Материал, составляющий содержание данного учебного пособия, сгруппирован в шесть тем: интерференция света, дифракция света, взаимодействие света с веществом, поляризация света, тепловое излучение, квантовая оптика, в которых последовательно изучаются волновые и квантовые свойства света, его физическая природа и взаимодействие с окружающей средой. <...> 5 1 ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА 1.1 Развитие представлений о природе света Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян. <...> Для случая преломления света на границе вакуум–среда корпускулярная теория приводила к следующему виду закона преломления sin sin света в среде. <...> Таким образом, корпускулярная теория Ньютона содержала в себе элементы волновых представлений. <...> 6 Волновая теория, в отличие от корпускулярной, рассматривала свет как волновой процесс, подобный механическим волнам. <...> Рисунок 1.1 – Построения Гюйгенса для определения направления преломленной волны Для случая преломления света на границе вакуум–среда волновая теория приводит к следующему выводу sin sin c n . <...> Волновая теория приводит к выводу: c , тогда как согласно корпускулярной теории c . <...> 7 Таким образом, к началу XVIII века существовало два противоположных подхода к объяснению природы света: корпускулярная теория Ньютона и волновая теория Гюйгенса. <...> Корпускулярная теория была отвергнута и восторжествовала волновая теория. <...> Важным подтверждением такой точки зрения послужило совпадение скорости света в вакууме с электродинамической постоянной c 1 0 0 природа света получила признание после опытов Г. Герца (1887 – 1888 гг.) по исследованию электромагнитных волн. <...> В начале XX века после опытов П. Н. Лебедева по измерению светового давления (1901 г.) электромагнитная теория света превратилась в твердо установленный факт. <...> Электромагнитная теория света позволила объяснить многие оптические явления, такие как интерференция, дифракция, поляризация и т. д. <...> Для объяснения таких явлений <...>
Физика._Часть_VII._Оптика_Учебное_пособие_.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
Лесосибирский филиал
В.М. ЛАРЧЕНКО
Ф И З И К А
Часть VII
Оптика
Утверждено редакционно-издательским советом СибГТУ
в качестве учебного пособия для изучения раздела курса студентами
специальностей 080502.65, 250401.65, 250403.65, 150405.65
очной, заочной и очно-заочной форм обучения
КРАСНОЯРСК
2011
Стр.2
УДК 535
Л 25
Ларченко, В.М. Физика. Часть VII. Оптика: Учебное
пособие для
изучения раздела курса студентами специальностей 080502.65, 250401.65,
250403.65, 150405.65 очной, заочной и очно-заочной форм обучения / В.М.
Ларченко - Красноярск: СибГТУ, 2011. - 120 с.
Изложены теоретические основы раздела “Оптика” курса физики, где
приведены сведения по основным понятиям, формулам и законам, а также
свойствам изучаемых объектов. В конце каждой темы рассмотрены
основные методы и приведены примеры решения типовых задач.
Рецензенты: канд. физ. - мат. наук, доц. А.Н. Лупик (ЛПИфСФУ);
канд. техн. наук, доцент Т.Г. Зингель (научно-методический
совет СибГТУ).
В.М. Ларченко, 2011
ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический
университет», Лесосибирский филиал СибГТУ, 2011
Стр.3
3
ВВЕДЕНИЕ
Изучение раздела “Оптика”, как одного из основных разделов курса
физики, не только формирует научное мировоззрение, но и закладывает
фундамент для освоения как естественных, так и специальных дисциплин
и способствует развитию физического мышления студентов, познанию ими
современной физической картины мира
Цель учебного пособия - помочь студентам полнее и глубже усвоить
теоретический материал, полученный ими на лекциях, ознакомиться с
основными методами решения типовых задач и подготовиться к
выполнению контрольной работы по разделу “Оптика” курса физики.
Материал, составляющий содержание данного учебного пособия,
сгруппирован в шесть тем: интерференция света, дифракция света,
взаимодействие света с веществом, поляризация света, тепловое излучение,
квантовая оптика, в которых последовательно изучаются волновые и
квантовые свойства света, его физическая природа и взаимодействие с
окружающей средой. Каждая тема начинается с теоретических основ, где
приведены сведения по основным понятиям, формулам и законам, а также
свойствам изучаемых объектов и явлений.
