Дифракция волн Естественный и поляризованный свет Строение атомного ядра Закон радиоактивного распада Дифракционная решетка Электромагнитная природа света

Физика Курс лекций и примеры решения задач

Поляризация света. Закон Малюса. Естественная анизотропия. Поляризационные приборы. Призма Николя.

При действии света на вещество основное значение имеет электрическая составляющая электромагнитного поля световой волны, поскольку именно она оказывает основное действие на электроны в атомах вещества.

Свет представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества независимо излучающих атомов. Поэтому все ориентации вектора Е будут равновероятны. Такой свет называется естественным.

Поляризованным светом называется свет, в котором направления колебания вектора Е каким либо образом упорядочены. Частично-поляризованный свет – свет с преимущественным направлением колебаний вектора Е. Плоскополяризованный свет – свет в котором Е колеблется только в одной, проходящей через луч плоскости – плоскости поляризации.

Доля света прошедшая через поляризатор равна ½, а интенсивность плоскополяризованного света, прошедшего через первый поляризатор: I0 = Iест/2

Поставим на пути плоскополяризованного света второй поляризатор (анализатор) под углом ψ. Интенсивность I света, прошедшего через анализатор, меняется зависимости от угла ψ по закону Малюса: I = I0*(cos ψ)^2

=> интенсивность света, прошедшего через два поляризатора: I = (1/2)*Iест*(cos ψ)^2

Imax = (1/2)Iест, когда поляризаторы параллельны и Imin = 0, когда поляризаторы скрещены.

Оптической анизотропией называется зависимость оптических характеристик среды (показателя преломления, скорости распространения волны) от направления. Существует анизотропия двух видов: естественная и искусственная. Естественной анизотропией обладают кристаллические среды. Искусственная или наведенная анизотропия возникает в ранее изотропной среде под действием внешних воздействий, например, электрического поля, механических напряжений и т.п.

Явление двойного лучепреломления используется при изготовлении поляризационных приборов: поляризационных призм и поляроидов. В призме Николя две составляющие ее призмы склеены клеем с показателем преломления nk, для которого выполнено соотношение ne< nk< no. При выполнении этого условия обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение на границе раздела призма-клей и выводится из призмы.

3) Строение атомного ядра. Энергия связи, ядерные силы. Основные характеристики атомного ядра.

Атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающих его электронов. Атомные ядра имеют размеры примерно 10^(-14) – 10^(-15) м. Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Протон имеет положительный заряд, равный заряду электрона. Нейтрон – нейтральная частица. Протоны и нейтроны называются нуклонами. Общее число нуклонов называется массовым числом А. Z – зарядовое число ядра, равное числу протонов в ядре и совпадающее с порядковым номером элемента. Т.к. атом нейтрален, то заряд ядра определяет и число электронов в атоме.

В ядре между нуклонами существует связь. Энергия, которую нужно затратить чтобы расщепить ядро называется энергией связи.

Между нуклонами действуют особые ядерные силы, которые значительно превышают силы отталкивания между протонами. Они относятся к классу сильных взаимодействий. Свойства: 1) они являются силами притяжения; 2) они короткодействующие (на расстояниях 10^(-15) м); 3) зарядовая независимость: силы, действующие между двумя протонами, или двумя нейтронами, или между протоном и нейтроном одинаковы по величине; 4) им свойственно насыщение: каждый нуклон взаимодействует с ограниченным числом нуклонов; 5) зависят от ориентации спинов взаимодействующих нуклонов; 6) не являются центральными (действующими по линии, соединяющей центры нуклонов)

Билет №7

2) Поляризация света. Искусственная анизотропия. Эффекты Керра и Фарадея.

 Поляризованным называется свет, у которого колебания вектора напряженности электрического поля Е - светового вектора упорядочены. Для поляризованного света различные направления в плоскости, перпендикулярной световому лучу, неэквивалентны. Такая неэквивалентность существует только для поперечных волн. Продольные волны не имеют поляризации.

Существуют три типа поляризации света: линейная, циркулярная (круговая) и эллиптическая. Кроме того, свет может быть неполяризованным и частично поляризованным

Линейно (плоско) поляризованной называется волна, вектор E которой в процессе распространения колеблется в одной плоскости, проходящей через луч. Естественным называется свет с быстро и беспорядочно изменяющимся направлением вектора напряженности электрического поля, причем все направления колебаний, будучи перпендикулярными световому лучу, равновероятны. Рис.4.3

Волна называется эллиптически поляризованной, если при фиксированном значении координаты z (координаты, вдоль которой волна распространяется) конец вектора E в плоскости с течением времени описывает эллипс.

