Часть 3. «Оптика. Атомная и ядерная физика» (стр. 1 )

Часть 3. «Оптика. Атомная и ядерная физика.»

Количество аудиторных часов всего – 68 часов. Из них лекционных – 34 часа, практических – 17 часов, лабораторных – 17 часов.

В течение семестра студенты пишут два коллоквиума « по темам «Волновая оптика» и «Атомная и ядерная физика»», выполняют 7 лабораторных работ с оформлением отчета и сдачей зачета по теоретической части, на практических занятиях выполняют 7 самостоятельных работ и домашнюю контрольную работу по МУ № 000. Завершает – экзамен. Где также учитываются результаты работы студента в семестре.

Коллоквиум №1

(Проводится в группах ЭН-21 и ЭНг. с 15-00 в ауд. 2-11)

Вопросы и задачи к коллоквиуму по разделу курса физика «ОПТИКА, АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА»

а) Вопросы

1.  Развитие представлений о природе света. Основные законы геометрической оптики. Линзы. Собирающие и рассеивающие линзы. Построение изображений. Формула тонкой линзы. Фотометрия. Энергетические и световые величины. Шкала электромагнитных волн.

2.  Интерференция света. Сложение гармонических колебаний. Когерентность световых волн. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Общая интерференционная схема (опыт Юнга). Интерференция света в тонких пленках. Расчет разности хода и разности фаз колебаний. Полосы равного наклона и равной толщины. Кольца Ньютона. Интерферометры.

3.  Дифракция света. Принцип Гюйгенса Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейность распространения света. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске. Дифракция Фраунгофера на щели и дифракционной решетке. Дифракция света на пространственных решетках. Дифракция рентгеновских лучей.

4.  Поляризация света. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух сред. Закон Брюстера. Закон Малюса. Двойное лучепреломление. Одноосные кристаллы. Оптическая индикатриса. Поляризационные приборы. Искусственная оптическая анизотропия.

5.  Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Дисперсия света и дисперсия вещества. Опыты Ньютона. Аномальная и нормальная дисперсия света. Опыты Леру, Кундта, Рождественского. Электронная теория дисперсий света. Формула Лоренц- Лорентца.

6.  Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Излучательная и поглощательная способность тела. Модель абсолютно черного тела. Законы Кирхгофа. Законы теплового излучения (закон Стефана-Больцмана, законы Вина, формула Релея - Джинса). Ультрафиолетовая катастрофа. Квантовая гипотеза и формула Планка. Оптическая пирометрия. Тепловые источники света.

б) Задачи

Фотометрия

1.  Светильник в виде цилиндра из молочного стекла имеет размеры: длину 25 см, диаметр 24 мм. На расстоянии 2 м при нормальном падении лучей возникает освещенность 15 лк. Определить силу света, яркость и светимость его, считая, что указанный излучатель косинусный.

2.  На расстоянии 3 м друг от друга находятся две лампы силой света 15 и 50 кд. Определить, где следует повесить экран между лампами, чтобы он имел одинаковую освещенность с обеих сторон.

3.  Над центром круглого стола висит лампа, которую можно перемещать вверх и вниз. Где надо установить лампу, чтобы получить максимальную освещенность на краю стола диаметром 2 м?

4.  На высоте 3 м над центром круглой арены диамет­ром 10 м висит лампа в 250 св. Принимая лампу за точеч­ный источник, равномерно посылающий свет во всех направлениях, определить, сколько процентов площади арены имеет освещенность не менее 6 лк.

5.  Над небольшой сценой (площадкой) на высоте 5 м размещены два светильника, дающие полный световой поток соответственно 9420 лм и 12560 лм. Расстояние между нами 8,66 м. Чему равна освещенность сцены под светиль­никами на середине расстояния между ними (считая по проекциям)?

6.  Над серединой чертежной доски, образующей с го­ризонтальной плоскостью угол в 30°, на высоте 2 м висит лампа силой света 200 кд. Определить освещенность, яркость и светимость листа бумаги на доске, если коэффициент отражения бумаги 60%. Соответствует ли такая освещенность принятым нормам освещенности в 50 лк? (Лампы считать точечным источником света.)

7.  На вертикальную висящую картину площадью 4800 см2 падает свет под углом 25° к нормали от источника силой света 100 кд с расстояния 1 м. Какой световой поток падает на картину, если на противоположной стене находится большое плоское зеркало на расстоянии 2 м от лампы?

8.  Удельная мощность светильника, имеющего форму шара диаметром 6 см, равна 0,85 Вт/кд. Определить световую отдачу светильника в лм/Вт, полный световой поток, светимость и яркость, если сила света шара 170 кд.

9.  На расстоянии 70 см от фотоэлемента помещена лампочка силой света 240 кд. Определить полный световой поток лампы и силу тока, которую покажет гальванометр, присоединенный к фотоэлементу, если рабочая по­верхность его равна 10 см2, а чувствительность 280 мкА/лм?

10.  Яркость светящегося куба одинакова во всех направлениях и равна 5000 кд/м2, ребро куба равно 20 см. Определить максимальную силу света куба.

Интерференция света

1.  Расстояние между двумя когерентными источниками света (λ=0,5 мкм) равно 0,1 мм. Расстояние между светлыми полосами на экране в средней части интерференционной картины равно 1см. Определить расстояние от источника до экрана.

2.  На пути световой волны, идущей в воздухе, поставили стеклянную пластинку толщиной d=1мм. На сколько изменится оптическая длина пути, если волна падает на пластинку; 1) нормально; 2) под углом a=30˚?

