Материал: Билет №7

Билет№7

1.Почему интерференцию можно наблюдать от двух лазеров и нельзя от двух электроламп?

Наложение волн светового диапазона от любых двух независимых источников света (кроме лазеров) не дает интерференционной картины, так как эти источники всегда не когерентны. Включение еще одной лампочки лишь увеличивает освещенность поверхности, но не создает чередования минимумов и максимумов освещенности. Обычные электрические лампочки излучают обрывки волн (цуги) причём разных частот. И интерференция происходит, но интерф. картина меняется так быстро что человеческий глаз просто её не замечает. В этом случае говорят об неустойчивой и Картине

Интерф. картина наблюдается если выполняются условия когерентности

1. Источники должны давать излучения одинаковой частоты т.е должны быть монохроматическими.

2. Разность хода лучей должна быть постоянной. Что выполняется для двух лазеров.

2. Как можно выразить амплитуду колебаний световой волны от некоторой зоны Френеля и почему?

Точечный источник S создаёт сферическую волну. Требуется определить амплитуду колебаний волны в т. Р. Волновая поверхность в некоторой точке О  будет представлять сферу. Френель предложил разбить ее на кольцевые зоны (секторы) так, что расстояния от краев каждой зоны до т. Р отличается на λ/2. Построенные таким образом сектора сферы называются зонами Френеля.

Волны, приходящие в т. Р от аналогичных точек двух соседних зон имеют противоположные фазы, т.к. разность хода между этими волнами равна λ/2.

При не слишком больших m (m – номер зоны), площади зон Френеля примерно равны S₁= S₂ =S_m. С ростом номера зоны m увеличивается расстояние b_m, от зоны до т. Р и угол φ между нормаль. к элементам зоны и направлением на т. Р. Тогда по формуле (1) амплитуда A_m колебания, возбуждаемого m -й-зоной в т. Р, монотонно убывает

А₁ >A₂ >A₃ >A_m >…>A_∞.

Т.к. волны от двух соседних зон приходят в т. Р в противофазе, они ослабляют друг друга и тогда результирующая амплитуда в т. Р равна

А_рез = А₁ -A₂ +A₃ –A₄+…

Т

Если фронт волны полностью открыт, то число зон m → ∞ и

Амплитуда, создаваемая в некоторой точке Р всей сферической волновой поверхностью, равна половине амплитуды первой зоны. Следовательно, распространение света от S к Р происходит так, будто световой поток распространяется внутри очень узкого канала вдоль линии SР. т. е. прямолинейно.

Если на- пути световых волн поставить экран с отверстием, в котором укладывается четное число зон Френеля, то в т. Р будет минимум - ослабление света:

Если в отверстии укладывается нечетное число зон Френеля, то в т. Р будет максимум - усиление света

3. Нарисуйте и объясните вольт-амперные характеристики фотоэффекта, соответствующие двум различным освещенностям катода (при заданной частоте света)

В дальнейших экспериментах была детально исследована зависимость силы фототока от напряжения, приложенного к пластинам конденсатора при заданной величине падающего светового потока. Такая зависимость называется вольт-амперной характеристикой (рис. 18).

.Вольт-амперная характеристика фотоэлемента

Как видно из рис. 18, вольт-амперная характеристика стремится к насыщению по мере увеличения разности потенциалов. С другой стороны, при некоторой отрицательной разности потенциалов — U_э вольт-амперная характеристика обращается в ноль.

Как уже говорилось, падающий свет выбивает электроны из отрицательной пластины конденсатора (из катода). В отсутствие электрического поля — при U=0 большинство вырванных электронов (хотя и не все) долетают до другой пластины. При положительной разности потенциалов, т. е. при ускоряющем электрическом поле, сила фототока слегка увеличивается, а затем достигает своего предельного значения. Предельное значение фототока носит название тока насыщения — I_нас. Ток насыщения соответствует случаю, когда все вырванные светом электроны достигают анода.

Если увеличить световой поток, падающий на катод, то есть увеличить число выбиваемых электронов, то ток насыщения станет увеличиваться (рис. 19).

Рис. 19. Вольт-амперная характеристика при разных световых потоках (Ф₂>Ф₁) 

Рассмотрим теперь левую часть рис. 18. При некотором отрицательном задерживающем потенциале — U₃ — сила фототока становится равна нулю. Это означает, что такое электрическое поле тормозит вылетевшие электроны до полной остановки и отбрасывает их обратно на катод. Из этого условия можно найти значение максимальной кинетической энергии вырванных электронов по формуле:

(3)

где т_е — масса электрона, е — заряд электрона (е=1,6·10^-19 Кл).

Вот отсюда к Билету №8

Экспериментально показано, что задерживающий потенциал зависит только от частоты света, которым облучают катод фотоэлемента, и не зависит от величины падающего светового потока. При увеличении частоты облучающего света задерживающий потенциал возрастает (рис. 20).

. Зависимость силы фототока от приложенной разности потенциалов при освещении катода светом различной частоты при одинаковом числе вырванных электронов (v₂> v₁> v₀)

На опыте обнаружено, что кинетическая энергия вырываемых светом электронов зависит только от частоты падающего света и не зависит от величины светового потока. Если частота света меньше определенной для данного вещества минимальной частоты v₀, то фотоэффекта не происходит. Частоту v₀ называют красной границей фотоэффекта. Задерживающий потенциал, соответствующий красной границе фотоэффекта, равен нулю.

4.Если зачерненную пластинку, на которую падает свет, заменить на зеркальную той же площади, то световое давление….?:  (для зеркальной , абсолютно черной ). При замене  на   изменение импульса вырастет в 2 раза (абсолютно упругий удар). давление увеличится в 2 .Сила давления пропорциональна изменению импульса фотонов. ОТВЕТ: увеличится в 2 раза.

(Давление света — Поток фотонов (свет), который при соударении с поверхностью оказывает давление.

Поток фотонов, падающие на поглощающую поверхность :

Поток фотонов, падающие на зеркальную поверхность :

)

5. Разность хода двух волн, когерентных источников до данной точки, равна ????/2. Амплитуда колебаний каждой волны составляет а1. Чему равна амплитуда результирующей волны а вследствие интерференции?

При наложении некогерентных волн средняя величина квадрата амплитуды результирующей волны равна сумме квадратов амплитуд накладывающихся волн. Энергия результирующих колебаний каждой точки среды равна сумме энергий ее колебаний, обусловленных всеми некогерентными волнами в отдельности. 

Амплитуда результирующего колебания максимальна и равна сумме амплитуд слагаемых колебаний: если разность фаз этих колебаний составляет четное число «Пи»; если же разность фаз составляет нечетное число «Пи», то амплитуда результирующего колебания минимальна и равна разности амплитуд слагаемых колебаний. 

Стоячие волны — частный случай интерференции. Стоячие волны образуются в результате наложения двух волн одинаковой амплитуды, фазы и частоты, распространяющихся в противоположных направлениях.

Амплитуда в пучностях стоячей волны равна удвоенной амплитуде каждой из волн. Поскольку интенсивность волны пропорциональна квадрату ее амплитуды, это означает, что интенсивность в пучностях в 4 раза больше интенсивности каждой из волн или же в 2 раза больше суммарной интенсивности двух волн. Здесь нет нарушения закона сохранения энергии, поскольку в узлах интенсивность равна нулю. Уравнение плоской стоячей волны:

Амплитуда стоячей волны: А=2А₀ |sin2пx/λ|

Как видим,амплитуда стоячей волны зависит от координаты x.модуля означает, амплитуда — всегда полож. 

Стоячая волна не переносит энергию. Дважды за период происходит превращение энергии стоячей волны то полностью в потенциальную, сосредоточенную в основном вблизи узлов волны, то полностью в кинетическую, сосредоточенную в основном вблизи пучностей волны. В результате происходит переход энергии от каждого узла к соседним пучностям и обратно. Средний по времени поток энергии в любом сечении волны равен нулю.

наверное : 2*А0*sin(начальная фаза). 

6. Пространственная дифракционная решетка.

Трехмерная (пространственная) решетка - это пространственное образование, в которых элементы структуры подобны по форме, имеют геометрически правильное и периодически повторяющееся расположение, а также постоянная решетки должна быть соизмерима с длиной волны электромагнитного излучения. Пространственные решетки должны иметь периодичность по трем не лежащим в одной плоскости направлениям. Кристаллы, являясь трехмерными про­странственными решетками, имеют постоянную порядка 10^-10 м и, непригодны для наблюдения дифракции в видимом свете (м), но их можно использовать в качестве естествен­ных дифракционных решеток для рентге­новского излучения, т.к. расстояние между атомами в кристаллах одного порядка с рентгеновского излучения (~10^-12— 10^-8 м). Предположение Вульфа — Брэггов: дифракция рентгеновских лучей является результатом их отражения от системы па­раллельных кристаллографических плос­костей (плоскостей, в которых лежат узлы (атомы) кристаллической решетки).

Представим кристаллы в виде совокуп­ности параллельных кристаллографиче­ских плоскостей,  отстоящих друг от друга на расстоянии d. Пучок параллель­ных монохроматических рентгеновских лучей (/, 2) падает подуглом скольжения (угол между направлением падающих лу­чей и кристаллографической плоскостью) и возбуждает атомы кристаллической решетки, которые становятся источниками когерентных вторичных волн 1’ и 2', интерферирующих между собой, подобно вторичным волнам, от щелей дифракционной решетки. Максимумы интенсивности наблюдаются в тех направлениях, в которых все отраженные атомными плоскостями волны будут находиться в одинаковой фазе.Эти направления удовлетворяютформуле Вульфа — Брэггов

(m= 1, 2, 3, ...) (14.10)т. е. при разности хода между двумя лучами, отраженными от соседних кристаллографических плоскостей, кратной целому числу длин волн, наблюдаетсядифракционный максимум.

При произвольном направлений падения монохроматического рентгеновского излучения на кристалл дифракция не возникает. Чтобы ее наблюдать, надо, поворачивая кристалл, найти угол скольжения. Дифракционная картина может быть получена и при произвольном положении кристалла, для чего нужно пользоватьсянепрерывным рентгеновским спектром, испускаемым рентгеновской трубкой. Для таких условий опыта всегда найдутся длины волн, удовлетворяющие условию