В каждой теме приведены контрольные вопросы, которые помогут
студенту обратить внимание на главные положения изучаемой темы.
При изучении раздела курса физики “Оптика” большое значение
имеет умение решать задачи. Поэтому в конце каждой темы рассмотрены
примеры решения типовых задач. В этих задачах освещаются
теоретические вопросы, изложение которых позволяет составить более
полное представление о свойствах света, изучаемых в данном пособии.
Стр.4
4
Поглощательная способность
Полосы равного наклона
Полосы равной толщины
Поляризаторы
Поляроиды
Призма дисперсионная
Призма николя
Принцип Гюйгенса-Френеля
СОДЕРЖАНИЕ
Просветление оптики
Работа выхода
Рассеяние света
Свет поляризованный
Свет естественный
Температура абсолютная
Тепловое излучение
Фотон
Введение ……………………………………………………………………...3
1 Интерференция света .......................................................................5
1.1 Развитие представлений о природе света …………………………..5
1.2 Интерференция света. Когерентность ……………..………….........9
1.3 Методы наблюдения интерференции света ….……….….……......11
1.4 Интерференция света в тонких пленках……………. ………..... …14
1.5 Применение интерференции света …………………….……….. …18
1.6 Контрольные вопросы ….…………………………….…………… ..20
1.7 Примеры решения задач ..……………………………….………. ..20
2 Дифракция света ………………………… …….………...….………..25
2.1 Принцип Гюйгенса – Френеля. Метод зон Френеля …..….………25
2.2 Дифракция Френеля …… ………………...…………………..….....27
2.3 Дифракция Фраунгофера ………………………………. …..………29
2.4 Дифракция рентгеновских лучей ………………………………......32
2.5 Голография ..…………………………………………………………36
2.6 Контрольные вопросы ……….……………………………….…….39
2.7 Примеры решения задач…………………………………….....… ...40
3 Взаимодействие света с веществом ………………………………….45
3.1 Дисперсия света ………………………………………………..........45
3.2 Электронная теория дисперсии света ………..………….....………48
3.3 Поглощение света …………………………………..…………… ....50
3.4 Излучение Вавилова-Черенкова ……………………………………51
3.5 Контрольные вопросы ………………………………………………53
3.6 Примеры решения задач .……………………………………….. …53
Стр.117
119
4 Поляризация света ……… ………………………..…………..……....59
4.1 Естественный и поляризованный свет ..………………….……….59
4.2 Поляризация при отражении и преломлении ……………….…....63
4.3 Двойное лучепреломление …………………..………………... …..64
4.4 Поляризационные устройства ………… …………….………….... 66
4.5 Контрольные вопросы ………………………………….…………...72
4.6 Примеры решения задач ..………………………..………….………73
5 Тепловое излучение …………………………………………………….78
5.1 Тепловое излучение и его характеристики …………………….....78
5.2 Закон Кирхгофа ………………………. …………………………….80
5.3 Законы теплового излучения ……………………………………......81
5.4 Оптическая пирометрия …………………………………………......84
5.5 Контрольные вопросы …………………………………………….....85
5.6 Примеры решения задач ……………………………………………..85
6 Квантовая оптика ……………………………………………...............89
6.1 Внешний фотоэффект ………………………………………………..89
6.2 Фотонный газ и его свойства ……………………………………….97
6.3 Эффект Комптона …………………………………………………..103
6.4 Корпускулярно-волновой дуализм света …………………………107
6.5 Контрольные вопросы ……………………………………………...111
6.6 Примеры решения задач ……………………………………………112
Библиографический список …….. ……………………………… …116
Приложение А (справочное) Перечень ключевых слов …………117
Стр.118
ВИКТОР МИХАЙЛОВИЧ ЛАРЧЕНКО
Ф И З И К А
Часть VII
Оптика
Учебное пособие
Отв. редактор доц. П.Ф. Акименко
Редактор РИЦ Т.А. Полуэктова
Подписано в печать
Заказ №
. Усл. печ. л.
. Формат 60 х 84 1/ 16.
. Изд. № 10.1
. Тираж 100 экз.
Редакционно-издательский центр СибГТУ
660049, г. Красноярск, пр. Мира, 82
Факс (391) 211-97-25
Телефон (391) 227-69-90
Стр.119