3.  Найти все длины волн видимого света (от 0,76 до 0,38мкм), которые будут: 1) максимально усилены; 2) максимально ослаблены при оптической разности хода Δ интерферирующий волн, равной 1,8мкм.

4.  В опыте Юнга расстояние d между щелями равно 0,8мм. На каком расстоянии l от щелей следует расположить экран, чтобы ширина интерференционной полосы оказалась равной 1,5мм.

5.  На мыльную пленку (n=1,3), находящуюся в воздухе, падает нормально пучок лучей белого света. При какой наименьшей толщине d пленки отраженный свет с длиной волны λ=0,55мкм окажется максимально усиленным в результате интерференции?

6.  Пучок монохроматических λ=0,6·10-6м световых волн падает под углом α=30˚ на находящуюся в воздухе мыльную пленку с показателем преломления n=1,3. При какой наименьшей толщине d пленки отраженные лучи будут максимально усилены интерференцией?

7.  На толстую стеклянную пластинку, покрытую очень тонкой пленкой, показатель преломления n2 вещества которой равен 1,4, падает нормально параллельный пучок монохроматического света ( λ=0,6мкм). Отраженный свет максимально ослаблен вследствие интерференции. Определить толщину пленки.

8.  Поверхности стеклянного клина образуют между собой угол α=0,2'.На клин нормально к его поверхности падает пучок лучей монохроматического света с длиной волны λ=0,55мкм. Определить ширину b интерференционной полосы.

9.  На тонкую пленку в направлении нормали к ее поверхности падает монохроматический свет с длиной волны l=500 нм. Отраженный от нее свет максимально усилен вследствие интерференции. Определить минимальную толщину d(min) пленки, если показатель преломления материала пленки n=1,4.

10.  На тонкую глицериновую пленку толщиной d = 1,5 мкм нормально к ее поверхности падает белый свет. Определить длины волн y лучей видимого участка спектра(0,4<= l <=0,8 мкм), которые будут ослаблены результате интерференции.

11.  На стеклянную пластину нанесен тонкий слой прозрачного вещества с показателем преломления n = 1,3. Пластинка освещена параллельным пучком монохроматического света с длиной волны l=640 нм, падающим на пластинку нормально. Какую минимальную толщину d(min) должен иметь слой, чтобы отраженный пу­чок имел наименьшую яркость?

12.  На тонкий стеклянный клин падает нормально параллельный пучок света с длиной волны l= 500 нм. Расстояние между соседними темными интерференцион­ными полосами в отраженном свете b = 0,5 мм. Опреде­лить угол a между поверхностями клина. Показатель преломления стекла, из которого изготовлен клин, n = 1,6.

13.  Между двумя плоскопараллельными пластинами на расстоянии b = 10 см от границы их соприкосновения находится проволока диаметром d = 0,01 мм, образуя воздушный клин. Пластины освещаются нормально па­дающим монохроматическим светом (l= 0,6 мкм). Определить ширину b интерференционных полос, наблю­даемых в отраженном свете.

14.  Расстояние между двумя когерентными источниками света (λ=0,5 мкм) равно 0,1 мм. Расстояние между светлыми полосами на экране в средней части интерференционной картины равно 1см. Определить расстояние от источника до экрана.

15.  На пути световой волны, идущей в воздухе, поставили стеклянную пластинку толщиной d=1мм. На сколько изменится оптическая длина пути, если волна падает на пластинку; 1) нормально; 2) под углом a=30˚?

16.  Найти все длины волн видимого света (от 0,76 до 0,38мкм), которые будут: 1) максимально усилены; 2) максимально ослаблены при оптической разности хода Δ интерферирующий волн, равной 1,8мкм.

17.  Для получения колец Ньютона используют плосковыпуклую линзу. Освещая ее монохроматическим светом с длиной волны 0,6 мкм, установили, что расстояние между пятым и шестым светлыми кольцами равно 0,56 мм. Определить радиус кривизны линзы.

18.  На стеклянный клин нормально падает монохроматический свет с длиной волны 6680 А. С какой наименьшей толщины клина будут видны интерференционные полосы? Определить угол клина, если линейное рас­стояние между полосами 5,6 мм.

19.  На тонкую пленку с показателем преломления 1,5 расположенную в воздухе, падает нормально монохроматический свет с длиной волны l. Определить, какой должна быть наименьшая толщина пленки, чтобы в отраженном свете она казалась темной. Какой цвет будет иметь пленка, если ее толщина будет 1,66 l?

20.  Какая толщина воздушного зазора между плосковыпуклой линзой и плоской стеклянной пластиной в том месте, где наблюдается шестое светлое кольцо Ньютона в проходящем свете? На систему падает луч с длиной волны 5820 А. В каком свете ‑ отраженном или проходящем ‑ более отчетливо видны кольца?

21.  Плосковыпуклая стеклянная линза с радиусом кривизны 10 м положена на стеклянную пластину, пространство между ними заполнено жидкостью. Определить коэффициент преломления жидкости, если в проходящем свете с длиной волны 0,6 мкм радиус шестого светлого кольца равен 4,9 мм. Чему будет равен радиус этого кольца, если между линзой и пластиной будет воздушный зазор?

22.  Установка для наблюдения колец Ньютона освещается монохроматическим светом с длиной волны 600 нм, падающим нормально. Пространство между линзой и стеклянной пластинкой заполнено жидкостью. Наблюдение ведется в проходящем свете. Радиус кривизны линзы 4 м. Определить показатель преломления жидкости, если радиус второго светлого кольца 1,8 мм.

