частично отражаются от поверхности тонкой пленки, частично проходят в нее.
На второй границе пленки вновь происходит частичное отражение волны (рис.
34). Световые волны, отраженные двумя поверхностями тонкой пленки,
распространяются в одном направлении, но проходят разные пути. При разности
хода I, кратной целому числу длин волн l = 2k ?/2.
При разности хода, кратной нечетному числу полуволн l = (2k + 1) ?/2,
наблюдается интерференционный минимум. Когда выполняется условие максимума
для одной длины световой волны, то оно не выполняется для других волн.
Поэтому освещенная белым светом тонкая цветная прозрачная пленка кажется
окрашенной. Явление интерференции в тонких пленках применяется для контроля
качества обработки поверхностей просветления оптики. При прохождении света
через малое круглое отверстие на экране вокруг центрального светлого пятна
наблюдаются чередующиеся темные и светлые кольца; если свет проходит через
узкую щель, то получается картина из чередующихся светлых и темных полос.
Явление отклонения света от прямолинейного направления распространения
при прохождении у края преграды называют дифракцией света. Дифракция
объясняется тем, что световые волны, приходящие в результате отклонения из
разных точек отверстия в одну точку на экране, интерферируют между собой.
Дифракция света используется в спектральных приборах, основным элементом в
которых является дифракционная решетка. Дифракционная решетка представляет
собой прозрачную пластинку с нанесенной на ней системой параллельных
непрозрачных полос, расположенных на одинаковых расстояниях друг от друга.
Пусть на решетку (рис. 35) падает монохроматический (определенной длины
волны) свет. В результате дифракции на каждой щели свет распространяется не
только в первоначальном направлении,
но и по всем другим направлениям. Если за решеткой поставить собирающую
линзу, то на экране в фокальной плоскости все лучи будут собираться в одну
полоску.
Параллельные лучи, идущие от краев соседних щелей, имеют разность хода
l= d sin ?, где d — постоянная решетки — расстояние между
соответствующими краями соседних щелей, называемое периодом решетки, (? —
угол отклонения световых лучей от перпендикуляра к плоскости решетки. При
разности хода, равной целому числу длин волн d sin ? = k?, наблюдается
интерференционный максимум для данной длины волны. Условие
интерференционного максимума выполняется для каждой длины волны при своем
значении дифракционного угла ?. В результате при прохождении через
дифракционную решетку пучок белого света разлагается в спектр. Угол
дифракции имеет наибольшее значение для красного света, так как длина волны
красного света больше всех остальных в области видимого света. Наименьшее
значение угла дифракции для фиолетового света.
Опыт показывает, что интенсивность светового пучка, проходящего через
некоторые кристаллы, например, исландского шпата, зависит от взаимной
ориентации двух кристаллов. При одинаковой ориентации кристаллов свет
проходит через второй кристалл без ослабления.
2) Вынужденные колебания. Резонанс. Графи зависимости амплитуды от частоты
вынужденной силы.
Если колебания происходят под действием периодически действующей
внешней силы, то такие колебания называют вынужденными. Например, родители
раскачивают ребенка на качелях, поршень движется в цилиндре двигателя
автомобиля, колеблются нож электробритвы и игла швейной машины. Характер
вынужденных колебаний зависит от характера действия внешней силы, от ее
величины, направления, частоты действия и не зависит от размеров и свойств
колеблющегося тела. Например, фундамент мотора, на котором он закреплен,
совершает вынужденные колебания с частотой, определяемой только числом
оборотов мотора, и не зависит от размеров фундамента.
При совпадении частоты внешней силы и частоты собственных колебаний
тела амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает. Такое явление
называют механическим резонансом. Графически зависимость вынужденных
колебаний от частоты действия внешней силы показана на рисунке 10.
Явление резонанса может быть причиной разрушения машин, зданий,
мостов, если собственные их частоты совпадают с частотой периодически
действующей силы. Поэтому, например, двигатели в автомобилях устанавливают
на специальных амортизаторах, а воинским подразделениям при движении по
мосту запрещается идти «в ногу».
При отсутствии трения амплитуда вынужденных колебаний при резонансе
должна возрастать со временем неограниченно. В реальных системах амплитуда
в установившемся режиме резонанса определяется условием потерь энергии в
течение периода и работы внешней силы за то же время. Чем меньше трение,
тем больше амплитуда при резонансе.
Билет №22
1) Фотоэлектрический эффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для
фотоэффекта. Кванты света (фотоны). Применение фотоэфекта в технике.
