 |
|
Зависимость между длиной световой волны и частотой электромагнитных колебаний
Конспект лекций по физике
Раздел 5
Волновая оптика.
Квантовая оптика.
Физика атома.
Эволюция Вселенной
Д.Н. Пафомов
Санкт-Петербург
2012 г
Оглавление
Волновая оптика................................................................................................................ 4
Электромагнитная природа света. Зависимость между длиной световой волны и частотой электромагнитных колебаний 4
Световой поток, сила света, освещенность, яркость........................................... 5
Принцип Гюйгенса. Законы отражения и преломления света......................... 6
Когерентность и монохроматичность. Интерференция света.......................... 9
Дифракция света в щели и в дифракционной решетке..................................... 11
Понятие о поляризации света.................................................................................. 13
Понятие о голографии................................................................................................ 15
Дисперсия света. Разложение белого света призмой. Цвета тел. Виды спектров. Спектральный анализ 18
Электромагнитное излучение в различных диапазонах длин волн.
Понятие о парниковом эффекте............................................................................... 20
Оптические приборы.................................................................................................. 21
Зеркала…………………………………………………………………………21
Линзы…………………………………………………………………………..25
Квантовая физика. Квантовая оптика..................................................................... 29
Квантовая гипотеза Планка. Распределение энергии в спектре излучения 29
Лазер………………………………………………………………………… 31
Внешний фотоэффект и его законы. Внутренний фотоэффект. Применение фотоэффекта в технике. Давление света. 36
Физика атома................................................................................................................... 39
Радиоактивность. Опыты Резерфорда. Планетарная модель
атома. Постулаты Бора............................................................................................ 39
Экспериментальные методы регистрации заряженных частиц................... 41
Биологическое действие радиоактивных лучей................................................ 42
Состав ядер. Общие сведения об элементарных частицах.
Ядерные силы. Дефект массы. Энергия связи..................................................... 43
Деление тяжелых атомных ядер............................................................................. 45
Эволюция Вселенной....................................................................................................... 48
Термоядерный синтез. Эволюция звезд................................................................ 48
Понятие о космологии. Строение и развитие Вселенной................................ 51
А н н о т а ц и я
Настоящий конспект лекций разработан на факультете среднего профессионального образования Санкт-Петербургского университета информационных технологий, механики и оптики, рассмотрен предметно-цикловой комиссией естественнонаучных дисциплин и рекомендован для использования в учебном процессе факультета.
Конспект лекций предназначен для студентов учреждений среднего профессионального образования, закончивших не менее 9 классов общеобразовательной школы.
В конспекте рассмотрены следующие темы: волновая оптика, квантовая оптика, физика атома и понятие об эволюции Вселенной. Полнота изложения тем соответствует требованиям программы средней школы.
Волновая оптика
Электромагнитная природа света.
Зависимость между длиной световой волны и частотой электромагнитных колебаний
Часть физики, рассматривающую световые явления, называют оптикой (от греческого “оптикос” - зрительный), а сами световые явления называют оптическими.
Голландский ученый Гюйгенс создал волновую теорию света, а Максвелл выдвинул гипотезу об электромагнитной природе света, которая и была подтверждена многими опытами. Согласно этой теории всякое световое излучение является электромагнитными волнами. К видимому световому излучению относятся электромагнитные волны с частотой излучения 
от 
Гц (красный) до 
Гц (фиолетовый). В этом интервале каждой частоте соответствует свой цвет излучения.
Длина световой волны всегда может быть вычислена по формуле: 
.
|
760 нм – красный цвет
Наиболее точный результат измерения скорости света в воздухе механическими способами получил американец Майкельсон.
Источник света
Приемник света (труба)
Рисунок 1. Метод измерения скорости света по Майкельсону
На центробежной машине (рисунок 1) был установлен барабан с зеркальными гранями, число которых обозначим К. Три зеркала размещались так, чтобы через приемник света можно было отчетливо видеть свет от источника света. Расстояние 
от барабана до зеркала З1 составляло 35,4263 км, и было тщательно измерено с точностью до 1 см. Если барабан начинали вращать, изображение исчезало. С постепенным увеличением скорости вращения барабана 
при некотором числе оборотов n в минуту наблюдатель снова отчетливо видел изображение источника света. Это означало, что пока свет шел между зеркалами, барабан успевал повернуться ровно на 1 грань. Тогда время поворота 
В результате Майкельсон установил, что скорость света в вакууме С=299796±4 км/с.
Наиболее точное на сегодня экспериментально полученное значение скорости света в вакууме: С = 299 792 456,2±0,2 м/с.
Скорость распространения электромагнитных волн в какой-либо среде зависит от свойств окружающей среды и выражается:
, в вакууме: 
.
Величину, характеризующую зависимость скорости распространения света от рода среды, называется оптической плотностью среды. Она измеряется численным значением абсолютного показателя преломления среды 
.
Для воздуха n=1,003, т.е. можно считать, что скорость света в воздухе почти равна скорости света в вакууме.
Поскольку при попадании света из вакуума в любую другую среду скорость света уменьшается, а частота (цвет) остается постоянной, то значит длина волны света тоже уменьшается.