23.  Решить предыдущую задачу, если наблюдение ведется в отраженном свете.

24.  Установка для наблюдения колец Ньютона освещается монохроматическим светом, падающим нормально. При заполнении пространства между линзой и стеклянной пластинкой прозрачной жидкостью радиусы темных колец в отраженном свете уменьшились в 1,21 раза. Определить показатель преломления жидкости.

25.  Расстояние между пятым и двадцать пятым светлыми кольцами Ньютона равно 9 мм. Радиус кривизны линзы 15 м. Найти длину волны монохроматического света, падающего нормально на установку. Наблюдение проводится в отраженном свете.

26.  Найти расстояние между третьим и шестнадцатым темными кольцами Ньютона, если расстояние между вторым и двадцатым темными кольцами равно 4,8 мм. Наблюдение проводится в отраженном свете.

27.  Для получения колец Ньютона используют плосковыпуклую линзу. Освещая ее монохроматическим светом с длиной волны 0,6 мкм, установили, что расстояние между пятым и шестым светлыми кольцами равно 0,56 мм. Определить радиус кривизны линзы.

28.  Плосковыпуклая стеклянная линза с радиусом кривизны 10 м положена на стеклянную пластину, пространство между ними заполнено жидкостью. Определить коэффициент преломления жидкости, если в проходящем свете с длиной волны 0,6 мкм радиус шестого светлого кольца равен 4,9 мм. Чему будет равен радиус этого кольца, если между линзой и пластиной будет воздушный зазор?

29.  Плосковыпуклая линза положена на стеклянную пластинку. Через эту установку проходит свет (). Диаметр пятого темного кольца Ньютона в отраженном свете равен 8 мм. Определить оптическую силу линзы. Какая толщина воздушного зазора соответствует этому кольцу?

30.  Какая разница в толщине воздушного зазора между плосковыпуклой линзой и плоской стеклянной пластиной в том месте, где наблюдается шестое светлое кольцо Ньютона в проходящем свете? На систему падает луч с длиной волны 5820 А. В каком свете ‑ отраженном или проходящем ‑ более отчетливо видны кольца?

Дифракция

1.  Радиус четвертой зоны Френеля для плоского волнового фронта равен 3мм. Определить радиус двадцать пятой зоны.

2.  Вычислить радиус пятидесятой зоны Френеля для плоского волнового фронта (λ=0,50мкм), если построение делается для точки наблюдения, находящейся на расстоянии b=1м от фронта волны.

3.  Точеный источник света (λ=0,50мкм) помещен на расстоянии 0,5м перед непрозрачной преградой с отверстием радиуса 0,5м. Определить расстояние от преграды до точки, для которой число открываемых Френеля будет равно 2 ; 5.

4.  Вычислить радиусы первых пяти зон Френеля, если расстояние от источника света до волновой поверхности равно 1м, расстояние от волновой поверхности до точки наблюдения также равно 1м и λ=500нм.

5.  На круглое отверстие диаметром d=4мм падает нормально параллельный пучок лучей (λ=0,50мкм). Точка наблюдения находится на оси отверстия на расстоянии а=1м от него. Сколько зон Френеля укладывается в отверстии?

6.  На непрозрачную пластинку с узкой щелью нормально падает монохроматический свет. Угол отклонения лучей, соответствующий второй светлой дифракционной полосе, равен 1˚.Скольки длинам волн падающего света равна ширина щели?

7.  На щель шириной 2 мкм падает нормально параллельный пучок монохроматической света с длиной волны 589 нм. Найти углы, в направлении которых будут наблюдаться минимумы интенсивности света.

8.  На щель падает нормально параллельный пучок монохроматического света. Ширина щели в шесть раз больше длины волны. Под каким углом будет наблюдаться третий дифракционный минимум интенсивности света?

9.  На щель шириной 0,05 мм падает нормально монохроматической свет с длиной волны 600 нм. Определить угол между первоначальным направлением пучка света и направлением на четвертую темную дифракционную полосу.

10.  На узкую щель падает нормально монохроматический свет. Угол отклонения пучка света, соответствующий второй светлой дифракционной полосе равен 1о. Скольким длинам волн падающего света равна ширина щели?

11.  На щель шириной 0,1 мм падает нормально монохроматический свет с длиной волны 500 нм. Что будет наблюдаться на экране, если угол дифракции равен: а) 17; в) 43.

12.  Постоянная дифракционной решетки в четыре раза больше длины световой волны монохроматического света, нормально падающего на ее поверхность. Определить угол между двумя первыми симметричными дифракционными максимумами.

13.  Период дифракционной решетки равен 4 мкм. На решетку нормально падает свет с длиной волны 580 нм. Максимум какого наибольшего порядка дает эта решетка?

14.  На дифракционную решетку нормально падает пучок света от разрядной трубки. Чему должен быть равен период решетки, чтобы в направлении угла 41о от нормали совпадали максимумы двух линий с длинами волн 656,3 нм и 410,2 нм?

15.  На дифракционную щель, ширина которой равна 0,01 мм, падает нормально монохроматический свет с длиной волны 6563 А. На сколько отличаются углы отклоне­ния лучей, соответствующие максимуму первого и второго порядков?

16.  На дифракционную решетку, содержащую 600 штрихов на 1 мм, падает нормально монохроматический свет с длиной волны 5460 А. Определить изменение угла отклонения лучей второго дифракционного максимума, если взять решетку со 100 штрихами на 1 мм.

17.  Монохроматический свет с длиной волны 5750 А падает нормально на дифракционную решетку с периодом 2,4 мкм. Определить наибольший порядок спектра и общее число главных максимумов в дифракционной кар­тине.

