співбесіди викладача зі студентом.

Необхідний варіант контрольної роботи студент вибирає за ос­танньою цифрою номера своєї залікової книжки.


  1. Література


1. Трофимова Т.И. Курс физики – М,: Высшая школа 1885.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М., Курс физики – М: Высшая

школа.

3. Савельев И.В. Курс общей физики – М,: Наука, 1979. т.

1, 2, 3.

4. Чолпан П.П. Фізика – К,: Вища школа, 2002.

1 ОПТИКА

    1. ^

      Хвильова оптика



Одиниці вимірювання фотометричних величин СТІ у Міжнарод­ній системі одиниць.

І. Сила світла (основна .величина): I = 1 свічка (св).

2. Світловий потік ; якщо I = 1 св, тілесний кут стерадіан (стер), то = 1 люмен (лм.)

Повний світловий потік випромінюваний джерелом, силою світла Ісв:



3. Освітленість поверхні Е, на яку падає світловий потік:

.

Якщо Ф = 1 лм, S = 1 м2, то Е = 1 лм/м2 = 1 люкс (лк).

4. Світність поверхні R, що випромінює світловий потік Ф лм



Якщо Ф = 1лм, S = 1 м2, то R = 1 лм/м2.

5. Яскравість В плоскої поверхні, що світиться:

.

де ? - кут між напрямком спостереження і нормаллю до поверхні.

Якщо І = 1 св, S = 1 м2, ? = 0, то В = 1 св/м2 = 1 нит (нт).

Деякі формули, що застосовуються для розв'язання задач з оптики (хвильової та квантової),

1. Оптична сила тонкої двоопуклої сферичної лінзи:



де n – відносний показник заломлення, R1 і R2 радіуси кривизни поверхні лінзи.

2. Формула для дзеркала Френеля:



де ? - довжина світлової хвилі, d – відстань між уявними джерелами світла, Н – відстань екрана від джерела світла, D – відстань між центральною світлою інтерференційною смугою та найближчою до неї світловою смугою на екрані.


^ 1.2 Інтерференція світла

При накладанні двох монохроматичних хвиль однакової частоти результу­юча інтенсивність визначається за формулою

(1)

де І1 – інтенсивність однієї хвилі, І2 – інтенсивність другої хвилі - різниця фаз хвиль; - оптична різниця ходу від двох когерентних джерел, які мають однакову фазу коливань; і - показники заломлення; і - шляхи відповідних хвиль; - довжина хвилі у вакуумі. Умови інтерференційних максимумів

? = ?m?0(m = 0, 1, 2,…) (2)

і мінімумів . (3)

Довжина, час і радіус когерентності пов'язані співвідношення­ми: ; (4)

де - ступінь монохроматичності світла: - кутовий розмір дже­рела. Граничний порядок інтерференції, який спостерігається,

. (5)

При відбитті світла від оптично більш густого середовища фаза хвилі змі­нюється стрибком на ?.

Різниця ходу світових хвиль, відбитих від верхньої та нижньої поверхонь тонкої пластинки,

, (6)

де b – товщина пластинки; ? - кут падіння хвиль.

Радіуси світлого і темного кілець Нютона з номером т у відбитому світлі (R – радіус кривизни лінзи): (m = 1, 2, 3, …)

(7)

(m =1, 2, 3, …) (8)


^ 1.3 Дифракція світла

Дифракція Френеля від круглого отвору радіуса r.

Кількість відкритих зон Френеля

, (9)

де а – відстань від джерела до перепони; b – відстань від перепони до точки спостереження.

Дифракція Фраунґофера від щілини при нормальному падінні світла. Розподіл інтенсивності за напрямом

(10)

де ^ I0 - інтенсивність у центрі дифракційної картини; b – ширина щілини; φ – кут дифракції.

Умова мінімумів інтенсивності

(k = 1, 2,.3,...). (11)

Умова максимумів інтенсивності

(m = 1, 2, 3,…) (12)

При нормальному падінні плоскої монохроматичної хвилі на дифракційну гратку інтенсивність у точці, положення якої визначається кутом дифракції φ,

, (13)

де - інтенсивність, створювана однією щілиною; ,

N - кількість щілин у гратці.

Положення головних максимумів

(m = 0, 1, 2,…) (14)

де d – період гратки; т – порядок головного максимумів. Положення головних мінімумів (k = 1, 2, 3,…) (15)

де b – ширина-щілини.

