Урок № 56-169 Корпускулярно-волновой дуализм. Гипотеза де Бройля о волновых свойствах частиц. Соотношение неопределённостей Гейзенберга. Законы отражения и преломления света; поляризация, дисперсия света.

Электромагнитному излучению присущи как волновые, так и квантовые свой­ства. Чем больше длина волны излучения, тем больше оно обнаруживает волновые свойства. Чем меньше длина волны, тем отчетливее проявляются квантовые свой­ства излучения.

В 1923 г. французский физик Луи де Бройль высказал гипотезу: корпускулярно-волновой дуализм является универсальным свойством материальных объектов, характерным не толь­ко для фотонов, но и для любых других микрочастиц. Если ка­кая-либо частица обладает импульсом р, то ей соответствует λ = - длина волны де Бройля.

Соотношение неопределенностей Гейзенберга.

Точное определение положения и импульса частицы в один и тот же момент времени принципиально невозможно. Пусть имеется частица, дви­жущаяся вдоль оси X. Если известно, что импульс этой частицы равен р, то можно определить и ее длину волны.

Но понятие длины волны имеет смысл лишь по отношению к синусоидальной волне, простирающейся до бесконечности в обе стороны оси X (рис.).

Амплитуда и, следовательно, интенсивность такой волны во всех точках имеет одно и то же значение, т.е. рассматриваемую частицу с одинаковой вероятностью можно обнаружить в любой точке оси, что оз­начает, что ее положение в пространстве полностью не определено.

Если же, наоборот, мы знаем, что в данный момент времени частица находится в точке с координатой х₀, то соответствующая ей волна стягивается в эту точку и понятие длины волны теряет смысл. Но если длина волны становится неопределенной, то неопределенным оказывается и импульс рассматриваемой частицы.

Обозначим неопределенности (или «неточности») в значениях коорди­наты и импульса рассматриваемой частицы через Δх и Δр. Тогда результат наших рассуждений можно сформулировать следующим образом:

если х — определено (Δх=0), то р — не определено (Δр=∞)_;

если р — определено (Δр=0), то х — не определено (Δ х=∞).

Таким образом, неопределенности Δх и Δр обратно пропорциональны друг другу.

Полученный результат - частный случай фундаментального за­кона природы, утверждающего, что ни при каком увеличении точности измерений невозможно добиться того, чтобы произведение неопре­деленностей в положении и импульсе частицы стало меньше величины порядка постоянной Планка.

В состоянии, когда это произведение ми­нимально, Δх ∙ Δр =ħ. Это равенство -соотношение неопределенностей Гейзенберга. Из него следует, что, чем меньше Δх, тем больше Δр, и наоборот.

Оптика - раздел физики, в котором изучают явления и закономерности, связанные с возникно-вением, распространением и взаимодей­ствием с веществом световых электромагнитных волн

Геометрическая оптика — раздел оптики, в котором изучаются законы распространения световой энергии в прозрачных средах на основе представле­ния о световом луче

Световой луч - линия, вдоль которой распространяется энергия световых электромагнитных волн

В однородной среде свет распространяется прямолинейно. Световые пуч­ки при пересечении не интерферируют и распространяются после пересече­ния независимо друг от друга

Закон отражения световых лучей: луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; угол падения равен углу отражения.

Закон преломления световых лучей: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; отноше­ние синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух данных сред. =n; n=

Здесь n — относительный показатель преломления; V₁ — скорость распространения волн в первой среде; V₂ — ско­рость распространения волн во второй среде. Справедливо также выражение n=, где n₁ и n₂ - абсолютные показатели пре­ломления в первой и во вто­рой среде, соответственно. Наиболее наглядно волно­вые свойства света обнару­живаются в явлениях интер­ференции и дифракции.

Абсолютный показатель преломления - показатель преломления данной среды относительно вакуума n=, где с – скорость света в вакууме. === =

Полное внутреннее отражение: при n₂ < n₁ ==, если γ=90° α_пр предельный угол sin α_пр = .

При углах падения α >α_пр полное внутреннее отражение.

Плоскопараллельная пластина - луч смещается

параллельно себе (х — смещение).

Призма - световой луч отклоняется к основанию призмы

Волновая оптика – раздел оптики, изучающий световые волны как частный случай электромагнитных волн. Световые волны обладают всеми свойствами электромагнитных волн

Дисперсия света - это зависимость показателя преломления света от частоты колебаний или длины волны.

Дисперсия — причина раз­ложения в спектр белого света.

Белый свет – сложный.

Спектральный свет - монохроматический (определенная длина волны λ)

В вакууме дисперсии нет V_{кр(вакуум)} =V_{ф(вакуум)} = с =3∙10⁸ м/с

= n_кр

= n_ф

Исходя из опыта:

γ_кр> γ_ф

n_кр < n_ф

n_кр =

n_ф =

V_кр >V_ф

Поляризация света - процесс ориентации колебаний вектора Е све­товой волны в определенном направлении.

Естественный свет является неполяризованным (содержит волны со всевозможными

направлениями колебаний векторов Ё и , пер­пендикулярными направлению распространения волны). Свет — поперечная волна. Поляризаторы (турмалин, герапатит, поляроиды) обладают способно­стью пропускать световые волны с колебаниями векторов Ё и только в одной плоскости — поляризованный свет. Лазер испускает поляризованный свет

Задачи. Отражение и преломление света

1. На поверхность воды падает луч света под углом 50°.Каков угол преломления? n_воды=1,33.

2. Под каким углом луч света падает на поверхность воды, если угол преломления равен 30°?

3. Определить скорость света в кварце, имеющем показатель преломления 1,54.

4. Какова угловая высота Солнца над горизонтом, если водолаз, находящийся под водой, видит, что солнечные лучи падают к поверхности воды под углом 50°?

5. Под каким углом должен падать луч света на воду, чтобы преломлённый луч оказался перпендикулярным к отражённому лучу?

6. Луч, отражённый от поверхности воды, образуют с преломлённым лучом угол 90°. Определить угол преломления.

7. Под каким углом должен падать луч на поверхность стекла с n=1,6 чтобы угол падения был в 2 раза больше угла преломления.

8. Под каким углом должен падать луч на поверхность стекла, чтобы угол преломления был в 2 раза меньше угла падения.

9. Абсолютные показатели преломления алмаза и стекла соответственно равны 2,42 и 1,5. Каково отношение толщин этих веществ, если время распространения света в них одинаково?

http://landing.megapost.info/phisic/

3