Прямая доставка чая из Китая

Гуманитарные науки

Гуманитарные науки

Студенческий файлообменник

Студенческий файлообменник

Выполнение 
работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Выполнение работ на заказ. Контрольные, курсовые и дипломные работы

Занимайтесь онлайн 
        с опытными репетиторами

Занимайтесь онлайн
с опытными репетиторами

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Приглашаем к сотрудничеству преподователей

Готовые шпаргалки, шпоры

Готовые шпаргалки, шпоры

Отчет по практике

Отчет по практике

Приглашаем авторов для работы

Авторам заработок

Решение задач по математике

Закажите реферат

Закажите реферат

Кинематика Механические передачи Молекулярная физика и термодинамика Ядерная физика

Лабораторная работа по физике. Практические занятия

ЭЛЕМЕНТЫ ВОЛНОВОЙ ОПТИКИ

Скорость света в вакууме: с = 299 792 458 ± 1,2 м/с

Волна - процесс распространения колебаний в пространстве.

Фронт волны - поверхность, которая отделяет колеблющиеся частицы от частиц, еще не пришедших в колебательное движение.

Волновая поверхность - совокупность точек, колеблющихся в одинаковых фазах.

Плоская волна - волна, фронт которой есть плоскость.

Когерентные волны - волны одинаковой частоты, колебания в которых отличаются постоянной разностью фаз, не изменяющейся со временем.

Интерференция волн - явление усиления колебаний в одних точках пространства и ослабления колебаний в других точках в результате наложения двух или нескольких волн, приходящих в эти точки.

Дифракция света - явление отклонения света от прямолинейного распространения, когда свет, огибая препятствие, заходит в область геометрической тени.

Принцип Гюйгенса.

Каждая точка фронта волны может рассматриваться как источник вторичных волн. Новое положение фронта волны представляется огибающей этих вторичных волн.

Принцип Гюйгенса-Френеля.

Огибающая поверхность вторичных волн есть поверхность, где благодаря взаимной интерференции элементарных вторичных волн результирующая волна имеет максимальную интенсивность.

Условие max и min в интерференционной картине, создаваемой двумя источниками когерентных волн. (Здесь: - расстояния от источников до точки наблюдения, l - длина волны излучения, n = 0,1,2,3,... (порядок интерференции.))

  - условие минимума

 - условие максимума

Дифракционная решетка - совокупность большего числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.

Условие максимума для дифракционной решетки.

 - где d - период дифракционной решетки, j - угол, под которым наблюдают прошедшее через решетку излучение, l - длина волны излучения, k = 0,1,2,... (порядок максимума интерференционной картины)

Цвета тонких пленок - явление, возникающее при интерференции световых волн, отраженных от внешней и внутренней поверхностей пленки.

Кольца Ньютона - явление, возникающее при интерференции световых волн, отраженных от внешней и внутренней поверхностей воздушной прослойки между стеклянной пластиной и плоско-выпуклой линзой.

Условие отсутствия отражения от тонкой пленки.

 , где h - толщина пленки, l - длина волны излучения, n - абсолютный показатель преломления вещества пленки (см. геометрическую оптику)

Поляризованный луч света - луч, в котором колебания вектора напряженности электрического поля и вектора магнитной индукции происходят во вполне определенных взаимно перпендикулярных плоскостях.

Плоскость поляризации - плоскость, в которой в поляризованном луче света изменяется вектор магнитной индукции.

Естественный свет - совокупность поляризованных лучей, плоскости поляризации которых ориентированы во всевозможных направлениях.

Поляризация света - выделение из пучка естественного света лучей, поляризованных в определенной плоскости.

Квантовая физика.

Какие явления не удалось объяснить на основании классической электромагнитной теории света?

- Это некоторые явления, связанные с излучением и поглощением света веществом: излучение «абсолютно черного тела» и разреженных газов, фотоэффект.

Каковы особенности теплового излучения «абсолютно черного тела» и как они могут быть объяснены на основании гипотезы Планка?

Излучение, причиной которого является возбуждение атомов и молекул вещества вследствие их теплового движения, называется тепловым излучением. Накаленные твердые и жидкие тела и газы при нормальном давлении испускают свет, разложение которого дает непрерывный спектр, в котором спектральные цвета непрерывно переходят один в другой, то есть в излучении представлены волны со всеми частотами.

Для реальных тел, близких по свойствам к абсолютно черному телу (идеальный объект, поглощающий все падающее на него излучение), из опыта известно, что энергия излучения, приходящаяся на очень большие и очень малые частоты, ничтожно мала, а максимальная доля энергии излучения приходится на волны с промежуточными частотами, причем частота их тем больше, чем больше температура излучающего тела.

Классическая теория, в вопиющем противоречии с экспериментом, предсказывала монотонный рост доли энергии излучения с увеличением частоты волн, несущих эту энергию - бесконечно большой частоте должна соответствовать бесконечно большая доля переносимой энергии.