18.  Постоянная дифракционной решетки равна 2,8 мкм. Определить наибольший порядок спектра для красной линии с длиной волны , общее число главных максимумов и угол отклонения последнего мак­симума для полученной дифракционной картины.

19.  Дифракционная решетка содержит 600 штрихов на 1 мм. Чему равна угловая дисперсия решетки для волны 668 мкм в спектре первого порядка?

20.  Каково будет расстояние между компонентами дублета желтой линии натрия (, ) в спектре 2‑го порядка на экране, расположенном на рас­стоянии 0,5 м от дифракционной решетки, которая содер­жит 400 штрихов на 1 мм?

21.  Какое расстояние между атомными плоскостями в кристалле каменной соли, если дифракционный максимум первого порядка наблюдается при падении лучей под уг­лом 15°12¢ к поверхности кристалла? Длина рентгенов­ских лучей 1,47 А.

Поляризация.

1.  Определить коэффициент преломления прозрачного вещества, для которого предельный угол полного отражения равен углу полной поляризации.

2.  Во сколько раз ослабляется свет. Проходя через два николя, угол между плоскостями, поляризации которых составляет 30˚, если в каждом из николей в отдельности теряется 10% падающего светового потока.

3.  Угол между главными осями поляризатора и анализатора равен 45˚. Во сколько раз уменьшится интенсивность света, выходящего из анализатора, если угол увеличить до 60˚.

4.  Степень поляризации Р частично поляризованного света равна 0,5. Во сколько раз отличается максимальная интенсивность света, пропускаемого через анализатор, от минимальной?

5.  Частично - поляризованный свет проходит через николь. Интенсивность света увеличивается в 4 раза, если повернуть николь на 60˚ от положения, соответствующего минимальной интенсивности. Какова степень поляризации света?

6.  Пучок света последовательно проходит через два николя, плоскости пропускания которых образуют между собой угол j = 40°. Принимая, что коэффициент погло­щения k каждого николя равен 0,15, найти, во сколько раз пучок света, выходящий из второго николя, ослаблен по сравнению с пучком, падающим на первый николь.

7.  Кварцевую пластинку поместили между скрещен­ными николями. При какой наименьшей толщине d(min) кварцевой пластины поле зрения между николями будет максимально просветлено? Постоянная вращения квар­ца равна 27 град/мм.

8.  Луч света падает перпендикулярно к плоскости одной из граней стеклянной призмы. Определить, сколько процентов излучения отражается. Чему равен угол Брюстера для стекла?

9.  При переходе луча света из первой среды во вто­рую предельный угол оказался равным 61°. Под каким углом на границу раздела этих сред должен падать луч, идущий из второй среды в первую, чтобы отраженный луч был бы полностью поляризован? Сделать чертеж.

10.  Главные плоскости двух призм николя образуют между собой угол в 60°. На сколько следует изменить угол между главными плоскостями, чтобы интенсивность прошедшего света увеличилась вдвое?

11.  Во сколько раз будет ослаблен луч естественного света, если его пропустить через два поляроида, плоскости поляризации которых составляют угол 66°? За счет поглощения света теряется 5% энергии.

12.  Луч естественного света при прохождении двух николей был ослаблен в пять раз. В каждом николе интенсивность света за счет отражения и поглощения уменьшилась на 10%. Определить угол между плоскостя­ми поляризации николей. Дать схему опыта.

13.  Определить, во сколько раз интенсивность света после прохождения двух николей будет ослаблена, если угол между плоскостями поляризации составляет 74°20¢. Поглощение света в поляризаторе составляет 5%, а в анализаторе 10%?

14.  На пластинку исландского шпата, вырезанную параллельно оптической оси, падает нормально луч с длиной волны 588 нм. Между обыкновенным и необык­новенным лучами возникает разность хода в 0,007 мм. Найти толщину пластины, если показатель преломления обыкновенного луча для данного света 1,658, а необык­новенного 1,486. Сделать чертеж.

15.  Пластина кварца толщиной в 1,5 мм, вырезанная перпендикулярно к оптической оси, помещена между па­раллельными николями. Для некоторой длины волны вращение плоскости поляризации равно 36°. Во сколько раз изменилась интенсивность света после прохождения николей? При какой толщине кварца свет данной длины волны будет полностью поглощен? Показать схему опыта.

16.  При прохождении света через слой 5%-ного сахар­ного раствора толщиной 15 см плоскость поляризации света повернулась на угол 6,5°. На сколько повернет плос­кость поляризации 13%‑ный раствор с толщиной слоя в 12 см?

17.  Определить коэффициент пропускания грницы раздела воздух - стекло. Показатель преломления стекла 1,6. Естественный луч на поверхность стекла падает под углом 30 градусов.

18.  Определить:1) коэффициент отражения и степень поляризации отраженных лучей при падении естественного света на стекло под углом 550, 2) степень поляризации преломленных лучей.

19.  Определить коэффициент отражения стекла, показатель преломления которого 1,5 при условии, что естественный луч на его поверхность под углом Брюстера.

20.  Определить коэффициент отражения естественного света, падающего на стекло под углом 30 градусов. Найти степень поляризации лучей прошедших в стекло.

21.  Луч естественного света проходит сквозь плоскопараллельную стеклянную пластинку, падая на нее под углом 300 . Найти степень поляризации лучей отраженных от нижней поверхности пластинки.

Тепловое излучение.

1.  Температура абсолютно черного тела изменяется от 727˚С до 1727˚С. Во сколько раз изменится при этом полное количество получаемой телом энергии?

