Волновая теория света на основании уравнений. Эффект Комптона. Геометрическая оптика. Основные законы геометрической оптики

6–32

Волновая теория света на основании уравнений

Максвелла приходит к такому же выражению.

Давление света в волновой теории объясняетсяrЛЕКЦИИ ПО ФИЗИКЕ тем, что под действием электрического поля E

двигатьсяэлектромагнитной в направлении волны электроны (обозначенном в металле υ rбудут наr

r

рисунке) противоположном E. Магнитное поле B ОПТИКА электромагнитной волны действует на движущиеся электроны с силой Лоренца в направлении (по правилу левой руки) перпендикулярном поверхности

металла. Таким образом, электромагнитная волна оказывает на поверхность металла давление. 48. Эффект Комптона.

Корпускулярные свойства света отчетливо проявляются в эффекте Комптона — упругом рассеянии коротковолнового электромагнитного излучения (рентгеновского и γ-излучений) на свободных (или слабосвязанных) электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны. Это увеличение ∆λ=λ′ −λ не зависит от длины волны λ падающего излучения            и природы рассеивающего вещества, а определяется только углом рассеяния θ:

∆λ=λ′ −λ= 2λ_C sin^{2 θ}₂

где λ′ — длина волны рассеянного излучения, ^λ_C — комптоновская

длина ^волны. При рассеянии на электроне:       λ^e_C ⁼ m c^h_e = 2,43 10⋅ ⁻¹² м .

Фотон (с энергией ε_γ = hν и импульсом p_γ = hνc), столкнувшись с электроном (энергия покоя W₀ = m c_e ² , m_e — масса покоя электрона), передает ему часть своей энергии и импульса и изменяет направление движение

(сохранениярассеивается энергии). В процессе W₀ +этогоε_γ = упругогоW +ε_γ′  истолкновения импульса  выполняютсяpr_γ = pr_e + pr_γ ′законы, _где

W = p c_e ² + m c_e^{2 4} — релятивистская энергия электрона после столкновения, Таким образом    m c_e ² + hν = p c_e ² + m c_e^{2 4} + hν′, p_e² = p_γ² + p_γ′² − p p_{γ γ}′ cosθ= (hν c)² + (hν′ c)² − 2(h² c² )cosθ.  Отсюда

m c_e ² (ν−ν′) = hνν′cosθ. С учетом ν = c λ, получим ∆λ= 2λ_C sin ² (θ2).

Эффект Комптона не может наблюдаться в видимой области спектра, поскольку энергия фотона видимого света сравнима с энергией связи электрона с атомом, при этом даже внешний электрон атома нельзя считать свободным.

Эффект Комптона, излучение черного тела и фотоэффект служат доказательством квантовых (корпускулярных) представлений о свете как о потоке фотонов.

6

5^th ed., 2002

Оптика — раздел физики, который изучает природу света, световые явления и взаимодействие света с веществом.

Оптическое излучение представляет собой электромагнитные волны, и поэтому оптика является частью общего учения об электромагнитном поле.

В зависимости от круга рассматриваемых явлений оптику делят на геометрическую (лучевую), волновую (физическую), квантовую

(корпускулярную).

1. Основные законы геометрической оптики. Еще до установления природы света были известны следующие законы:

Закон прямолинейного распространения света — свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно.

Световой луч — линия, вдоль которой переносится световая энергия. В однородной среде лучи света представляют собой прямые линии.

Закон независимости световых пучков — эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучкиЗакон или они отражения устранены —. отраженный луч _{I II} лежит в одной плоскости с падающим лучом и i₁ i'₁ перпендикуляром, проведенным к границе Падающий Отраженный раздела двух сред в точке падения; угол 1 луч луч отражения i1′ равен углу падения i1: 2 _{Преломленный} i₁′ = i₁            луч луч Законпреломленный преломления  — и лучперпендикуляр падающий,, i_{2 III} проведенный к границе раздела двух сред в точке падения, лежат в одной плоскостипреломления; отношение есть величина синуса постоянная угла падения для данных к синусу сред угла, sinsinii₁2 = n₂₁ где n₂₁— относительный показатель преломления

второйотношениюсред. среды абсолютных относительно показателей первой , преломлениякоторый  равендвух                                                                                              n_{21 =} ⁿn₁2

         Следовательно, закон преломления будет иметь вид:           n₁sini₁ = n₂sini₂

Абсолютным показателем преломления среды электромагнитныхназывается величина волн  вn вакууме, равная c  котношению их фазовой  скоростискорости n ⁼υc υ в среде.

Поскольку υ= c εµ, то n = εµ, где ε и µ —

соответственно электрическая и магнитная проницаемость среды. 2. Полное отражение.

Если свет распространяется из среды с бóльшим показателем преломления