Для устранения этого противоречия Макс Планк выдвинул предположение о том, что атомы излучают энергию только определенными порциями - квантами, причем энергия кванта пропорциональна частоте излучения:

E = hn

энергия излучения = постоянная Планка ´ частота излучения

где h = 6,62´10-34  Дж ´ с - коэффициент пропорциональности, постоянная Планка

Это предположение носит название гипотезы Планка и позволяет согласовать теорию с экспериментом: доля энергии излучения, приходящаяся на волны с очень большими частотами, будет ничтожной, так как в веществе крайне мало частиц, обладающих огромной энергией, соответствующей порции такого излучения.

Какие закономерности были обнаружены при изучении фотоэффекта и как они могут быть объяснены?

- Явление вырывания электронов из вещества под действием падающего на него света носит название фотоэффекта. Результаты экспериментов, проведенных Столетовым и другими учеными при изучении этого явления, могут быть обобщены в виде следующих законов:

1. Количество электронов, вырываемых светом с поверхности металла за 1с, прямо пропорционально поглощаемой за это время энергии световой волны.

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов (Emax = ) линейно возрастает с частотой падающего света (n ) и не зависит от его интенсивности. При частоте света ниже определенной для данного вещества минимальной величины (nкр) фотоэффект не происходит.

Если первый закон вполне согласуется с классическими представлениями, то для объяснения второго Эйнштейну пришлось распространить гипотезу Планка на поглощение света, а заодно и на его распространение:

Свет имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями (Такие порции называют квантами света или фотонами). Энергия E каждой порции излучения в соответствии с гипотезой Планка пропорциональна частоте:

E = hn

Применяя закон сохранения энергии для фотоэлектрона получаем формулу Эйнштейна:

hn = Aвых +  

энергия фотона = работа выхода электрона + кинетическая энергия электрона

В этой формуле Aвых - работа, которую надо совершить для извлечения электрона из металла (работа выхода электрона) – величина, постоянная для данного вещества.

Непосредственно из этой формулы и следует второй закон фотоэффекта:

максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой падающего света и не зависит от его интенсивности:

при частоте света ниже определенной для данного вещества минимальной величины (nкр) фотоэффект не происходит: Þ, то есть энергии фотона не хватит на вырывание электрона.


Что такое корпускулярно-волновая  модель света?

- Процессы, связанные с распространением света, такие, например, как интерференция и дифракция, можно описать при помощи механической модели волны, характеризуемой амплитудой A, частотой n и скоростью распространения в вакууме c.

Процессы же связанные с взаимодействием света с веществом, например излучение или поглощение, можно описать при помощи механической модели, в которой электромагнитная волна с частотой n описывается как поток фотонов – частиц без массы покоя, движущихся в вакууме со скоростью света. Энергия и импульс каждого фотона определяется формулами:

E = hn 

Таким образом, один и тот же физический объект (свет), может в зависимости от ситуации проявлять или волновые, или корпускулярные свойства. Несмотря на то, что представить себе механический объект, являющийся сразу и волной и частицей, невозможно, физики успешно использовали то одну, то другую модель для описания явлений, называя сложившуюся ситуацию корпускулярно-волновым дуализмом. Дальнейшее развитие науки дало возможность в какой-то мере преодолеть это противоречие: свет – поток частиц, но их движение описывается уравнениями, аналогичными волновым.

Какие опыты поставил Вавилов для подтверждения квантовой природы света?

- Основная идея экспериментов заключалась в том, что количество фотонов, падающих в единицу времени на препятствие, находящееся на пути светового потока, будет с течением времени изменяться в небольших пределах, несмотря на то, что средняя интенсивность потока будет оставаться постоянной.

В качестве устройства для измерения интенсивности потока использовался глаз человека, обладающий  ярко выраженным, но очень низким порогом чувствительности: при поступлении в зрачок 10-ти фотонов человек видит вспышку, а при поступлении 9-ти не видит ничего. Эксперимент заключался в том, что человек наблюдал за одинаковыми вспышками, обладающими энергией, приблизительно равной пороговой энергии чувствительности глаза. В соответствии с волновой моделью света человек должен был либо видеть все вспышки подряд (энергия вспышки выше пороговой на сколь угодно малую величину), либо не видеть ни одной (энергия вспышки ниже пороговой). В соответствии с корпускулярной моделью, в одной из вспышек в глаз может попасть 10 фотонов, а в другой, например, 9: это означает, что некоторые вспышки человек увидит, а некоторые нет.

Результаты экспериментов уверенно показали, что человек видит не все вспышки и, следовательно, в данном случае для описания действия света должна быть использована корпускулярной модель.

Какую гипотезу о свойствах частиц выдвинул де Бройль?

- Он предположил, что не только электромагнитная волна при определенных условиях ведет себя как поток частиц, но и наоборот, поток частиц, при некоторых других условиях, ведет себя, как распространяющаяся в направлении движения частиц волна.

Более того, он предложил, что каждая частица, обладающая в данной системе отсчета энергией Е и импульсом , может быть описана плоской волной, характеризуемой частотой  и длиной волны .

Наблюдение дифракции (типично волнового явления) электронов, рассеиваемых поверхностью монокристалла никеля, стало прямым подтверждением выдвинутой гипотезы.