Искусственная анизотропия проявляется в возникновении двулучепреломления в первоначально изотропных средах при внешних воздействиях. Оптически изотропное тело при деформациях сжатия и растяжения приобретает свойство кристалла, оптическая ось которого коллинеарна с направлением деформирующих сил При распространении перпендикулярно оптической оси линейно поляризованная волна разбивается на две - обыкновенную и необыкновенную, разность показателей преломления для которых равна  http://koriolan404.narod.ru/fe3s/07.files/image002.gif где F -деформирующая сила, S – площадь боковой поверхности, b - упруго-оптическая постоянная. На выходе из такого вещества свет в общем случае становится эллиптически поляризованным. Эффект Керра. Оптически изотропное вещество в электрическом поле напряженностью Е  приобретает свойство одноосного кристалла с оптической осью, коллинеарной вектору напряженности электрического поля. Разность показателей преломления для обыкновенной и необыкновенной волн равна: http://koriolan404.narod.ru/fe3s/07.files/image004.gif где k- постоянная Керра, λ- длина волны. На выходе из вещества свет в общем случае становится эллиптически поляриз.

Эффект Фарадея заключается в том, что в магнитном поле первоначально неактивное вещество становится оптически активным. При распространении света в веществе вдоль вектора напряженности магнитного поля плоскость поляризации световой волны вращается.

Угол поворота плоскости поляризации равен http://koriolan404.narod.ru/fe3s/07.files/image006.gifгде V постоянная Верде.

3) Элементарные частицы и античастицы. Виды взаимодействия частиц и их объединения в рамках единой теории. Кварки. Систематика элементарных частиц.

Элементарными частицами именуют большую группу мельчайших микрообъектов, не являющихся атомами или атомными ядрами (за исключением протона − ядра атома водорода). Пример античастиц: позитрон(античастица электрона). У частицы и античастицы массы, спины, времена жизни одинаковые, а прочие характеристики одинаковы по абсолютной величине, но противоположны по знаку.

Кварки − это частицы, из которых, по современным представлениям, построены крупные частицы (адроны). К настоящему времени достоверно установлено существование пяти разновидностей кварков u, c, d, s и b. Все кварки имеют спин 1/2, барионный заряд 1/3 и обладают дробным электрическим зарядом +2/3 или -1/3. Частицы, расположенные в верхней части таблицы имеют заряд +2/3, а в нижней − -1/3  http://koriolan404.narod.ru/fe3s/07.files/image008.gif. Протон состоит из двух u-кварков и одного d-кварка (р→uud), нейтрон состоит из одного u-кварка и двух d-кварков (n→ddu).

а). Электромагнитное взаимодействие.

Оно сводится к взаимодействию электрических зарядов (и магнитных моментов) частиц с электромагнитным полем

б). Гравитационное взаимодействие.

Оно доминирует в случае макроскопических масс. Но в мире элементарных частиц, ввиду малости их масс, это взаимодействие ничтожно.

в). Слабое взаимодействие. Слабое взаимодействие вызывает, например, β-распад радиоактивных ядер и, наряду с электромагнитными силами, объясняет поведение лептонов. Оно является короткодействующим, радиус действия порядка 10-16 см. Интенсивность слабого взаимодействия гораздо меньше интенсивности электромагнитного взаимодействия

г) Сильное (ядерное) взаимодействие. Сильное взаимодействие обеспечивает самую сильную связь элементарных частиц, в частности, связь между нуклонами в атомных ядрах. Оно присуще большинству элементарных частиц, так называемых адронов (протон, нейтрон, гипероны, мезоны и т.д.). Сильное взаимодействие - короткодействующее, радиус его действия порядка 10-13 см. Сильное взаимодействие не зависит от знака электрического заряда взаимодействующих частиц, т.е. обладает зарядовой независимостью.

№ 1.4.2.

Определить величину ЭДС самоиндукции, возбуждаемой в кольцевом электромагните индуктивностью L = 0,5 Гн, применяемом в установке для электрофореза, если изменение силы тока в нем от I1 = 0,2 до I2 = 0,5 А происходит за Δt = 0,01 с.

Решение

ЭДС самоиндукции по определению равна скорости изменения магнитного потока:

.  (1)

Учитывая, что , (1) можно переписать:

.  (2)

Подставляя в (2) численные значения величин, получим:

.


Дифракция ренгеновских лучей на пространственной решетке