§16. Волновая оптика

Тест по теме «Волновая оптика» для 11 класса

§16. Волновая оптика

Тест «Волновая оптика»

Вариант 1

1. Явление сложения волн в пространстве, при котором образуется постоянное во времени распределение амплитуд результирующих колебаний, называется…

А. дисперсией Б. интерференцией В. Дифракцией Г. Поляризацией

2. Если размер препятствия больше, чем длина волны, то…

А. волна проходит без изменения Б. форма волны и длина волны изменяются

В. Форма волны изменяется, а длина волны – нет Г. Форма не изменяется, а длина-да

3. Белый свет имеет…

А. сложную структуру Б. простую структуру В. не имеет никакой структуры

4. При дисперсии света…

А. сильно отклоняются красные лучи, слабо – фиолетовые

Б. сильно отклоняются фиолетовые лучи, слабо – красные

В. Все лучи отклоняются одинаково

5. Определите, что будет наблюдаться в точке А при интерференции света, если разность хода равна 8,723мкм, а длина волны 671нм. Чему равна k?

А. k = 13,min Б. k = 13,max В. k = 20, min Г. k = 20, max

6. Дифракционная решетка имеет период 1/100. Определить длину волны, если угол отклонения для первого максимума составляет 40.

А. 598нм Б. 367нм В. 698нм Г. 867нм

7. Самым первым получил дифракцию света…

А. Гюйгенс Б. Френель В. Максвелл Г. Юнг Д. Ньютон

8. Главное условие наблюдения интерференции и дифракции света. Волны должны быть…

А. когерентными Б. синфазными В. монохроматическими Г. Любыми

9. Определите радиус центрального кольца Ньютона, если радиус кривизны линзы равен 2м, а длина волны падающего света 500нм.

А. 1,2˖10-3м Б. 6˖10-5м В. 7˖10-4м Г. 13˖10-4м

10. Явление отклонения от прямолинейного распространения волн, огибание волнами препятствий, называют…

А. дисперсией Б. интерференцией В. Дифракцией Г. Поляризацией

11. Определите сколько дифракционных полос получится в случае, если период дифракционной решетки равен 1/500, а длина волны падающего света равна 600нм.

А. 7 Б. 3 В. 4 Г. 6

12. Интерференционную картину для световых волн можно получить, если…

А. взять две лампы накаливания Б. разделить источник света на два

В. разделить волну на две

13. Цвет световой волны зависит от…

А. длины волны Б. частоты В. скорости распространения

14. Определить длину волны для линии в дифракционном спектре третьего порядка, совпадающей с изображением линии спектра четвертого порядка, у которой длина волны равна 490нм.

А. 598нм Б. 367нм В. 698нм Г. 867нм

15. Определите радиус первого кольца ньютона, если радиус кривизны линзы равен 1м, а длина волны падающего света 500нм.

А. 1,2˖10-3м Б. 6˖10-5м В. 7˖10-4м Г. 13˖10-4м

16. Дифракционные картины, получаемые для волн различной длины….

А. одинаковые

Б. разные, зависят от периода дифракционной решетки

В. разные, зависят от показателя преломления

Г. Разные, зависят от частоты

Тест «Волновая оптика»

Вариант 2

1. Явление зависимости показателя преломления от цвета световой волны, называют…

А. дисперсией Б. интерференцией В. Дифракцией Г. Поляризацией

2. Определить длину волны для линии в дифракционном спектре четвертого порядка, совпадающей с изображением линии спектра третьего порядка, у которой длина волны равна 367нм.

А. 367нм Б. 490нм В. 598нм Г. 898нм

3. Определите, что будет наблюдаться в точке А при интерференции света, если разность хода равна 2мкм, а длина волны 780нм. Чему равна k?

А. k = 2.6,min Б. k = 3,max В. k = 2, min Г. k = 2.6, max

4. Если размер препятствия меньше, чем длина волны, то…

А. волна проходит без изменения Б. форма волны и длина волны изменяются

В. Форма волны изменяется, а длина волны – нет Г. Форма не изменяется, а длина-да

5. При прохождении стеклянной призмы белый свет…

А. остается без изменений Б. разлагается на спектр

6. Дифракционная решетка имеет период 1/100. Определить длину волны, если угол отклонения для второго максимума составляет 60.

А. 823нм Б. 500нм В. 523нм Г. 698нм

7. При дисперсии света наиболее отклоняются…

А. фиолетовые лучи Б. зеленые лучи В. желтые лучи Г. Красные лучи

8. При сложении волн в пространстве, наблюдается…

А. сплошная цветная полоса Б. сплошная черная полоса

В. чередование цветных и черных полос

9. Дифракционные картины, получаемые для синего и желтого цветов…

А. одинаковые

Б. разные, зависят от периода дифракционной решетки

В. разные, зависят от показателя преломления

Г. Разные, зависят от частоты

10. Сложную структуру имеет…

А. белый свет Б. красный свет В. зеленый свет Г. Фиолетовый свет

11. Дифракционную картину для световых волн можно получить, если…

А. взять две лампы накаливания Б. разделить источник света на два

В. разделить волну на две

12. Определите максимальный порядок спектра и число полос, если на дифракционную решетку с периодом 1/100 падает свет с длиной волны 530нм.

А. 18, 19 Б. 18, 37 В. 18, 18 Г. 18, 36

13. Определите радиус второго кольца Ньютона, если радиус кривизны линзы равен 1м, а длина волны падающего света 700нм.

А. 1,2·10-3м Б. 10-3м В. 5,97·10-4м Г. 10-4м

14. Самым первым описал интерференцию на тонких пленках…

А. Гюйгенс Б. Френель В. Максвелл Г. Юнг Д. Ньютон

15. Одинаковыми ли будут интерференционные картины, полученные для световой волны в воздухе и в стекле?

А. да, так как результат сложения не зависит от показателя преломления

Б. да, так как результат сложения не зависит от скорости волны

В. нет, так как результат сложения зависит от скорости волны

Г. Нет, так как результат сложения зависит от частоты света

16. Определить длину волны, если на разности хода 2мкм укладывается 5 длин волн.

А. 400нм Б. 600нм В. 760нм Г. 300нм

Тест «Волновая оптика»

Вариант 3

1. Оптическая разность хода в некоторой точке пространства 8,723мкм. Определить результат интерференции в этой точке, если длина волны падающего света равна 436нм.

А. k=13, max Б. k=2.6, min В. k=20, max Г. k=20, min

2. Явление зависимости показателя преломления от частоты падающего света, называют…

А. дисперсией Б. интерференцией В. Дифракцией Г. Поляризацией

3. Если размер отверстия в преграде больше, чем длина волны, то…

А. волна проходит без изменения Б. форма волны и длина волны изменяются

В. Форма волны изменяется, а длина волны – нет Г. Форма не изменяется, а длина-да

4. Определите предельный угол падения, если свет переходит из алмаза в стекло.

А. 28,90 Б. 62,50 В. 400 Г. 38,70 Д. такого угла не существует

5. Человек стоит на расстоянии 2м от зеркала. На каком расстоянии от себя он увидит изображение?

А. 2м Б. 4м В. 8м Г. 10м

6. Дифракционная решетка имеет период 1/100. Определить угол отклонения лучей для спектра второго порядка, если длина падающего света 400нм.

А. 2,30 Б. 9,20 В. 4,60 Г. 80

7. В центре дифракционной картины для непрозрачного экрана наблюдается…

А. светлое пятно Б. темное пятно В. в зависимости от расстояния до экрана

8. Определите радиус четвертого кольца Ньютона, если радиус кривизны линзы равен 1м, а длина волны падающего света 760нм.

А. 1,7·10-3м Б. 2,4·10-3м В. 0,85·10-3м Г. 3,6·10-3м

9. При дисперсии света наиболее отклоняются…

А. белые лучи Б. желтые лучи В. фиолетовые лучи Г. Красные лучи

10. Явление сложения волн в пространстве, при котором образуется во времени распределение амплитуд, называется…

А. дисперсией Б. интерференцией В. Дифракцией Г. Поляризацией

11. Максимальный порядок спектра равен 5. Сколько интерференционных полос содержит картина?

А. 5 Б. 6 В. 11 Г. 3

12. Цвет световой волны зависит от…

А. длины волны Б. частоты В. скорости

13. Определить длину волны, если на разности хода 2мкм укладывается 5 длин волн.

А. 400нм Б. 600нм В. 760нм Г. 300нм

14. При сложении волн в пространстве, наблюдается…

А. сплошная цветная полоса Б. сплошная черная полоса

В. чередование сплошных и черных полос

15. Белый свет имеет…

А. сложную структуру Б. простую структуру В. не имеет никакой структуры

16. При прохождении стеклянной призмы белый свет…

А. остается без изменения Б. распадается на спектр

Тест «Волновая оптика»

Вариант 4

1. При дисперсии света наиболее отклоняются…

А. фиолетовые лучи Б. зеленые лучи В. желтые лучи Г. Красные лучи

2. Определите, что будет наблюдаться в точке А при интерференции света, если разность хода равна 8,723мкм, а длина волны равна 671нм. Чему равна k?

А. k = 13,min Б. k = 13,max В. k = 20, min Г. k = 20, max

3. Самым первым получил дифракцию света…

А. Гюйгенс Б. Френель В. Максвелл Г. Юнг Д. Ньютон

4. Определите радиус центрального кольца Ньютона, если радиус кривизны линзы равен 2м, а длина волны падающего света 500нм.

А. 1,2˖10-3м Б. 6˖10-5м В. 7˖10-4м Г. 13˖10-4м

5. Дифракционная решетка имеет период 1/100. Определить угол отклонения лучей для спектра второго порядка, если длина падающего света 400нм.

А. 2,30 В. 9,20 С. 4,60 К. 80

6. . Определите максимальный порядок спектра и число полос, если на дифракционную решетку с периодом 1/100 падает свет с длиной волны 530нм.

А. 18, 19 Б. 18, 37 В. 18, 18 Г. 18, 36

7. Для наблюдения интерференции и дифракции света волны должны быть…

А. когерентными Б. синфазными В. монохроматическими Г. Любыми

8. Определите, сколько дифракционных полос получится в случае, если период дифракционной решетки равен 1/500, а длина волны падающего света равна 600нм.

А. 7 Б. 3 В. 4 Г. 6

9. Определите радиус четвертого кольца Ньютона, если радиус кривизны линзы равен 1м, а длина волны падающего света 760нм.

А. 1,7·10-3м Б. 2,4·10-3м В. 0,85·10-3м Г. 3,6·10-3м

10. дифракционные картины, получаемые для волн различной длины…

А. одинаковые

Б. разные, зависят от периода дифракционной решетки

В. разные, зависят от показателя преломления

Г. Разные, зависят от частоты

11. Одинаковыми ли будут интерференционные картины, полученные для световой волны в воздухе и в стекле?

А. да, так как результат сложения не зависит от показателя преломления

Б. да, так как результат сложения не зависит от скорости волны

В. нет, так как результат сложения зависит от скорости волны

Г. Нет, так как результат сложения зависит от частоты света

12. При прохождении стеклянной призмы белый свет…

А. остается без изменения Б. распадается на спектр

13. В центре дифракционной картины для непрозрачного экрана наблюдается…

А. светлое пятно Б. темное пятно В. в зависимости от расстояния до экрана

14. Дифракционная решетка имеет период 1/100. Определить угол отклонения лучей для спектра второго порядка, если длина падающего света 400нм.

А. 2,30 Б. 9,20 В. 4,60 Г. 80

15. . Если размер препятствия меньше, чем длина волны, то…

А. волна проходит без изменения Б. форма волны и длина волны изменяются

В. Форма волны изменяется, а длина волны – нет Г. Форма не изменяется, а длина-да

16. При сложении волн в пространстве, наблюдается…

А. сплошная цветная полоса Б. сплошная черная полоса

В. чередование сплошных и черных полос

Источник: https://infourok.ru/material.html?mid=67799

Волновая оптика. Физика атома. Ядерная физика, элементарные частицы

§16. Волновая оптика

                    Принцип Паули применительно к электронам в атоме  можно выразить следующим образом:

 или 1,

где – число электронов, в состоянии, описываемом полным набором квантовых чисел .  Максимальное число электронов  в состояниях с набором трех квантовых чисел  отличаются по спину +1/2 и -1/2  и

.

Максимальное число электронов , находящихся в состояниях с набором двух квантовых чисел равно

и приведено в табл.1. Найдем, пользуясь принципом Паули максимальное числоэлектронов в состояниях, определяемых главным квантовым числом . При заданном квантовое число изменяется в пределах от 0 до  — 1, то

.

Таблица 1

           Значения орбит.квантовых.     0           1           2          3            4

           числа l

            Символ состояния                    s           p           d          f             g

            электрона

            Максимальное. число              2          6           10         14         18

            электронов

            Для краткости речи электроны в атоме в зависимости от их квантовых чисел делят на слои, оболочки, подоболочки и т. д. Слои соотвктствуют главным квантовым числам и имеют следующие обозначения:

=1   К-слой,      =2     L-слой,      =3    M-слой,       = 4    N-cлой и далеет по английскому алфавиту.

         В таблице 2 приведены максимальные числа электронов, находящихся в состояниях, характеризуемых числами n и l.

Таблица 2

                                 Число электронов в состояниях                  Максимальное

        Слой                                    (оболочках)                                число электронов

                            s                p               d                f              g               в слое

                          l=0             l=1            l=2           l=3          l=4

          K               2                                                                                         2

          L                2                 6                                                                     8

          M               2                 6               10                                                 18

          N                2                 6               10             14                                32

          O                2                 6               10             14          18                  50        

Периодический закон элементов Д.И. Менделеева

         Периодический закон Менделеева открыт в 1869 г. Менделеев ввел понятие порядкового номера элемента Z, который равен числу протонов в ядре элемента, соответственно общему числу электронов в нейтральном атоме.

Они закономерно возрастают при переходе от предыдущего элемента к последующему. Химические свойства и ряд их физических свойств объяснятся поведением внешних, валентных, электронов в атомах.

Расположив химические элементы в порядке возрастания порядковых номеров, он получил периодичность в химических свойствах элементов.

         Важнейшей заслугой физики явилось теоретическое объяснение периодического закона Менделеева и объяснение строения периодической системы. Это стало возможным с появлением квантовой теории.

         Теория периодической системы основывается на следующих положениях:

                        а) порядковый номер элемента равен  общему числу

                        электронов в атоме данного элемента;

                        б) состояния  электронов  в  атоме  определяется

                        набором их квантовых чисел n,l,m,ms. Распределе-

                        ние электронов по состояниям  должно  удовлет-

                        ворять принципу минимума энергии атома: с воз-

                        растанием числа электронов каждый следующий

                        электрон должен занять возможное энергетческое

                        состояние с наименьшей энергией;

            в) заполнение электронами энергетических состо-

                       яний в атоме должно происходить в соответствии

                       с принципом Паули.

         В атомной физике принято обозначать электронное состояние в атоме символом nl, указывающим значение двух квантовых чисел. Это считается, что задана электронная конфигурация. Например, основное состояние атома кислорода можно выразить следующей символьной формулой

1s2,2s2,2p4

         Порядок заполнения электронных состояний в слоях, а в пределах одного слоя в оболочках, должен соответствовать последовательности расположения энергетических уровней с данным nиl.

Сначала заполняется состояние с наименьшей возможной энергией, а затем состояния с большей возможной энергией.  В пределах одного слоя сначала заполняется состояние с l=0, затем состояния с большей l вплоть до n-1.

Подобная идеальная система должна иметь строение и длины периодов, соответствующих таблице 2.

         Различие между таблицей 2 и реальной периодической системой можно понять, если учесть, что каждый электрон в атоме кроме поля ядра находится в поле всех остальных электронов.

Учет взаимодействия электронов ведет к нарушению их расположения в соответствии с таблицей 2. При достаточно больших квантовых числах nсостояния с большим nи малым l могут иметь меньшую энергию, т. е.

могут быть энергетически более выгодными, чем состояние с меньшим nибольшим l. В этом состоит причина отступлений от таблицы  2.

         Рассмотрим кратко последовательность заполнения атомов электронами в их основном (невозбужденном) состоянии по мере увеличения атомного номера.

 Z=1. Водород. 1 электрон в 1s-состоянии.

 Z=2. Гелий. 2 электрона в 1s-состоянии. В атоме гелия К-слой заполнен. Электроны находятся в состоянии 1s c противоположно ориентированными  спинами.  Он инертный газ.

 Z = 3. Литий. В К-слое лития вакансий для трех электронов нет. Третий электрон в невозбужденном атоме располагается в L-слое, в 2s-состоянии.

 Z = 4 → 10. От бериллия до неона идет заполнение второго  L-слоя, 2s- и 2р-состояний, завершающееся на неоне. Неон, как и гелий инертный газ.

 Z=11→18. Идет заполнение М-слоя. Z=11 натрий. Имеет один электрон в М-слое. Химически он сходен с водородом и литием.

 Z=18аргон. Он имеет в наружном полностью заполненном М-слое восемь электронов (3s и 3р) оказывается инертным газом. Оказывается,  элементы с полностью заполненными s- и р-состояниями химически инертны.

  Таковы криптон (Z=36) – 8 электронов в состояниях 4s и 4р, ксенон (Z=54) – 8 электронов в 5s- и 5р-состояниях и радон (Z=86) – 8 электронов в 6s- и 6р-состояниях.

         С аргона начинаются отступления в последовательности заполнения электронных слоев.

         Следующий элемент калий (Z=19) имеет девятнадцатый электрон не в состоянии 3d, а в 4s. Значит, энергия электрона в 4s-состоянии меньше, чем в 3d-состоянии. Таким образом, при десяти незаполненном 3d-состоянии начинается заполнениt 4s-cостояния.

Калий оказывается химически близким к литию и натрию. Точно так же обстоит дело за криптоном, за ним следует рубидий, у которого имеется 8 электронов в N–слое. При незаполненных 10 ти состояниях 4d  и 14 состояниях 4f один электрон находится в состоянии 5s.

Дальнейшие отклонения от порядка заполнения уровней можно проследить по таблице Менделеева.

         Особенное затруднение для химиков представляет отклонение, связанное с достройкой 4f-состояний, начинающейся после элемента лантана Z=57.

Заполнение этих состояний идет глубоко внутри, при наличии 11  внешних электронов, в том числе двух 6s-электронов.

В итоге эти элементы, отвечающие за 4f-состояние (всего их 14), имеют весьма близкое строение и близкие химимческие свойства. Это – лантаниды (или «редкие земли»).

         Аналогичное выпадение из таблицы в результате заполнения 14-ти 5f-состояний под 11-ью внешними электронами в том числе двумя 7s-электронами, начинается после актиния (Z=89). Все эти элементы (до лоуренсия) актиниды.

          Открытая Менделеевым периодичность свойств элеметов объясняется повторяемостью в структуре внешних оболочек у атомов родственных элементов.

Так, например, инертные газы имеют одинаковые внешние оболочки – заполненные s- и р-состояния, внешняя оболочка щелочных металлов (Li, Na, K, Rb, Cs, Ft) имеет лишь один валентный электрон, щелочно-земельные металлы (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) два валентных электрона, галоиды (F, Cl, Br, I, At) имеют внешнюю оболочку, в которой не хватает одного электрона до оболочки инертного газа.

Спонтанное и вынужденное излучение света

         В квантовой физике излучение света понимается как испускание фотонов атомами или молекулами при переходе электронов из состояния с более высоким значением энергии в состояние с более низким значением. Сам факт излучения считается мгновенным процессом, т. е.

квантовая теория не рассматривает какие процессы происходят в возбужденном атоме. Считается, что атом, переходя в возбужденное состояние, может пребывать в этом состоянии в течение некоторого времени, а затем совершать переход в состояние с более низким значением энергии.

Тем не менее, имеется возможность ввести представление о продолжительности нахождения атома в возбужденном состоянии.

Если излучающая частица переходит из возбужденного состояния в невозбужденное, то среднее число  переходов за единицу времени с  уровня n на другой mАmn, и средняя продолжительность возбужденного состояния выражается соотношением . Это время ≈10-8с.

         Если атомы не подвержены никаким внешним воздействиям, также воздействию электромагнитного излучения, то переход от верхнего  состояния в нижнее совершается самопроизвольно или, как говорят, спонтанно и сам переход называется спонтанным переходом.

Спонтанные переходы определяются внутренними свойствами атомов. Время пребывания атома в возбужденном состоянии не является определенной величиной и переходы совершенно случайны, поэтому, спонтанное излучение не является когерентным, т. е.

его фаза меняется хаотично, также случайны его направление и  плоскость поляризации.

         Вынужденное или индуцированное излучение происходит под действием внешнего  воздействия или излучения.

При действии периодически действующего поля излучения электроны в атоме совершают вынужденные переходы от нижнего уровня в верхний, так и от верхнего уровня на нижний, т. е. совершают как поглощательные, так и испускательные переходы.

Вероятность таких переходов зависит от интенсивности падающего излучения. Эйнштейн показал, что вероятность как поглощательных, так и испускательных переходов одинакова.

Вынужденное излучение обладает важными свойствами. Направление излучения вынужденного излучения в точности совпадает с направлением вынуждающего излучения, падающего извне.

Кроме того, частота, фаза и поляризация вынужденного излучения оказываются такими же как у вынуждающего излучения. Другими словами, вынужденное излучение и вынуждающее излучение оказываются строго когерентными.

Это свойство вынужденного излучения лежит в основе действия мазеров и лазеров.

         Если рассмотрим систему из двух энергетических уровней n и m, то в такой системе возможны два вынужденных перехода   nm и  mn, первый процесс связан с поглощением, т. е. с уменьшением интенсивности проходящего света, второй – с испусканием, т. е. с увеличением интенсивности проходящего света. Результирующее изменение интенсивно-сти зависит от того, какой из этих процессов преобладает.

         При термодинамическом равновесии распределение атомов по энергетическим состояниям выражается распределением Больцмана

,

где N – полное число атомов в системе, Ni – число атомов, обладающих энергией Ei. Видно, что с увеличением энергии уровня его населенность убывает. Число переходов с данного уровня пропорционально населенности уровня.

Поскольку населенность состояния с меньшей энергией больше, чем населенность состояния с большей энергией, то следует, что при прохождении света через вещество поглощение световой волны преобладает над вынужденным излучением и проходящий через вещество свет ослабляется.

         Для того, чтобы получить усиление падающей волны нужно обратить населенности энергетических уровней, сделать так, чтобы в состоянии с большей энергией находилось больше атомов, чем в состоянии с меньшей энергией, создать инверсную населенность

.

На такую возможность излучения впервые указал российский. физик Фабрикант (1939). В случае инверсной населенности >1 при > 0 это условие приводит к тому, что что температура должна иметь отрицательное значение. Поэтому состояние с инверсной населенностью иногда называют состоянием с отрицательной температурой.

         Изменение интенсивности при прохождении света в веществе выражается формулой Бугера-Ламберта

,

где I0 – интенсивность падающего излучения, k – коэффициент поглощения. В системах с инверсной населеностью интенсивность света по мере прохождения света через вещество усиливается. Это соответствует случаю, когда коэффициент поглощения имеет отрицательное значение. Значит, система с инверсной населенномстью имеет отрицательный коэффициент поглощения.

Мазеры и лазеры

          В 1953 г. Н.Е. Басову и А.Н. Прохорову и независимо от них Таунсу и Веберу (рис.59) и удалось создать первые молекулярные генераторы на аммиаке, работающие в области сантиметровых волн.

Рис.59

Эти генераторы назывались мазерами (microwave amplification by stimulated emission of radiation). В этом генераторе молекулы, находящиеся на нижнем энергетическом уровне, удалялись с помощью специально созданного неоднородного электрического поля. Тем самым подавлялось поглощение и излучение превышало поглощение.

         В 1960 г. Мейман (США) создал первый аналогичный прибор, работающий в оптическом диапазоне (light amplification by stimulated emission of radiation). Лазеры иногда называют оптическими квантоавыми генераторами (ОКГ). Создание лазера стало возможным благодаря тому, что были найдены способы осуществления инверсной населенности уровней в некоторых веществах.

         В лазере Меймана рабочим веществом служил цилиндр розового рубина диаметром ≈1см, длиной около 5см. Торцы цилиндра тщательно отполировались и представляли собой строго параллельные между собой плоскости.

Один торец стержня покрывался плотным непрозрачным слоем серебра, другой торец покрывался тонким слоем серебра с тем расчетом, чтобы часть светового потока (около 8%) мог выйти наружу через полупрозрачное зеркало.

         Рубин представляет собой окись алюминия Al2O3 , в котором некоторые атомы Al замещены ионами Cr+3 (0,03¸0,05%), сидящими в узлах решетки кристалла и придающими кристаллу розовый цвет.

         При поглощении света ионы хрома переходят в возбужденное состояние. Обратный переход происходит в два этапа (рис.59а ).

Рис.59

         Схема уровней энергии хрома содержит ближайшее к основному уровню Cr+3 две широкие энергетические полосы А и двойной метастабильный уровень В, переходы с которых на основной уровень соотсетствуют переходам с длинами волн 692,7 и 694,3 нм.

На первом этапе возбужденные ионы отдают часть своей энергии кристаллической решетке и некоторая часть из них переходит на метастабильные уровни В. Переход от метастабильных уровней на основной уровень запрещены правилами отбора.

Поэтому среднее время жиэни в метастабильном состоянии около 10-3с примерно 105 раз превышает время жизни в обычном возбужденном состоянии. На втором этапе ионы из метастабильного состояния переходят в основное, излучая свет указанных выше длин волн. Пока мы имеем в виду спонтанное излучение.

Если в рубине создать внешнее световое излучение с такой же длиной волны, то под лействием поля внешнего излучения переход ионов от метастабильного в основное состояние происходит значительно быстрее, чем при спонтанном излучении.

В лазере рубин освещается зеленым светом мощной импульсной лампы наполненной неоном и криптоном. При этом большинство ионов хрома переводится на уровни широкой полосы А. Процесс сообщения рабочему телу лазера энергии для перевода атомов ввозбужденное состояние, называется накачкой.

                   Для понимания действия лазера рассмотрим более подробно те процессы, которые происходят при взаимодействии фотонов с частицами вещества. На рис.60 кружочками обозначены атомы или молекулы вещества и стрелками фотоны. Если воэбужденные атомы испускают фотон спонтанно, то они излучаются в каком-либо случайном направлении.

Эти фотоны на рисунке показаны стрелками, имеющими различные направления. Если на возбужденный атом налетает фотон с энергией, соответствующей энергии квантового перехода, то он вызывает вынужденное излучение нового фотона, который,  будучи когерентным с падающим фотоном, будет излучаться вместе с ним практически в том же направлении.

Встречаясь с другими возбужденными атомами, эти два фотона вызовут излучение еще двух фотонов, появится четыре фотона, затем восемь и т. д. фотонов, т. е. число фотонов будет лавинообразно возрастать. Таким образом растет число когерентных фотонов, т. е. растет когерентное излучение. Однако наряду с излучением часть фотонов будет поглощаться.

Если вынужденное иизлучение преобладает над поглощением, то при наличии инверсной населенноси\ти частиц лавина когерентных фотонов возрастает.

         Фотоны, образующие малый угол с осью кристалла испытывают многократное отражение на зеркалах. Поэтому каскады фотонов вдоль оси стержня получают особенно сильное развитие. Фотоны, испущенные в других направлениях, выходят из кристалла через боковую поверхность. Процесс образования лавины показан на рис. 60.

Рис.60

Когда поток становится особенно интенсивным, часть его выходит через полупрозравчное зеркало.

         Лазеры на рубине работают в импульсном режиме. В кристалле выделяется много тепла, поэтому они нтенсивно охлаждается жидким азотом.

         В 1961 г. Джаваном был создан первый газовый, а именно гелий-неоновый лазер. В этом лазере усиливающей средой является плазма высокочастотного газового разряда, полученного в смеси гелия с неоном.

Вследствие соударений с электронами, полученными при разряде, атомы гелия переходят с невозбужденного уровня Е1 в возбужденное состояние с энергией E3  (см. рис. 60б).

При столкновении возбужденных атомов гелия с атомами неона, атомы неона тоже возбуждаются и переходят в один из возбужденных уровней, близко расположенных к возбужденному уровню гелия. После перехода ионов неона в один из нижележащих уровней Е2 происходит  лазерное излучение (рис.59б, переход Е2→ Е1).

          Излучение лазеров обладает рядом замечательных особенностей:

1.     Строгая монохроматичность, Δλ≈0,01нм,

2.      Высокая когерентность,

3.     Острая направленность,

4.     Узость пучка, параллельность пучка, т. е. малость угла расхождения пучка.

Узость пучка и большая мощность позволяют получить большую плотность излучения, которую невозможно получить от обычных источников света. Это привело к развитию нового направления в оптике – нелинейной оптики. Также широко используются в науке и технике другие свойства лазерного излучения.

Источник: https://moodle.kstu.ru/mod/book/tool/print/index.php?id=33843

Волноваяоптика

§16. Волновая оптика

Волноваяоптика

Световыеволнырассматриваютсяпо своей природекакэлектромагнитныеволны, обладающиевсеми ихсвойствами.

Волноваяоптика – разделоптики,объясняющийоптические явленияна основеволновойприродысвета.

Волноваяоптикаописываеттакиеоптическиеявления, какинтерференция,дифракция, поляризация,дисперсия.

Интерференциясвета

Электромагнитныеволны, как имеханическиеволны,обладают принципомсуперпозиции,то есть, еслив средеодновременнораспространяютсянескольковолн, то онираспространяютсянезависимодруг отдруга.

Однако, в техместах, гдеодниколебаниянакладываютсяна другиеколебания, ихамплитудывекторноскладываются.

При этомможетнаблюдатьсякакувеличениеинтенсивностисвета (когданакладываютсяволны содинаковымифазами), так иослаблениеинтенсивности(при сложенииволн спротивоположнымифазами). Этоявлениеполучилоназвание интерференциисвета.

Интерференциясвета – этосложениедвух и болееволн,вследствиекоторогонаблюдается устойчиваякартинаусиления иослаблениясветовыхколебаний вразныхточках пространства.

Интерферироватьмогут лишь когерентныеволны, т.е. волныимеющиеодинаковуючастоту ипостоянную вовремениразность фаз.Когерентныеисточники вприродеотсутствуют,но они могутбытьполученыразнымиспособами.

Один из нихпоказан нарисунке.Здесь показано,как с помощьюэкрана Э1с двумяузкимищелямиполучают изодного источникасвета S двакогерентных.

Интерференционнуюкартину ввидечередующихсясветлых итемных полоснаблюдают наэкране Э2.

Условиеинтерференционногомаксимума:

.

Условиеинтерференционногоминимума:

где       Δ–геометрическаяразностьхода волн,

k – порядокинтерференционногоmaxили min.

Интерференционныекартиныможно наблюдатьна тонкихмасляныхпленках наповерхностиводы, мыльныхпузырях,крыльяхстрекоз,цветапобежалостинаповерхностиметаллапосленагрева.

Явлениеинтерференциив тонкихпленкахнаходитприменениедляопределениядлин волнизлученияисточниковсвета, дляконтролякачестваобработкиполированнойповерхности,определениякоэффициентарасширениятел принагревании ит.д.

Существуютспециальныеприборы – интерферометры,предназначенныедляизмерениядлин тел, показателейпреломленияс большойточностью.

Дифракциясвета

Дифракция – этоспособностьволн огибатьвстречающиесяна их путипрепятствия,отклонятьсяотпрямолинейногораспространения.

Чтобынаблюдатьдифракциюсветовыхволн,необходимыопределённыеусловия: либоразмерыпрепятствий(или отверстий)должны бытьочень малыми,либо расстояниеотпрепятствиядонаблюдаемой картиныдолжно бытьвелико.

Возьмем напути лучей отточечногоисточникасвета Sпоставимпреграду соченьмаленькимотверстиемдиаметра d,тогдана экране Эувидимсистемучередующихсясветлых итёмных колец(при условии,что d

Чем ужеотверстие,тем набольший уголотклоняютсялучи заотверстием,тем большедиаметрколец. Есливместокруглогоотверстия будетузкая щель,тодифракционнаякартинабудет иметьвидчередующихсясветлых и темныхполос. Прииспользованиибелого светадифракционнаякартинаприобретаетрадужнуюокраску.

Дифракционныекартинынередконаблюдаютсявестественныхусловиях.Например, цветныекольца,окружающиеисточниксвета, наблюдаемыйсквозь туманили череззапотевшееоконноестекло, илиприрассматриваниияркогоисточникачерезресницы. Длянаблюдениядифракциииспользуютсяспециальныеприборы – дифракционныерешетки.

Дифракционнаярешетка(одномерная)представляетсобойсистему параллельныхравноотстоящихдруг от другащелей равнойширины.Простейшаядифракционнаярешеткаможет бытьизготовленаизстекляннойпластинки, накоторойалмазнымрезцомнанесеныпараллельныецарапины снеповрежденнымипромежуткамимежду ними(щелями).Расстояниемеждусоседними щеляминазываетсяпериодом илипостоянной решеткиd(рис.).

где       а– расстояниемеждусоседнимищелями,

b – ширинащели.

Разностьхода Δ лучей,приходящихсяв произвольнуюточку Рот двухсоседнихщелей будет:

Очевидно,колебания вточке Рбудутусиливатьдруг друга,еслиразность фазлучей будетравна 0 илиотличатся на2π, чемусоответствует:

где       k = 0, 1, 2, 3…

Тогдаусловием наблюдениямаксимумов(усиленияколебаний) светабудет:

где       k = 0, 1, 2, 3…

Вследствиедифракциипроисходитнеравномерноеперераспределениесветовой энергиимеждумаксимумами.

Дифракционнаярешеткаявляетсяспектральнымприбором. Сее помощьюможноопределятьдлины волн вспектрахизлученияисточников(например,звезд):

Поляризациясвета

Какбылопоказановыше, свет,излучаемыйбольшинствомисточников,представляетсобойналожениеогромногоколичестваволн, испущенныхотдельнымиатомами. Таккак атомыизлучаютнезависимодруг отдруга, то пространственнаяориентациявекторов  волнразныхатомовпроизвольна.Такой светназываетсяестественным(рис. а)

Луч,в которомколебаниявектора  происходяттолько водномнаправлении(имеютполярность),называетсяплоскополяризованным(или линейнополяризованным)(рис. б).

Плоскость,в которой совершаетколебаниявектор  называетсяплоскостьколебаний.Плоскость, вкоторойколеблетсявектор  (или ), назвалиплоскостьюполяризации.Угол междуэтимиплоскостями900.

Естественныйсвет можнопревратить вполяризованныйс помощью приборовкоторыеназываютсяполяризаторами.При паденииестественногосвета награницу разделасред, сразнымипоказателямипреломления,отраженный ипреломленныйлуч всегдаполяризованы.

Дисперсиясвета.

Дисперсиясвета –зависимостьпоказателяпреломления(скоростисвета) всреде отдлины волны.

Дисперсия– причинаразложения вспектр белогосвета,которыйсостоит из 7цветов: КОЖЗГСФ.

Светодного цветаимеет определеннуюдлину волны λи называется монохроматическим.

Источник: http://phys-portal.ru/lections/volnopt_lec.htm

Задачи на тему Волновая оптика

§16. Волновая оптика
Решение задач из Волькенштейна (задачник 1999 года) на тему:

  • § 16. Волновая оптика
  • 16.

    1 При фотографировании спектра Солнца было найдено, что желтая спектральная линия (λ = 589 нм) в спектрах, полученных от левого и правого краев Солнца, была смещена на 0,008 нм. Найти скорость вращения солнечного диска
    РЕШЕНИЕ16.

    2 Какая разность потенциалов была приложена между электродами гелиевой разрядной трубки, если при наблюдении вдоль пучка a-частиц максимальное доплеровское смещение линии гелия (λ= 492,2нм) получилось равным 0,8 нм

    РЕШЕНИЕ

    16.3 При фотографировании спектра звезды Андромеды было найдено, что линия титана (λ = 495,4 нм) смещена к фиолетовому концу спектра на 0,17 нм. Как движется звезда относительно Земли

    РЕШЕНИЕ

    16.4 Во сколько раз увеличится расстояние между соседними интерференционными полосами на экране в опыте Юнга, если зеленый светофильтр (λ1 = 500 нм) заменить красным (λ2 = 650 нм)

    РЕШЕНИЕ

    16.5 В опыте Юнга отверстия освещались монохроматическим светом, λ = 600 нм. Расстояние между отверстиями d = 1 мм, расстояние от отверстий до экрана L = 3 м. Найти положение трех первых светлых полос

    РЕШЕНИЕ

    16.6 В опыте с зеркалами Френеля расстояние между мнимыми изображениями источника света d = 0,5 мм, расстояние до экрана L=5 м. В зеленом свете получились интерференционные полосы, расположенные на расстоянии l=5 мм друг от друга. Найти длину волны зеленого света

    РЕШЕНИЕ

    16.7 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, не считая центральной. Луч падает перпендикулярно к поверхности пластинки, показатель преломления которой n = 1,5. Длина волны λ = 600 нм. Какова толщина пластинки

    РЕШЕНИЕ

    16.8 В опыте Юнга стеклянная пластинка толщиной h = 12 см помещается на пути одного из интерферирующих лучей перпендикулярно к лучу. На сколько могут отличаться друг от друга показатели преломления в различных местах пластинки, чтобы изменение разности хода от этой неоднородности не превышало 1 мкм

    РЕШЕНИЕ

    16.9 На мыльную пленку падает белый свет под углом 45 ° к поверхности плёнки. При какой наименьшей толщине пленки отраженные лучи будут окрашены в желтый цвет (λ = 600 нм)? Показатель преломления мыльной воды n = 1,33.

    РЕШЕНИЕ

    16.10 Мыльная пленка, расположенная вертикально, образует клин вследствие стекания жидкости. При наблюдении интерференционных полос в отраженном свете ртутной дуги (λ = 546,1 нм), расстояние между пятью полосами оказалось l = 2 см. Найти угол клина. Свет падает перпендикулярно к поверхности пленки. Показатель преломления мыльной воды n = 1,33

    РЕШЕНИЕ

    16.11 Мыльная пленка, расположенная вертикально, образует клин вследствие стекания жидкости. Интерференция наблюдается в отраженном свете через красное стекло (λ1 = 631 нм). Расстояние между соседними красными полосами l1 = 3 мм. Затем эта пленка наблюдается через синее стекло (λ2 = 400 нм). Найти расстояние между соседними синими полосами. Считать, что за время измере­ний форма пленки не изменяется и свет падает перпендикулярно к поверхности пленки

    РЕШЕНИЕ

    16.12 Пучок света с λ = 582 нм падает перпендикулярно к поверхности стеклянного клина. Угол клина 20′′. Какое число темных интерференционных полос приходится на единицу длины клина? Показатель преломления стекла n = 1,5.

    РЕШЕНИЕ

    16.13 Установка для получения колец Ньютона освещается монохроматическим светом, падающим по нормали к поверхности пластинки. Наблюдение ведется в отраженном свете. Радиусы двух соседних темных колец равны r k = 4 мм и r k +1 = 4,38 мм. Радиус кривизны линзы R = 6,4 м. Найти порядковые номера колец и длину волны падающего света

    РЕШЕНИЕ

    16.14 Установка для получения колец Ньютона осве­щается монохроматическим светом, падающим по нормали к поверхности пластинки. Радиус кривизны линзы R = 8,6 м. Наблюдение ведется в отраженном свете. Измерениями установлено, что радиус четвертого темного кольца, считая центральное темное пятно за нулевое r4 = 4,5 мм. Найти длину волны падающего света

    РЕШЕНИЕ

    16.15 Установка для получения колец Ньютона освещается белым светом, падающим по нормали к поверхности пластинки. Радиус кривизны линзы R = 5 м. Наблюдение ведется в проходящем свете. Найти радиусы четвертого синего кольца (λс= 400 нм) и третьего красного кольца (λ кр=630 нм).

    РЕШЕНИЕ

    16.16 Установка для получения колец Ньютона освещается монохроматическим светом, падающим по нормали к поверхности пластинки. Радиус кривизны линзы R = 15 м. Наблюдение ведется в отраженном свете. Расстояние между пятым и двадцать пятым светлыми кольцами Ньютона l = 9 мм. Найти длину волны монохроматического света

    РЕШЕНИЕ

    16.17 Установка для получения колец Ньютона осве­щается монохроматическим светом, падающим по нормали к поверхности пластинки. Наблюдение ведется в отраженном свете. Расстояние между вторым и двадцатым темными кольцами l1 =4,8 мм. Найти расстояние между третьим и шестнадцатым темными кольцами Ньютона

    РЕШЕНИЕ

    16.18 Установка для получения ,колец Ньютона освещается светом от ртутной дуги, падающим по нормали к поверхности пластинки. Наблюдение ведется в проходящем свете. Какое по порядку светлое кольцо, соответствующее линии λ1 = 579,1 нм, совпадает со следующим светлым кольцом, соответствующим линии λ2 = 577 нм

    РЕШЕНИЕ

    16.19 Установка для получения колец Ньютона освещается светом с длиной волны 589 нм, падающим по нормали к поверхности пластинки. Радиус кривизны линзы R = 10 м. Пространство между линзой и стеклянной пластинкой заполнено жидкостью. Найти показатель преломления жидкости, если радиус третьего светлого кольца в проходящем свете r3 = 3,65 мм

    РЕШЕНИЕ

    16.20 Установка для получения колец Ньютона освещается монохроматическим светом с длиной волны 600 нм, падающим по нормали к поверхности пластинки. Найти толщину воздушного слоя между линзой и стеклянной пластинкой в том месте, где наблюдается четвертое темное кольцо в отраженном свете

    РЕШЕНИЕ

    16.21 Установка для получения колец Ньютона освещается монохроматическим светом с длиной волны 500 нм, падающим по нормали к поверхности пластинки. Пространство между линзой и стеклянной пластинкой заполнено водой. Найти толщину слоя воды между линзой и пластинкой в том месте, где наблюдается третье светлое кольцо в отраженном свете

    РЕШЕНИЕ

    16.22 Установка для получения колец Ньютона освещается монохроматическим светом, падающим по нормали к поверхности пластинки. После того как пространство между линзой и стеклянной пластинкой заполнили жидкостью, радиусы темных колец в отраженном свете уменьшились в 1,25 раза. Найти показатель преломления жидкости

    РЕШЕНИЕ

    16.23 В опыте с интерферометром Майкельсона для смещения интерференционной картины на k = 500 полос потребовалось переместить зеркало на расстояние L =0,161 мм. Найти длину волны падающего света

    РЕШЕНИЕ

    16.24 Для измерения показателя преломления аммиака в одно из плечей интерферометра Майкельсона поме­стили откачанную трубку длиной l = 14 см. Концы трубки закрыли плоскопараллельными стеклами. При заполнении трубки аммиаком интерференционная картина для длины волны λ = 590 нм сместилась на k = 180 полос. Найти показатель преломления аммиака

    РЕШЕНИЕ

    16.25 На пути одного из лучей интерферометра Жамена поместили откачанную трубку длиной l= 10 см. При заполнении трубки хлором интерференционная картина для длины волны λ = 590 нм сместилась на k= 131 полосу. Найти показатель преломления хлора

    РЕШЕНИЕ

    16.26 Пучок белого света падает по нормали к поверхности стеклянной пластинки толщиной d = 0,4 мкм. Показатель преломления стекла n = 1,5. Какие длины волн, лежащие в пределах видимого спектра от 400 до 700 нм, усиливаются в отраженном свете

    РЕШЕНИЕ

    16.27 На поверхность стеклянного объектива (n1 = 1,5) нанесена тонкая просветляющая пленка, показатель преломления которой n2 = 1,2. При какой наименьшей ее толщине произойдет максимальное ослабление отраженного света в средней части видимого спектра

    РЕШЕНИЕ

    16.28 Свет от монохроматического источника (λ = 600 нм) падает нормально на диафрагму с диаметром отверстия d = 6 мм. За диафрагмой на расстоянии l = 3 м от нее находится экран. Какое число зон Френеля укладывается в отверстии диафрагмы? Каким будет центр дифракционной картины на экране: темным или светлым?

    РЕШЕНИЕ

    16.29 Найти радиусы первых пяти зон Френеля, если расстояние от источника света до волновой поверхности a = 1 м, расстояние от волновой поверхности до точки наблюдения b = 1 м. Длина волны света 500 нм

    РЕШЕНИЕ

    16.30 Найти радиусы rk первых пяти зон Френеля для плоской волны, если расстояние от волновой поверхности до точки наблюдения b = 1 м. Длина волны света 500 нм

    РЕШЕНИЕ

    16.31 Дифракционная картина наблюдается на расстоянии l от точечного источника монохроматического света (λ = 600 нм). На расстоянии a = 0,5l от него помещена круглая непрозрачная преграда диаметром D = 1 см. Найти расстояние l, если преграда закрывает только центральную зону Френеля.

    РЕШЕНИЕ

    16.32 Дифракционная картина наблюдается на расстоянии l = 4 м от точечного источника монохроматического света (λ = 500 нм). Посередине между экраном и источником света помещена диафрагма с круглым отверстием. При каком радиусе отверстия центр дифракционных колец, на­блюдаемых на экране, будет наиболее темным

    РЕШЕНИЕ

    16.33 На диафрагму с диаметром отверстия D = 1,96 мм падает нормально параллельный пучок монохроматического света (λ = 600 нм). При каком наибольшем расстоянии между диафрагмой и экраном в центре дифракционной картины еще будет наблюдаться темное пятно

    РЕШЕНИЕ

    16.34 На щель шириной a =2 мкм падает нормально параллельный пучок монохроматического света (λ = 589 нм). Под какими углами будут наблюдаться дифракционные минимумы света

    РЕШЕНИЕ

    16.35 На щель шириной a = 20 мкм падает нормально параллельный пучок монохроматического света (λ=500 нм). Найти ширину изображения щели на экране, удаленном от щели на расстояние l =1м. Шириной изображения считать расстояние между первыми дифракционными минимумами, расположенными по обе стороны от главного максимума освещенности

    РЕШЕНИЕ

    16.36 На щель шириной a = 6λ падает нормально параллельный пучок монохроматического света с длиной волны λ. Под каким углом будет наблюдаться третий дифракционный минимум света

    РЕШЕНИЕ

    16.37 На дифракционную решетку падает нормально пучок света. Для того чтобы увидеть красную линию (λ = 700 нм) в спектре этого порядка, зрительную трубу при­шлось установить под углом 30 ° к оси коллиматора. Найти постоянную дифракционной решетки. Какое число штри­хов нанесено на единицу ee длины

    РЕШЕНИЕ

    16.38 Какое число штрихов N0 на единицу длины имеет дифракционная решетка, если зеленая линия ртути (λ = 546,1 нм) в спектре первого порядка наблюдается под углом 19 ° 8′

    РЕШЕНИЕ

    16.39 На дифракционную решетку нормально падает пучок света. Натриевая линия (λ1 = 589 нм) дает в спектре первого порядка угол дифракции 17°8. Некоторая ли­ния дает в спектре второго порядка угол дифракции 24°12. Найти длину волны этой линии и число штрихов на единицу длины решетки

    РЕШЕНИЕ

    16.40 На дифракционную решетку нормально падает пучок света от разрядной трубки. Какова должна быть постоянная дифракционной решетки, чтобы в направлении φ = 41° совпадали максимумы линий λ1 = 656,3 нм и λ2 = 410,2 нм

    РЕШЕНИЕ

    16.41 На дифракционную решетку нормально падает пучок света. При повороте трубы гониометра на угол φ в поле зрения видна линия λ1 = 440 нм в спектре третьего порядка. Будут ли видны под этим же углом другие спектральные линии, соответствующие длинам волн в пределах видимого спектра от 400 до 700 нм

    РЕШЕНИЕ

    16.42 На дифракционную решетку нормально падает пучок света от разрядной трубки, наполненной гелием. На какую линию в спектре третьего порядка накладывается красная линия гелия (λ= 670 нм) спектра второго порядка

    РЕШЕНИЕ

    16.43 На дифракционную решетку нормально падает пучок света от разрядной трубки, наполненной гелием. Сначала зрительная труба устанавливается, на фиолетовые линии (λ ф = 389 нм) по обе стороны от центральной полосы в спектре первого порядка. Отсчеты по лимбу вправо от нулевого деления дали φ ф1 = 27°33 и φ ф2 = 36°27 . После этого зрительная труба устанавливается на красные линии по обе стороны от центральной полосы в спектре 1-ого порядка. Отсчеты по лимбу вправо от нулевого деления дали φ кр1 = 23°54 и φ кр2 = 40°6 . Найти длину волны красной линии спектра гелия

    РЕШЕНИЕ

    16.44 Найти наибольший порядок спектра для желтой линии натрия (λ = 589 нм), если постоянная дифракционной решетки d = 2 мкм

    РЕШЕНИЕ

    16.45 На дифракционную решетку нормально падает пучок монохроматического света. Максимум третьего порядка наблюдается под углом 36°48 к нормали. Найти постоянную решетки, выраженную в длинах волн падающего света.

    РЕШЕНИЕ

    16.46 Какое число максимумов, не считая центрального, дает дифракционная решетка предыдущей задачи

    РЕШЕНИЕ

    16.47 Зрительная труба гониометра с дифракционной решеткой поставлена под углом 20° к оси коллиматора. При этом в поле зрения трубы видна красная линия спектра гелия (λкр = 668 нм). Какова постоянная дифракционной решетки, если под тем же углом видна и синяя линия (λс = 447 нм) более высокого порядка? Наибольший порядок спектра, который можно наблюдать при помощи решетки, k = 5. Свет падает на нее нормально

    РЕШЕНИЕ

    16.48 Какова должна быть постоянная дифракцион­ной решетки, чтобы в первом порядке были разрешены линии спектра калия λ1 = 404,4 нм и λ2 = 404,7 нм? Ширина решетки a = 3 см

    РЕШЕНИЕ

    16.49 Какова должна быть постоянная d дифракционной решетки, чтобы в первом порядке был разрешен дублет натрия λ1 = 589 и λ2 = 589,6 нм? Ширина решетки a = 2,5 см

    РЕШЕНИЕ

    16.50 Постоянная дифракционной решетки d =2мкм. Какую разность длин волн Δλ, может разрешить эта решетка в области желтых лучей (λ = 600 нм) в спектре второго порядка? Ширина решетки a=2,5 см

    РЕШЕНИЕ

    16.51 Постоянная дифракционной решетки d = 2,5 мкм. Найти угловую дисперсию dφ/dλ решетки для λ = 589 нм в спектре первого порядка

    РЕШЕНИЕ

    16.52 Угловая дисперсия дифракционной решетки для λ = 668 нм в спектре первого порядка dφ/dλ = 2,02·105 рад/м. Найти период дифракционной решетки

    РЕШЕНИЕ

    16.53 Найти линейную дисперсию дифракционной решетки в условиях предыдущей задачи, если фокусное расстояние линзы, проектирующей спектр на экран, равно F = 40 см

    РЕШЕНИЕ

    16.54 На каком расстоянии друг от друга будут находиться на экране две линии ртутной дуги (λ1 = 577 и λ2 = 579,1 нм) в спектре первого порядка, полученном при помощи дифракционной решетки? Фокусное расстояние линзы, проектирующей спектр на экран, F = 0,6 м. Постоянная решетки d = 2 мкм

    РЕШЕНИЕ

    16.55 На дифракционную решетку нормально падает пучок света. Красная линия (λ1 = 630 нм) видна в спектре третьего порядка под углом 60 °. Какая спектральная линия видна под этим же углом в спектре четвертого порядка? Какое число штрихов на единицу длины имеет дифракционная решетка? Найти угловую дисперсию dφ/dλ этой решетки для длины волны λ1 = 630 нм в спектре третьего порядка

    РЕШЕНИЕ

    16.56 Для какой длины волны дифракционная решетка имеет угловую дисперсию dφ/dλ = 6,3·105 рад/м в спектре третьего порядка? Постоянная решетки d = 5 мкм.

    РЕШЕНИЕ

    16.57 Какое фокусное расстояние должна иметь линза, проектирующая на экран спектр, полученный при помощи дифракционной решетки, чтобы расстояние между двумя линиями калия λ1=404,4 и λ2=404,7 нм в спектре первого порядка было равным l = 0,1 мм? Постоянная решетки d=2 мкм.

    РЕШЕНИЕ

    16.58 Найти угол полной поляризации при отраже­нии света от стекла, показатель преломления которого n = 1,57

    РЕШЕНИЕ

    16.59 Предельный угол полного внутреннего отражения для некоторого вещества i = 45 °. Найти для этого вещества угол полной поляризации

    РЕШЕНИЕ

    16.60 Под каким углом i Б к горизонту должно находиться Солнце, чтобы его лучи, отраженные от поверхности озера, были наиболее полно поляризованы

    РЕШЕНИЕ

    16.61 Найти показатель преломления стекла, если при отражении от него света отраженный луч будет полностью поляризован при угле преломления β = 30°

    РЕШЕНИЕ

    16.62 Луч света проходит через жидкость, налитую в стеклянный (n = 1,5) сосуд, и отражается от дна. Отраженный луч полностью поляризован при падении, его на дно сосуда под углом iБ = 42°37 . Найти показатель преломления жидкости. Под каким углом i должен падать на дно сосуда луч света, идущий в этой жидкости, чтобы наступило полное внутреннее отражение

    РЕШЕНИЕ

    16.63 Пучок плоскополяризованного света (λ = 589 нм) падает на пластинку исландского шпата перпендикулярно к его оптической оси. Найти длины волн обыкновенного и необыкновенного лучей в кристалле, если показатели преломления исландского шпата для обыкновенного и для необыкновенного лучей равны n0 = 1,66 и ne = 1,49.

    РЕШЕНИЕ

    16.64 Найти угол между главными плоскостями поляризатора и анализатора, если интенсивность естественного света, проходящего через поляризатор и анализатор, уменьшается в 4 раза

    РЕШЕНИЕ

    16.65 Естественный свет проходит через поляризатор и анализатор, поставленные так, что угол между их главными плоскостями равен φ. Как поляризатор, так и анализатор поглощают и отражают 8% падающего на них света. Интенсивность луча, вышедшего из анализатора, равна 9% интенсивности естественного света, падающего на поляризатор. Найти угол φ

    РЕШЕНИЕ

    16.66 Найти коэффициент отражения естественного света, падающего на стекло (n = 1,54) под углом iБ полной поляризации. Найти степень поляризации лучей, прошедших в стекло

    РЕШЕНИЕ

    16.67 Лучи естественного света проходят сквозь плоскопараллельную стеклянную пластинку (n = 1,54), падая на нее под углом полной поляризации. Найти степень поляризации лучей, прошедших сквозь пластинку

    РЕШЕНИЕ

    16.68 Найти коэффициент отражения и степень поляризации P1 отраженных лучей при падении естественного света на стекло (n = 1,5) под углом i = 45°. Какова степень поляризации P2 преломленных лучей

    РЕШЕНИЕ

    Источник: https://famiredo.ru/i/370

    Biz-books
    Добавить комментарий