Таким образом, частица вещества, как и фотон, может в зависимости от условий эксперимента проявлять или волновые, или корпускулярные свойства. Такая ситуация в описании частиц носит название корпускулярно-волнового дуализма.

Какую модель предложил Бор для описания атома водорода?

- На основании опытов по рассеянию a-частиц тонкой металлической фольгой Резерфорд предложил планетарную модель атома, в соответствии с которой вокруг маленького ядра, в котором сосредоточена вся масса атома и весь его положительный заряд, вращаются отрицательно заряженные электроны. Размер ядра »10-14м, размер атома »10-10м, нейтральность атомов обеспечивается равенством отрицательного заряда электронов и положительного заряда ядра.

К сожалению, некоторые явления не могли быть объяснены на основании этой модели:

1. Атом, в соответствии с моделью, не может быть стабильным, так как ускоренно движущийся электрон должен все время излучать электромагнитные волны, терять энергию; в результате, за время порядка 10-8с он должен упасть на ядро.

2. Экспериментальное исследование излучения атомов показало, что это излучение состоит из волн не с любыми, а лишь с некоторыми, характерными для данного элемента, частотами. Разложение такого излучения на составляющие его волны с разными частотами дает линейчатый спектр. В соответствии же с планетарной моделью спектр излучения должен быть сплошным, то есть в нем должны быть представлены волны со всеми частотами: дело в том, что частота излучения атома должна быть равна частоте обращения электрона, а она все время изменяется из-за потерь энергии на излучение.


Для исправления недостатков планетарной модели Бор предложил теорию простейшего атома - атома водорода, основанную на следующих постулатах:

1. Электрон обращается вокруг протона в атоме водорода, совершая равномерное движение по круговой орбите под действием кулоновской силы и в соответствии с законами Ньютона.

2. Из всех возможных орбит являются разрешенными только те, для которых выполняется условие:

,  где n = 1, 2, 3, ..., me – масса электрона, u - его скорость, r – радиус его орбиты, h – постоянная Планка.

3. При движении электрона по разрешенной орбите атом не излучает энергию.

4. При переходе электрона с одной орбиты с энергией Еi на другую орбиту с энергией Еj (Еi>Еj) излучается фотон с частотой

5. При поглощении фотона электрон переходит с орбиты с меньшей энергией на орбиту с большей энергией.

Модель атома водорода, описываемая этими постулатами, находилась в вопиющем противоречии с классической физикой, но в замечательном согласии с данными экспериментов, что и принесло ей вполне заслуженный успех. Качественно эта модель может быть использована для описания более сложных атомов.

Теплоемкость. Теплоемкость газов в изохорных и изобарных процессах 

Теплоемкость системы (обычно обозначаемая символом С) определяется количеством теплоты, которое необходимо передать системе для того, чтобы повысить ее температуру на один градус температурной шкалы. Поскольку теплоемкость может быть функцией температуры, то отношение подведенной к системе теплоты к вызванному ею приращению температуры следует брать в дифференциальной форме, то есть


Из определения теплоемкости видно, что теплоемкость (через теплоту Q) зависит от условий передачи теплоты термодинамической системе, то есть теплоемкость является функцией процесса, в котором в термодинамическую систему поступает теплота.

 Особенно хорошо это видно при рассмотрении теплоемкости газов. Так как элементарная работа газа против внешних сил может быть записана в виде dA = PdV, то если в процессе поступления в систему теплоты объем поддерживается постоянным (то есть dV = 0), тогда вся подводимая теплота


идет только на изменение внутренней энергии. В этом случае мы имеем дело с теплоемкостью при постоянном объеме, которая оказывается просто производной от внутренней энергии по температуре

Теперь изменение внутренней энергии можно записать в следующем виде:

 dU = CvdT (2.5)


Если процесс передачи теплоты идет при неизменном давлении, то мы имеем дело с теплоемкостью при постоянном давлении


то есть Ср отличается от Сv на величину

 

В этом уравнении внутренняя энергия системы U рассматривается как функция  объема V и температуры Т, а объем – как функция температуры Т при постоянном давлении.

Тот факт, что внутреннюю энергию газа можно представить как функцию двух параметров, а не трех ( Т, Р, V ), обусловлен существованием между этими параметрами связи (1.1), именуемой уравнением состояния, что позволяет исключить любой из трех термодинамических параметров. Таким образом, все функции состояния термодинамической системы могут быть представлены как функции параметров, число которых на единицу меньше их полного числа, так как один из параметров всегда выражается через другие в силу существования уравнения состояния.

Этот раздел мы завершим записью первого начала термодинамики в форме уравнения, выражающего общефизический закон сохранения энергии для газообразного состояния тел (без учета электромагнитных влияний) 

 Q = CvdT + РdV (2.7)

 

 Это уравнение широко используется в термодинамике при изучении особенностей теплового поведения тел, когда привлекается для этого модель идеального газа или газа Ван-дер-Ваальса (о чем подробнее будет сказано ниже).


Деление кристаллов на диэлектрики, металлы и полупроводники