2.  Длина волны, соответствующая максимуму энергии в спектре абсолютно черного тела, 720нм, излучающая поверхность =5см2. Определить мощность излучения.

3.  Максимум энергии излучения абсолютно черного тела приходится на длину волны 450нм. Определить температуру и энергетическую светимость тела.

4.  Поток излучения абсолютно черного тел 2,5кВт. Максимум энергии излучения приходится на длину волны 1,65мкм. Определить площадь излучающей поверхности.

5.  Поток энергии, излучаемый из смотрового окошка плавильной печи 34Вт. Определить температуру печи, если площадь отверстия 6см2.

6.  Абсолютно черное тело имеет температуру Т=2900К. В результате остывания тела длина волны, на которую приходится максимум спектральной плотности энергетической светимости, изменилась на Δ=9·10-6м. До какой температуры охладилось тело? (b=2,9·10-3м·К).

7.  Определить энергию W излучаемую за время t=1мин из смотрового окошка площадью S=8см2 плавильной печи, если ее температура Т=1,2кК.

8.  Муфельная печь потребляет мощность Р=1кВт температура Т ее внутренней поверхности при открытом отверстии площадью S=25см2 равна 1,2кК. Считая, что отверстие печи излучает как черное, определить, какая η мощности рассеивается стенками.

9.  Какую энергетическую светимость имеет затвердевший свинец. Отношение энергетических светимостей свинца и абсолютно черного тела k=0,6.

10.  При увеличении термодинамической температуры Т черного тела в два раза длина волны λmax, на которую приходился максимум спектральной плотности энергетической светимости (ελ,т)max уменьшилась на Δλ=400м. Определить начальную и конечную температуру Т1 и Т2.

11.  Вычислить истинную температуру T вольфрамо­вой раскаленной ленты, если радиационный пирометр показывает температуру Tрад = 2,5 кК. Принять, что поглощательная способность для вольфрама не зависит от частоты излучения и равна а(i) = 0,35.

12.  Черное тело имеет температуру Т(1)= 500 К. Како­ва будет температура Т(2) тела, если в результате нагрева­ния поток излучения увеличится в n = 5 раз?

13.  Температура абсолютно черного тела Т = 2 кK. Определить длину волны l(m), на которую приходится мак­симум энергии излучения, и спектральную плотность энергетической светимости (излучательности) (ry, T)max для этой длины волны.

14.  Определить температуру Т и энергетическую светимость (излучательность) Re абсолютно черного тела, если максимум энергии излучения приходится на длину волны lm= 600 НМ.

15.  Из смотрового окошечка печи излучается поток Фe= 4 кДж/мин. Определить температуру Т печи, если площадь окошечка S=8 см2.

16.  Поток излучения абсолютно черного тела Фe= 10 кВт. Максимум энергии излучения приходится на длину волны lm=0,8 мкм. Определить площадь S излучающей поверхности.

17.  Как и во сколько раз изменится поток излучения абсолютно черного тела, если максимум энергии излуче­ния переместится с красной границы видимого спектра l(m1)= 780 нм) на фиолетовую (l(m2) = 390 нм)?

18.  Определить поглощательную способность aT се­рого тела, для которого температура, измеренная радиа­ционным пирометром, Tрад= 1,4 кК, тогда как истинная температура Т тела равна 3,2 кК.

19.  Муфельная печь, потребляющая мощность Р= 1 кВт, имеет отверстие площадью S= 100 см2. Определить долю n мощности, рассеиваемой стенками печи, если температура ее внутренней поверхности равна 1 кК.

20.  Средняя энергетическая светимость R поверхно­сти Земли равна 0,54 Дж/(см2- мин). Какова должна быть температура Т поверхности Земли, если условно считать, что она излучает как серое тело с коэффициен­том черноты аT= 0,25?

21.  Во сколько раз увеличится мощность излучения аб­солютно черного тела, если максимум излучения переме­стится от красной границы видимого света (760 нм) к его фиолетовой границе (380 нм)?

22.  При какой температуре энергетическая светимость абсолютно черного тела равна 1 кВт/м2?

23.  Температура абсолютно черного тела уменьшилась на 1%. На сколько процентов уменьшилась энергетиче­ская светимость тела?

24.  Количество лучистой энергии Солнца, падающей на площадку, перпендикулярную к солнечным лучам, нахо­дящуюся за пределами атмосферы, вблизи Земли, рав­на 1,35 кВт/м2. Какова будет температура абсолютно черной пластинки, установленной за пределами атмос­феры вблизи Земли перпендикулярно лучам Солнца? Температуру поверхности Солнца принять 5800 К.

25.  Стальная болванка при температуре 927°С излуча­ет за секунду 8,2 Дж с каждого 1 см2 поверхности. Опре­делить интегральную поглощательную способность дан­ной болванки.

26.  Площадь поверхности нити накала 60-ваттной вольфрамовой лампы накаливания 0,5 см2. Интегральная поглощательная способность вольфрама 0,6. Определить температуру нити накала.

27.  Принимая температуру поверхности Солнца равной 5800 К, определить количество солнечной энергии, пада­ющей за 1 с на площадку в 1 м2, поставленную перпенди­кулярно солнечным лучам вблизи Земли за пределами земной атмосферы. Считать Солнце абсолютно черным телом.

28.  Принимая температуру поверхности Солнца, рав­ной 5800 К и считая излучение абсолютно черным, вычис­лить уменьшение массы Солнца вследствие излучения за 1 с. За сколько лет масса Солнца уменьшится на 0,001%?

29.  Стальной шар радиусом 4,5 см нагрет до темпера­туры 1300 К. Шар остывает в открытом пространстве. За какое время температура шара понизится до 1200 К? Считать, что шар остывает как серое тело с поглощательной способностью 0,5.

30.  При нагревании тела длина волны, на которую приходится максимум излучательной способности, изме­нилась от 1,45 мкм до 1,16 мкм. На сколько изменилась максимальная спектральная плотность энергетической светимости тела?

  I.  Вопросы к экзамену

1.  Развитие представлений о природе света. Основные законы геометрической оптики. Линзы. Собирающие и рассеивающие линзы. Построение изображений. Формула тонкой линзы. Фотометрия. Энергетические и световые величины. Шкала электромагнитных волн.

2.  Интерференция света. Сложение гармонических колебаний. Когерентность световых волн. Расчет интерференционной картины от двух когерентных источников. Общая интерференционная схема (опыт Юнга). Интерференция света в тонких пленках. Расчет разности хода и разности фаз колебаний. Полосы равного наклона и равной толщины. Кольца Ньютона. Интерферометры.

3.  Дифракция света. Принцип Гюйгенса Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейность распространения света. Дифракция Френеля на круглом отверстии и диске. Дифракция Фраунгофера на щели и дифракционной решетке. Дифракция света на пространственных решетках. Дифракция рентгеновских лучей.

4.  Поляризация света. Поляризация света при отражении и преломлении на границе двух сред. Закон Брюстера. Закон Малюса. Двойное лучепреломление. Одноосные кристаллы. Оптическая индикатриса. Поляризационные приборы. Искусственная оптическая анизотропия.

5.  Взаимодействие электромагнитных волн с веществом. Дисперсия света и дисперсия вещества. Опыты Ньютона. Аномальная и нормальная дисперсия света. Опыты Леру, Кундта, Рождественского. Электронная теория дисперсий света. Формула Лоренц- Лорентца.

6.  Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. Излучательная и поглощательная способность тела. Модель абсолютно черного тела. Законы Кирхгофа. Законы теплового излучения (закон Стефана-Больцмана, законы Вина, формула Релея - Джинса). Ультрафиолетовая катастрофа. Квантовая гипотеза и формула Планка. Оптическая пирометрия. Тепловые источники света.

7.  Энергия и импульс световых квантов. Внешний и внутренний фотоэффект. Опыты Герца и Столетова. Экспериментальное исследование явления фотоэффекта. Законы внешнего фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта. Релятивистский фотоэффект. Многофотонный фотоэффект. Внутренний фотоэффект. Энергия активации. Фотоэлектронные приборы.

8.  Давление света. Опыты Лебедева. Объяснения явления в рамках теория фотонов. Эффект Комптона и его теория.

9.  Рентгеновское излучение и его свойство. Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение. Закон Бугера-Ламберта. Закон Мозли.

10.  Люминесценция и ее классификации. Законы молекулярной люминесценции.

11.  Строение атома. Спектр атома водорода. Постулаты Бора. Молекулярные спектры.

12.  Атом водорода в квантовой механике. Уравнение Шредингера и его решение для основного состояния атома водорода. Квантовые числа. Опыты Штерна и Герлаха. Спин электрона. Спиновые квантовые числа. Принцип Паули. Распределение электронов в атоме по состояниям. Периодическая система Менделеева.

13.  Квантовая теория излучения. Поглощение, спонтанное и вынужденное излучение фотонов. Коэффициенты Эйнштейна. Принцип детального равновесия. Принцип работы лазера. Свойство лазерного излучения.

14.  Заряд, размер и масса атомного ядра. Состав ядра. Модели ядра. Природа ядерных сил. Дефект массы и энергия связи ядер. Искусственная и естественная радиоактивность. Альфа, бета и гамма излучения атомных ядер и их свойства. Основной закон радиоактивного распада. Активность нуклида. Правила смещения при радиоактивном распаде. Ядерные реакции. Законы сохранения. Реакции деления. Ядерный реактор. Термоядерные реакции.

  II.  Вопросы и задания к зачёту по лабораторным работам

Лабораторная работа №3-1

Интерференция света в тонких пленках. Определение радиуса кривизны стеклянной поверхности с помощью колец Ньютона

Контрольные вопросы

1.  Развитие взглядов на природу света. Принцип суперпозиции волн.

2.  Когерентные волны. Явление интерференции света.

3.  Методы получения когерентных волн в оптике (Зеркала Френеля. Бипризма Френеля.).

4.  Оптическая разность хода. Расчет разности хода и разности фаз колебаний при сложении двух когерентных волн. Условие минимума и максимума.

5.  Общая интерференционная схема (опыт Юнга).

6.  Полосы равного наклона и равной толщины.

7.  Кольца Ньютона.

8.  Применение интерференции света.

Задачи для самостоятельного решения

1. Установка для наблюдения колец Ньютона освещается нормально падающим монохроматическим светом ( нм). Радиус кривизны R линзы равен 5 м. Определить толщину воздушного промежутка в том месте, где в отраженном свете наблюдается третье светлое кольцо.

2. Установка для наблюдения колец Ньютона освещается монохроматическим светом с длиной волны 600 нм, падающим нормально. Пространство между линзой и стеклянной пластинкой заполнено жидкостью показатель преломления которой больше показателя преломления стекла (nст=1,5). Наблюдение ведется в проходящем свете. Радиус кривизны линзы 4 м. Определить показатель преломления жидкости, если радиус второго светлого кольца 1,2 мм.