Положення додаткових мінімумів

(16)

Кількість головних максимумів при нормальному падінні хвилі.

(17)

Кутова та лінійна ; дисперсії дифракційних граток

; (18)

, (19)

де δφ – кутова відстань; δ – лінійна відстань між спектральними лініями, які відрізняються за довжиною хвилі на δλ; f – фокусна відстань лінзи, яка проектує спектр на екран.

Роздільна здатність дифракційної гратки

(20)

Роздільна здатність об'єктиву

(21)

де D – діаметр об'єктива.

Формула Брегга-Вульфа для дифракції рентгенівських променів

(m = 1, 2, 3,…) (22)

де ? - кт ковзання; d – відстань між атомними площинами.

^ 1.4 Електромагнітні хвилі в речовині

Площина поляризації —площина, в якій коливається світловий вектор (Е). Закон Малюса

І = І0 соs2? (23)

де І, І0 – відповідно інтенсивність плоскополяризованого світла, що пройшло через поляризатор і інтенсивність падаючого плоскополяризованого світла; φ – кут між площиною поляризації падаючого світла і пло­щиною пропускання лоляризатора.

Ступінь поляризації плоскополяризованого світла

P = (Imax Imin) / ( Imax + Imin), (24)

де - відповідно максимальна і мінімальна інтенсивності частко­ве поляризованого світла, що пройшло через аналізатор.

Закон Брюстера (25)

де ?B - кут падіння, при якому відбита світлова хвиля максимально поляризована; - відповідно показник заломлення середовища на яке падає світло, і показник заломлення середовища, з якого падає світло на межу поділу.

Коефіцієнт відбиття при нормальному падінні

(26)

Коефіцієнт пропускання при нормальному падінні

(27)

Формули Френеля для інтенсивності світла, відбитого від межі поділу двох діелектриків:

; , (28)

де і ^ I?? - інтенсивності відбитого світла, у якого коливання світло­вого вектора відповідно є перпендикулярними і паралельними площині падіння; I0інтенсивність падаючого природного світла; ?1 - кут падіння; ?2 – кут заломлення.

Кут φ повороту площини поляризації оптично активними речовинами:

а) у твердих тілах:

, (29)

де α – стала обертання; l – довжина шляху, який пройшло світло в оптично активній речовині;

б) у чистих рідинах

, (30)

де [α] – питоме обертання; ρ – густина речовини;

в) у розчинах

(31)

де с — концентрація оптично активної речовини у розчині.

Магнітне обертання площини поляризації

(32)

де V – стала Верде; Н – напруженість магнітного поля, l шлях світла.

Діелектрична проникність речовини; (згідно з елементарною теорією дисперсії)

(33)

де - концентрація електронів з власною частотою ; е, т - заряд і маса електрона.

Зв'язок між показником заломлення і діелектричною проникніс­тю для неферомагнітного середовища в оптичній області спектра

(34)

При поширенні в речовині монохроматичної хвилі її інтенсив­ність зменшу­ється згідно з законом

(35)

де - інтенсивність падаючої хвилі; ^ I – інтенсивність хвилі після проникнення в речовину на відстань х; α – лінійний показник ослаб­лення (внаслідок поглинання і розсіювання).

Подвійне променезаломлення в ізотропній речовині, яку помі­щено в електричне поле,

(36)

де - різниця фаз між звичайним і незвичайним променями; ^ В -кое­фіцієнт Керра; l – довжина шляху променя; Е – напруженість елек­три­чного поля.

Кут ? між напрямами поширення випромінювання Вавілова –Черенкова і вектором швидкості V частинки, яка рухається у речовині з надсвітловою швидкістю

(37)



^ 1.5 Закони теплового випромінювання

Випромінювання світла відбувається в результаті переходів ато­мів і молекул із станів з більшою енергією в стани з меншою енергією. Теплове випромінювання відрізняється від інших видів випроміню­ва­ння (люмінесценції) способом переходу систем, що випромінюють, у збуджені стани. При тепловому випромінюванні такий перехід відбу­вається за рахунок теплового руху атомів та молекул. Інтенсивність теплового випро­мінювання характеризується енергетичною світиміс­тю Re, яка визначається як кількість променевої енергії, що емітується одиницею поверхні тіла за одиницю часу, тобто:

(38)

де ^ Q – енергія, що випромінюється тілом з площі S за час ?t.