Явление вырывания электронов из твердых и жидких тел под воздействием света
называется внешним фотоэлектрическим эффектом, а вырванные таким образом
электроны – фотоэлектронами. Опытным путем установлены законы фотоэффекта –
максимальная скорость фотоэлектронов определяется частотой света и не
зависит от его интенсивности, для каждого вещества существует своя красная
граница фотоэффекта, т.е. такая частота [pic](min, при которой еще возможен
фотоэффект, число фотоэлектронов, вырванных за секунду, прямо
пропорционально интенсивности света. Также установлена безынерционность
фотоэффекта – он возникает мгновенно после начала освещения при условии
превышения красной границы. Объяснение фотоэффекта возможно с помощью
квантовой теории, утверждающей дискретность энергии. Электромагнитная
волна, по этой теории, состоит из отдельных порций – квантов(фотонов). При
поглощении кванта энергии фотоэлектрон приобретает кинетическую энергию,
которую можно найти из уравнения Эйнштейна для фотоэффекта [pic], где А0 –
работа выхода, параметр вещества. Количество фотоэлектронов, покидающих
поверхность металла пропорциональна количеству электронов, которое, в свою
очередь, зависит от освещенности (интенсивности света). Фотоэффект
используется в оразличных приборах для преобразования энергии светав
энергию электрического тока или для управления электрическим током.
Простейшим прибором, работающим на основе фотоэввекта является вакуумный
фотоэлемент. Фотоэлементы используются для воспроизведения звукового
сопровождения, записанного на киноленту в виде звуковой дорожки.
2) Электроёмкость. Конденсатор и его устройство. Энергия заряженного
конденсатора (без вывода). Применение конденсаторов в технике.
Конденсатор – система из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика,
толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Между
пластинами напряженность поля равна удвоенной напряженности каждой из
пластин, вне пластин она равна нулю. Физическая величина, равная отношению
заряда одной из пластин к напряжению между обкладками называется
электроемкостью конденсатора [pic]. Единица электроемкости – фарад,
емкостью 1 фарад обладает конденсатор, между обкладками которого напряжение
равно 1 вольту при сообщении обкладкам заряда по 1 кулону. Напряженность
поля между пластинами твердого конденсатора равна сумме напряженность ей
пластин. [pic], а т.к. для однородного поля выполняется [pic], то [pic],
т.е. электроемкость прямо пропорциональна площади обкладок и обратно
пропорциональна расстоянию между ними. При введении между пластинами
диэлектрика, его электроемкость повышается в ( раз, где ( – диэлектрическая
проницаемость вводимого материала. Конденсаторы используются в различных
радиоэлектронных устройствах. Они используются для сглаживания пульсаций в
выпрямителях переменного тока, для разделения постоянной и переменной
составляющей тока, в электрических колебательных контурах радиопередатчиков
и радиоприёмников, для накопления больших запасов электрической энергии при
проведениии физических экспериментов в области лазерной техники и
управляемого термояжерного синтеза.
Билет №23
1) Модель атома Резерфорда – Бора. Квантовые постулаты Бора.
Первая модель строения атома принадлежит Томсону. Он предположил, что атом
это положительно заряженный шар, внутри которого расположены вкрапления
отрицательно заряженных электронов. Резерфорд провел опыт по облечению
быстрыми альфа-частицами металлической пластинки. При этом наблюдалось, что
часть из них немного отклоняются от прямолинейного распространения, а
некоторая доля – на углы более 20. Это было объяснено тем, что
положительный заряд в атоме содержится не равномерно, а в некотором объеме,
значительно меньшем размера атома. Эта центральную часть была названа ядром
атома, где сосредоточен положительный заряд и почти вся масса. Радиус
атомного ядра имеет размеры порядка 10-15 м. Также Резерфорд предложил т.н.
планетарную модель атома, по которой электроны вращаются вокруг атома как
планеты вокруг Солнца. Радиус самой дальней орбиты = радиусу атома. Но эта
модель противоречила электродинамике, т.к. ускоренное движение (в т.ч.
электронов по окружности) сопровождается излучением ЭМ-волн. Следовательно,
электрон постепенно теряет свою энергию и должен упасть на ядро. В
действительности ни излучения, ни падения электрона не происходит.
Объяснение этому дал Н.Бор, выдвинув два постулата – атомная система может
находится только в некоторых определенных состояниях, в которых не
происходит излучения света, хотя движение происходит ускоренное, и при
переходе из одного состояния в другое происходит или поглощение, или
испускание кванта по закону [pic], где постоянная Планка [pic]. Различные
возможные стационарные состояния определяются из соотношения [pic], где n –
целое число. Для движения электрона по окружности в атоме водорода
справедливо выражение [pic], кулоновская сила взаимодействия с ядром [pic].
Отсюда [pic]. Т.е. ввиду постулата Бора о квантовании энергии, движение
возможно только по стационарным круговым орбитам, радиусы которых
определяются как [pic]. Все состояния, кроме одного, являются стационарными
условно, и только в одном – основном, в котором электрон обладает
минимальным запасом энергии – атом может находиться сколь угодно долго, а
остальные состояния называются возбужденными.
2) Электронно-дырочный переход и его свойства. Полупроводниковый диод и его
применение.
Полупроводниковый диод состоит из p-n перехода, т.е. из двух соединенных
полупроводников разного типа проводимости. При соединении происходит
диффузия электронов в р-полупроводник. Это приводит к появлению в
электронном полупроводнике нескомпенсированных положительных ионов донорной
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