3. Найти расстояние между третьим и шестнадцатым темными кольцами Ньютона, если расстояние между вторым и двадцатым темными кольцами равно 4,8 мм. Наблюдение проводится в отраженном свете.

4. На мыльную пленку (показатель преломления 1,33) падает белый свет под углом . При какой наименьшей толщине пленки отраженные лучи будут окрашены в желтый свет? Длина волны желтого света 600 нм.

5. На мыльную пленку (), находящуюся в воздухе, падает нормально пучок лучей белого света. При какой наименьшей толщине d пленки отраженный свет с длиной волны мкм окажется максимально усиленным в результате интерференции?

6. Пучок монохроматических м световых волн падает под углом на находящуюся в воздухе мыльную пленку с показателем преломления . При какой наименьшей толщине d пленки отраженные лучи будут максимально усилены интерференцией?

7. На толстую стеклянную пластинку, покрытую очень тонкой пленкой, показатель преломления вещества которой равен 1,4, падает нормально параллельный пучок монохроматического света ( мкм). Отраженный свет максимально ослаблен вследствие интерференции. Определить толщину пленки.

8. Поверхности стеклянного клина образуют между собой угол . На клин нормально к его поверхности падает пучок лучей монохроматического света с длиной волны мкм. Определить ширину b интерференционной полосы.

9. Расстояние между вторым и первым кольцами Ньютона в отраженном свете 1 мм. Определить расстояние между десятым и девятым кольцами.

10. Плосковыпуклая линза выпуклой стороной лежит на стеклянной пластине. Определить толщину слоя воздуха, там, где в отраженном свете ( мкм) видно первое светлое кольцо Ньютона.

11. Между стеклянной пластинкой и лежащей на ней плосковыпуклой линзой находится жидкость. показатель преломления которой больше показателя преломления стекла (nст=1,5) Найти показатель преломления жидкости, если радиус третьего темного кольца Ньютона при наблюдении в отраженном свете с длиной волны мкм равен 0,75 мм. Радиус кривизны линзы м.

12. На тонкую пленку в направлении нормали к ее поверхности падает монохроматический свет с длиной волны нм. Отраженный от нее свет максимально усилен вследствие интерференции. Определить минимальную толщину пленки, если показатель преломления материала пленки .

13. Расстояние L от щелей до экрана в опыте Юнга равно 1м. Определить расстояние между щелями, если на отрезке длиной см укладывается темных интерференционных полос. Длина волны мкм.

14. На стеклянную пластину положена выпуклой стороной плосковыпуклая линза. Сверху линза освещена монохроматическим светом длиной волны нм. Найти радиус R линзы, если радиус четвертого, темного кольца Ньютона в отраженном свете мм.

15. На тонкую глицериновую пленку толщиной мкм нормально к ее поверхности падает белый свет. Определить длины волн лучей видимого участка спектра (мкм), которые будут ослаблены в результате интерференции.

Лабораторная работа №3-2

Интерференция света. Определение длины световой волны с помощью бипризмы Френеля.

Контрольные вопросы.

1.  Развитие представлений о природе света.

2.  Когерентность и монохроматичность световых волн.

3.  Интерференция света.

4.  Оптическая длина пути. Оптическая разность хода и разность фаз колебаний

5.  Условия максимума и минимума амплитуды.

6.  Интерференция света в тонких пластинках и плёнках (полосы равного наклона).

7.  Интерференция света в клине (полосы равной толщины).

8.  Многолучевая интерференция.

9.  Интерферометры:

а. Интерферометр Линника;

б. Интерферометр Рэлея;

в. Звездный интерферометр Майкельсона;

г. Интерферометр Фабри-Перо;

д. Интерференционные рефрактометры.

Задачи для самостоятельного решения.

1. В опыте Юнга на пути одного из интерферирующих лучей помещалась тонкая стеклянная пластинка, вследствие чего центральная светлая полоса смещалась в положение, первоначально занятое пятой светлой полосой. Свет падает на пластинку нормально. Показатель преломления пластинки 1,5. Длина волны света 600нм. Какова толщина пластинки?

2. В опыте Юнга расстояние от щелей до экрана равно 3м. Определить угловое расстояние между соседними светлыми полосами, если третья светлая полоса на экране отстоит от центра интерференционной картины на расстоянии 4,5мм.

3. Определить, во сколько раз изменится ширина интерференционных полос на экране в опыте Юнга, если фиолетовый светофильтр (длина волны 0,4 мкм) заменить красным (длина волны 0,7мкм).

4. В опыте Юнга щели освещались монохроматическим светом с длиной волны 600нм, расстояние между щелями 1мм и расстояние от щелей до экрана 3м. Найти положение трех первых светлых полос и расстояние между полосами.

5. Расстояние между двумя когерентными источниками света (мкм) равно 0,1мм. Расстояние между светлыми полосами на экране в средней части интерференционной картины равно 1см. Определить расстояние от источника до экрана.

6. На пути световой волны, идущей в воздухе, поставили стеклянную пластинку толщиной мм. Насколько изменится оптическая длина пути, если волна падает на пластинку; 1) нормально; 2) под углом ?

7. На толстую стеклянную пластинку, покрытую очень тонкой пленкой, показатель преломления n2 вещества которой равен 1,4, падает нормально параллельный пучок монохроматического света (мкм). Отраженный свет максимально ослаблен вследствие интерференции. Определить толщину пленки.

8. Найти все длины волн видимого света (от 0,76 до 0,38мкм), которые будут: 1) максимально усилены; 2) максимально ослаблены при оптической разности хода интерферирующих волн, равной 1,8мкм.