Теплове випромінювання складається з хвиль різної довжини λ. Доля енергетичної світимості, яка припадає на елементарний інтервал має вигляд: dRe = rλ, тому енергетична світимість може бути пред­ставлена у вигляді:

, (39)

де rλ – емісійна здатність тіла, або густина енергетичної світимості, яка

визначається як:

.

Нехай на елементарну площину dS в діапазоні хвиль падає потік променевої енергії λ. Частина цього потоку dФ′λ поглинається тілом. Тоді величина:

(40)

називається поглинальною здатністю тіла.

Тіло, що поглинає випромінювання будь-якої довжини хвилі на­зивається абсолютно чорним. Для абсолютно чорного тіла α = 1. Якщо для деякого тіла α < 1 і для всіх довжин хвиль λ стале, то таке тіло називається сірим.

Відношення емісійної здатності rλ до поглинальної здатності α не залежить від природи тіла і дорівнює r0λ – густині енергетичної світимості абсолютно чорного тіла:

. (41)

Формула (41) називається законом Кірхгофа.

Згідно з законом Стефана-Больцмана енергетична світимість аб­со­лютно чорного тіла:

Re = σТ4, (42)

а для сірого тіла:

e = ασ Т4, (43)

де Т – абсолютна температура, а σ – стала Стефана-Больцмана, яка дорівнює:

σ ? 5,67?10– 8 , а величина α < 1, має назву коефіцієнта чорноти.

Графік залежності густини енергетичної світимості абсолютно чо­рного тіла rλ від довжини хвилі λ представлено на рис. 1.1.
  1   2   3   4   5

Схожі:

Методичні вказівки до практичних занять з фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів заочників інженерно технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики розділ „фізика твердого тіла частина 1 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Методичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики. Розділ „Фізика твердого тіла”. Частина Для студентів інженерно-технічних...
Методичні вказівки до практичних занять з фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів заочників інженерно технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики розділ „фізика твердого тіла частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Методичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики. Розділ „Фізика твердого тіла”. Частина Для студентів інженерно-технічних...
Методичні вказівки до практичних занять з фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів заочників інженерно технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до лабораторних робіт з фізики оптика Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Методичні вказівки до лабораторних робіт з фізики. Оптика. Для студентів інженерно-технічних спеціальностей денної форми навчання...
Методичні вказівки до практичних занять з фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів заочників інженерно технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики Розділ „коливання та хвилі частина 1 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Методичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики розділ „Коливання та хвилі”. Частина Для студентів інженерно-технічних спеціальностей...
Методичні вказівки до практичних занять з фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів заочників інженерно технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики Розділ „коливання та хвилі частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Методичні вказівки до лабораторного практикуму з фізики розділ „Коливання та хвилі”. Частина Для студентів інженерно-технічних спеціальностей...
Методичні вказівки до практичних занять з фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів заочників інженерно технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до контрольної роботи №1 з фізики. Механіка. Молекулярна фізика. Термодинаміка. Електродинаміка. Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Методичні вказівки до контрольної роботи №1 з фізики. Механіка. Молекулярна фізика. Термодинаміка. Електродинаміка. Для студентів...
Методичні вказівки до практичних занять з фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів заочників інженерно технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 2 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Механіка. Молекулярна фізика. Частина Для студентів інженерно-технічних спеціальностей денної форми навчання / Укладачі: Лоскутов...
Методичні вказівки до практичних занять з фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів заочників інженерно технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до лабораторних робіт з фізики механіка. Молекулярна фізика Частина 1 Для студентів інженерно-технічних спеціальностей
Механіка. Молекулярна фізика. Частина Для студентів інженерно-технічних спеціальностей денної форми навчання / Укладачі: Лоскутов...
Методичні вказівки до практичних занять з фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів заочників інженерно технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до практичних занять з дисципліни "Фізика" розділ механіка, термодинаміка для студентів технічних спеціальностей заочної форми навчання
Методичні вказівки до практичних занять з дисциплини “Фізика” розділ механіка, термодинаміка для студентів заочної форми навчання...
Методичні вказівки до практичних занять з фізики. Розділ: Оптика, фізика атома. Для студентів заочників інженерно технічних спеціальностей iconМетодичні вказівки до практичних занять та контрольних робіт з фізики. Розділ: електрика та магнетизм. Для студентів технічних спеціальностей заочної форми навчання
Методичні вказівки до практичних занять з Фізики, розділ електрика та магнетизм, для студентів заочної форми навчання / Укл.: В....
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи