Пояснения к рабочей программе

В настоящее время волновая оптика является частью общего учения о распространении волн. При изучении явлений интерференции, дифракции, объясняемых с позиций волновой природы света, студент должен обратить внимание на общность этих явлений для волн любой природы. Но световые волны имеют специфические особенности: когерентность, монохроматичность, которые обусловлены конечной длительностью свечения отдельного атома.

При изучении интерференции света особое внимание следует обратить на такие вопросы, как цвета тонких пленок, полосы равной толщины и равного наклона. Следует помнить, что при интерференции света имеет место суперпозиция, связанная с перераспределением энергии, а не с взаимодействием волн.

Рассматривая явление дифракции, необходимо уяснить метод зон Френеля, уметь пользоваться графическим методом сложения амплитуд, что будет способствовать пониманию дифракции на одной щели, дифракционной решетке. Кроме того, необходимо изучить дифракцию на пространственной решетке и уметь пользоваться формулой Вульфа—Брэгга, являющейся основной в рентгеноструктурном анализе, имеющем важнейшее практическое применение.

Изучение явлений интерференции и дифракции света должно подготовить студента к пониманию основ волновой (квантовой) механики и физики твердого тела.

Поперечность световых волн была экспериментально установлена при изучении явления поляризации света, которое имеет большое практическое применение. При изучении этого явления особое внимание следует обратить на способы получения поляризованного света и применение законов Брюстера, Малюса, на явление вращения плоскости поляризации в кристаллах и растворах, эффект Керра.

Изучая явление дисперсии света, необходимо уяснить сущность электронной теории этого явления, отличие нормальной дисперсии от аномальной.

Четко представлять такие понятия, как фазовая и групповая скорость, знать связь между ними и показать их равенство при отсутствии дисперсии. Следует представлять, что при движении заряженных частиц в веществе в том случае, когда их скорость движения превышает фазовую скорость световых волн в этой сре­де, возникает излучение Вавилова—Черенкова, которое нужно рас­сматривать как классическое явление.

Переход от классической физики к квантовой связан с пробле­мой теплового излучения и, в частности, с вопросом распределе­ния энергии по частотам в спектре абсолютно черного тела. Изу­чая тему «Квантовая природа излучения», необходимо знать гипо­тезу Планка о квантовании энергии осцилляторов и уяснить, что на основании формулы Планка могут быть получены законы Сте­фана—Больцмана и Вина.

Развитие гипотезы Планка привело к созданию представле­ний о квантовых свойствах света. Кванты света получили название фотонов. С позиций квантовой теории света объясняются такие явления, как фотоэлектрический эффект и эффект Комптона. При изучении фотоэффекта следует знать формулу Эйнштейна и на ее основании уметь объяснить закономерности, установленные Столе­товым.

Рассматривая эффект Комптона, необходимо обратить внима­ние на универсальный характер законов сохранения, которые ока­зываются справедливыми в каждом отдельном акте взаимодейст­вия фотона с электроном.

Изучая световое давление, важно понять, что это явление мо­жет быть объяснено как на основе волновых представлений о све­те, так и с точки зрения квантовой теории.

В итоге изучения этого раздела у студента должно сформиро­ваться представление, что электромагнитное излучение имеет двой­ственную корпускулярно-волновую природу (корпускулярно-волновой дуализм). Корпускулярно-волновой дуализм является проявле­нием взаимосвязи двух основных форм материи: вещества и поля.

Контрольная работа № 5 построена таким образом, что дает возможность проверить знания студентов по разделу «Волновая оптика и квантовая природа излучения». В нее включены задачи на расчет картины интерференции от двух когерентных источников, интерференцию в тонких пленках, полосы равной толщины и рав­ного наклона. Тема «Дифракция света» представлена задачами: дифракция в параллельных лучах на одной щели, на плоской и пространственной дифракционных решетках.

Задачи по теме «Поляризация света» охватывают такие вопросы, как применение законов Брюсгера, Малюса, использование формул Френеля для определения степени поляризации, вращение плоскости поляризации в растворах и кристаллах.

Задачи на дисперсию и поглощение света затрагивают такие вопросы, как определение фазовой и групповой скорости эффект Вавилова—Черенкова, закон Бугера.

Задачи по теме «Квантовая природа излучения» включают та­кие вопросы, как законы теплового излучения, фотоэффект, эффект Комптона, давление света.

Основные законы и формулы

Показатель преломления сре­ды (абсолютный)
Оптическая длина пути луча	L=nl
Оптическая разность хода двух световых волн
Условие максимума интенсивности света при интерференции
Условие минимума интенсив­ности света при интерференции
Линейное и угловое расстоя­ние между соседними интерфе­ренционными полосами на эк­ране, расположенном парал­лельно двум когерентным ис­точникам света
Оптическая разность хода световых волн в тонких плен­ках в отраженном и проходя­щем свете (показатель прелом­ления пленки больше показате­ля преломления окружающей среды)
Радиус темных колец Нью­тона в отраженном свете
Радиус светлых колец Нью­тона в отраженном свете
Условие дифракционных мак­симумов от одной щели
Условие дифракционных ми­нимумов от одной щели
Условие главных максиму­мов дифракционной решетки
Формула Вульфа—Брэгга для дифракционных рентгенов­ских лучей
Разрешающая сила дифрак­ционной решетки
Формулы Френеля для отраженногр естественного света от диэлектриков
Степень поляризации света
Закон Брюстера
Закон Малюса
Разность хода лучей, про­шедших пластинку исландского шпата (или кварца), вырезан­ную параллельно оптической оси, в случае нормального па­дения света
Угол поворота плоскости по­ляризации монохроматического света при прохождении через оптически активное вещество; кристаллы растворы
Связь между групповой (u) и фазовой (υ) скоростями волн
Условие возникновения из­лучения Вавилова—Черенкова	υ>c/n
Закон Стефана—Больцмана
Закон смещения Вина
Связь между энергетической светимостью и энергетической яркостью для абсолютно чер­ного тела
Энергия фотона
Масса фотона
Импульс фотона
Давление света при нор­мальном падении на поверх­ность с коэффициентом отра­жения р
Закон Бугера
Уравнение Эйнштейна для внешнего фотоэффекта: при Г<5 кэВ при Г>5 кэВ
Красная граница фотоэф­фекта	или
Изменение длины волны при эффекте Комптона