9. В опыте Юнга расстояние d между щелями равно 0,8мм. На каком расстоянии lот щелей следует расположить экран, чтобы ширина интерференционной полосы оказалась равной 1,5мм. Длина волны света 600нм.

10. Поверхности стеклянного клина образуют между собой угол . На клин нормально к его поверхности падает пучок лучей монохроматического света с длиной волны мкм. Определить ширину b интерференционной полосы.

11. Расстояние L от щелей до экрана в опыте Юнга равно 1м. Определить расстояние между щелями, если на отрезке длиной см укладывается темных интерференционных полос. Длина волны мкм.

12. В опыте Юнга расстояние между щелями равно 1,2мм, источники посылают свет с длиной волны 0,57мкм. На расстоянии 3,2м от щелей помещен экран. Определить общее число световых интерференционных полос, расположенных на расстоянии 1см от середины экрана. Показать на рисунке схему образования картины интерференции.

13. Угол между зеркалами Френеля 15¢. Источник монохроматического света расположен на расстоянии 10см от зеркал, а картина интерференции рассматривается на экране, расположенном на расстоянии 120см от линии пересечения зеркал. Ширина интерференционных полос 0,1см. Определить длину волны монохроматического света и показать на рисунке схему образования картины интерференции.

14. В опыте Юнга фиолетовый светофильтр (длина волны 400нм) заменили на красный. При этом ширина интерференционных полос на экране увеличилась в 1,75 раза. Определить длину волны красного света.

15. На экране наблюдается интерференционная картина в результате наложения лучей от двух когерентных источников. Длина световой волны 500нм. На пути одного из лучей перпендикулярно ему поместили стеклянную пластинку с показателем преломления 1,6 и толщиной 5мкм. Определить, на сколько полос сместится при этом интерференционная картина.

Лабораторная работа №3-3

Дифракция света. Изучение дифракции от щели.

Контрольные вопросы.

1.  Дифракция света.

2.  Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейность распространения света.

3.  Дифракция Френеля на круглом отверстии. Зонная пластинка.

4.  Дифракция Френеля на диске.

5.  Дифракция Фраунгофера на щели. Дифракционный спектр.

6.  Разрешающая способность оптических приборов.

Задачи для самостоятельного решения.

1.  Точечный источник света (длина волны 500нм) расположен на расстоянии 1м перед диафрагмой с круглым отверстием диаметра 2мм. Определить расстояние от диафрагмы до точки наблюдения, если отверстие открывает две зоны Френеля.

2.  Определить радиус третьей зоны Френеля, если расстояние от точечного источника света до волновой поверхности и от волновой поверхности до точки наблюдения равны 1,5м. Длина световой волны 600нм.

3.  Дифракция наблюдается на расстоянии 1м от точечного источника монохроматического света (длина волны 500нм). Посередине между источником света и экраном находится диафрагма с круглым отверстием. Определить радиус отверстия, при котором центр дифракционных колец на экране является наиболее светлым.

4.  Сферическая волна, распространяющаяся от точечного монохроматического источника света (длина волны 600нм), встречает на своем пути диафрагму с круглым отверстием радиусом 0,4мм. Расстояние от источника до диафрагмы равно 1м. Определить расстояние от диафрагмы до точки, лежащей на линии, соединяющей источник с центром диафрагмы, где наблюдается максимум освещенности.

5.  Вычислить радиусы первых пяти зон Френеля, если расстояние от источника света до волновой поверхности равно 1м, а расстояние от волновой поверхности до точки наблюдения также равно 1м. Длина световой волны 500нм.

6.  На диафрагму с круглым отверстием диаметром 5мм нормально падает параллельный пучок света с длиной волны 600нм. Определить расстояние от точки наблюдения до отверстия, если отверстие открывает три зоны Френеля.

7.  Монохроматический свет нормально падает на диафрагму с круглым отверстием. Определить радиус четвертой зоны Френеля, если радиус второй зоны Френеля равен 2мм. Длина волны света 600нм.

8.  На экран с круглым отверстием радиусом 1,5мм нормально падает параллельный пучок монохроматического света с длиной волны 500нм. Точка наблюдения находится на оси отверстия на расстоянии 1,5м от него. Определить темное или светлое пятно наблюдается в центре дифракционной картины.

9.  На экран с круглым отверстием радиусом 1,2мм нормально падает параллельный пучок монохроматического света с длиной волны 600нм. Определить расстояние от отверстия на его оси, где еще можно наблюдать наиболее темное пятно.

10.  Параллельный пучок света нормально падает на диафрагму с круглым отверстием. Радиус четвертой зоны Френеля равен 3мм. Определить радиус двадцать пятой зоны.

11.  На щель шириной 2мкм падает нормально параллельный пучок монохроматической света с длиной волны 589нм. Найти углы, в направлении которых будут наблюдаться минимумы интенсивности света.

12.  На щель падает нормально параллельный пучок монохроматического света. Ширина щели в шесть раз больше длины волны. Под каким углом будет наблюдаться третий дифракционный минимум интенсивности света?

13.  На щель шириной 0,05мм падает нормально монохроматической свет с длиной волны 600нм. Определить угол между первоначальным направлением пучка света и направлением на четвертую темную дифракционную полосу.

14.  На узкую щель падает нормально монохроматический свет. Угол отклонения пучка света, соответствующий второй светлой дифракционной полосе равен . Скольким длинам волн падающего света равна ширина щели?

15.  На щель шириной 0,1мм падает нормально монохроматический свет с длиной волны 500нм. Что будет наблюдаться на экране (максимум или минимум), если угол дифракции равен: а) ; в) .