Стоячие световые волны наблюдать трудно из-за малой длины волны света. <...> Для наблюдения стоячих волн Винер помещал фотографическую пластинку Р с тонким слоем фоточувствительной эмульсии (толщина меньше 1/20 длины волны света) под очень малым углом α к металлическому зеркалу Z, расположенному горизонтально (рис. <...> Система кратковременно освещалась параллельным пучком монохроматического света, падающим нормально к зеркалу. <...> Сила света источника в данном направлении I d ,d где dФ – световой поток, излучаемый в телесном угле d, в рассматриваемом направлении. <...> Светимость поверхности площадью dS: M d .dS Единица измерения светимости – 1 лм/м2 ляющем угол с нормалью к поверхности: co ,s L dS I где I – сила света источника в данном направлении. <...> Одинаковая ли мощность излучения соответствует световому потоку 1 лм, если длина волны света лежит в узком спектральном интервале в окрестности длин волн 1 2 Световой поток. <...> Точечный источник имеет силу света I = 10 кд. <...> Луна в полнолуние создает освещенность площадки земной поверхности при нормальном падении света, равную 0,25 лк. <...> Точечный источник силой света I находится над полусферой радиусом R на высоте, равной ее диаметру (рис. <...> Изменится ли при этом яркость Луны и освещенность, создаваемая ею на поверхности Земли в полнолуние? <...> Пользуясь данными задачи 3.31, определите освещенность, создаваемую Солнцем при нормальном падении солнечных лучей на поверхность Земли, пренебрегая влиянием атмосферы. <...> Сквозь отверстие в ставне в комнату падает пучок солнечного света, образующий зайчик на листе белой бумаги. <...> В параллельном пучке света расположен двугранный прямой угол (рис. <...> Стена находится от зайчика на расстоянии l = 3 м и расположена перпендикулярно плоскости падения солнечных лучей на пол. <...> Кольца Ньютона наблюдаются при отражении света от поверхностей воздушного зазора, образовавшегося между плоской пластиной и соприкасающейся с ней выпуклой поверхностью <...>
Сборник_вопросов_и_задач_по_общей_физике._Раздел_3._Оптика._Раздел_4._Квантовая_физика.pdf
УДК 53
ББК 22.3
С23
Печатается по решению ученого совета государственного
образовательного учреждения высшего профессионального
образования «Московский педагогический государственный
университет»
Рецензенты:
О. Н. Коротаев, зав. кафедрой теоретической физики
МПГУ, доктор физ.-мат. наук, профессор
Г. М. Чулкова, профессор кафедры общей
и экспериментальной физики МПГУ, доктор физ.мат.
наук
С23 Сборник вопросов и задач по общей физике. Раздел 3.
Оптика. Раздел 4. Квантовая физика / Н. В. Соина, А. Б. Казанцева,
И. А. Васильева, Г. Н. Гольцман. – М.: Прометей, 2013. –
194 с.
Учебное пособие, подготовленное преподавателями кафедры общей
и экспериментальной физики факультета физики и информационных
технологий МПГУ, содержит более 800 вопросов и задач, ответы к ним и
рисунки. К наиболее сложным задачам даны развернутые ответы. Пособие
соответствует программе по направлению 011200.62 «Физика».
ISBN 978-5-7042-2414-3
© Авторский коллектив, 2013
© Издательство «Прометей», 2013
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ
РАЗДЕЛ 3. ОПТИКА
§ 3.1. ПРИРОДА СВЕТА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
§ 3.2. ФОТОМЕТРИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
Световой поток. Сила света. Освещенность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
Яркость. Светимость. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
§ 3.3. ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12
Временная когерентность. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
Пространственная когерентность. Интерференционные схемы
в оптике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15
Интерферометры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
Интерференция в тонких пленках. Полосы равной толщины . . . . . . . .21
Интерференция в тонких пленках. Полосы равного наклона.
Просветление оптики . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26
§ 3.4. ДИФРАКЦИЯ CВЕТА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
Дифракция Френеля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
Дифракция Фраунгофера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
Дифракционная решетка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
Дисперсия и разрешающая способность дифракционной решетки . . .40
§ 3.5. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
Прямолинейность распространения света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
Отражение и преломление света на плоской границе раздела сред . . .45
Отражение света на сферической границе раздела сред.
Сферические зеркала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
Преломление света на сферической границе раздела сред.
Тонкие линзы. Системы линз и зеркал . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56
§ 3.6. ОПТИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .67
Оптическая система глаза. Очки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .68
Лупа. Микроскоп . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
Телескоп. Зрительная труба . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71
Проекционный аппарат. Фотоаппарат . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
Разрешающая способность оптических приборов . . . . . . . . . . . . . . . . .75
3
Стр.3
§ 3.7. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .79
Закон Малюса. Поляризация при отражении от диэлектрика.
Формулы Френеля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80
Поляризация при двойном лучепреломлении. Интерференция
поляризованного света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
§ 3.8. РАССЕЯНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА.
ДИСПЕРСИЯ СВЕТА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89
§ 3.9. ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА В ОПТИКЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
РАЗДЕЛ 4. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА
§ 4.1. КВАНТОВЫЕ СВОЙСТВА ИЗЛУЧЕНИЯ. . . . . . . . . . . . . . . . . . .96
Энергия и импульс фотона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97
Тепловое излучение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98
Фотоэффект . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .103
Тормозное рентгеновское излучение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
Давление света . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .108
Эффект Комптона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109
§ 4.2. ВОЛНОВЫЕ СВОЙСТВА МИКРОЧАСТИЦ . . . . . . . . . . . . . . . 111
Волны де Бройля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Соотношение неопределенностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Уравнение Шрёдингера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
§ 4.3. ФИЗИКА АТОМА И СПЕКТРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Атом водорода и водородоподобные ионы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
Многоэлектронные атомы. Характеристические
рентгеновские спектры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122
Спонтанное и вынужденное излучение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124
§ 4.4. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126
Состав ядра, масса и энергия связи ядра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126
Радиоактивность, закон радиоактивного распада . . . . . . . . . . . . . . . . .129
Закономерности α-распада . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132
Закономерности β-распада . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133
Ядерные реакции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134
§ 4.5. ДОЗИМЕТРИЯ И ЗАЩИТА ОТ ИЗЛУЧЕНИЙ . . . . . . . . . . . . . .137
ОТВЕТЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .143
Справочные таблицы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .185
Стр.4