PPt4Web Хостинг презентаций

Главная / Физика / Оптика и атомная физика
X Код для использования на сайте:

Скопируйте этот код и вставьте его на свой сайт

X

Чтобы скачать данную презентацию, порекомендуйте, пожалуйста, её своим друзьям в любой соц. сети.

После чего скачивание начнётся автоматически!

Кнопки:

Презентация на тему: Оптика и атомная физика


Скачать эту презентацию

Презентация на тему: Оптика и атомная физика


Скачать эту презентацию

№ слайда 1 Оптика и атомная физика Лектор: профессор кафедры оптики и биомедицинской физики
Описание слайда:

Оптика и атомная физика Лектор: профессор кафедры оптики и биомедицинской физики СГУ, д.ф.м.н., Dr. Habilit Проф. С.С.Ульянов 900igr.net

№ слайда 2 В основу настоящего конспекта лекций положен курс лекций по оптике, разработанны
Описание слайда:

В основу настоящего конспекта лекций положен курс лекций по оптике, разработанный профессором кафедры оптики Н.К. Сидоровым и заведующим кафедры оптики и биомедицинской физики профессором В.В. Тучиным

№ слайда 3 Лекция 1 Введение
Описание слайда:

Лекция 1 Введение

№ слайда 4 Оптикой называют учение о свете. В процессе исторического развития оптика неодно
Описание слайда:

Оптикой называют учение о свете. В процессе исторического развития оптика неоднократно занимала лидирующие позиции в познании окружающего нас мира, создании методов и устройств для улучшения жизни человека. В настоящее время в связи с появлением лазеров и волоконной оптики оптика переживает очередной период бурного развития.

№ слайда 5 В свое время оптика сыграла решающую роль в познании строения атома, строения ве
Описание слайда:

В свое время оптика сыграла решающую роль в познании строения атома, строения вещества. До сих пор оптическая спектроскопия является одним из наиболее эффективных средств изучения строения сложных биологических объектов, вновь синтезированных материалов, контроля загрязнения окружающей среды и пр.

№ слайда 6 В технике и технологии, особенно в микроэлектронике, существенную роль играют оп
Описание слайда:

В технике и технологии, особенно в микроэлектронике, существенную роль играют оптические методы контроля и измерения (неразрушающие методы), а также технологические процессы с использованием света (например, фотолитография).

№ слайда 7 Немного истории. Еще у древних людей в разных формах существовали два подхода к
Описание слайда:

Немного истории. Еще у древних людей в разных формах существовали два подхода к проблеме передачи энергии от Солнца к Земле светом: либо свет должен быть потоком частиц (типа летящей пули, среда не нужна), либо свет является системой волн (аналогично морской волне, акустическим волнам) и должен переносить энергию посредством среды.

№ слайда 8 Первая научная теория света была предложена Ньютоном во второй половине 17 века.
Описание слайда:

Первая научная теория света была предложена Ньютоном во второй половине 17 века. Ньютон отстаивал корпускулярную теорию - теорию истечения световых частиц, летящих прямолинейно, согласно законам механики. Главные аргументы для Ньютона - это прямолинейность распространения света, отражение света, как механических частиц (угол падения равен углу отражения).

№ слайда 9 Против волновой теории - это необходимость наличия среды - эфира, что затрудняло
Описание слайда:

Против волновой теории - это необходимость наличия среды - эфира, что затрудняло бы движение планет. Преломление света Ньютон объяснял притяжением световых частиц преломляющей средой (силы притяжения действуют по нормали), теория дает, что скорость света в среде больше, чем в воздухе. У самого Ньютона, однако, были экспериментальные факты, не укладывающиеся в корпускулярную теорию - кольца Ньютона.

№ слайда 10 Основы волновой теории были заложены Гюйгенсом (хотя он не может считаться творц
Описание слайда:

Основы волновой теории были заложены Гюйгенсом (хотя он не может считаться творцом волновой теории света). Всякий волновой процесс характеризуется пространственно-временной периодичностью, но Гюйгенс не считал световой импульс периодическим. Под волной он понимал сферическую поверхность, подобную волнам на воде.

№ слайда 11 Из идей Гюйгенса наибольшую ценность представляет общий принцип, носящий его имя
Описание слайда:

Из идей Гюйгенса наибольшую ценность представляет общий принцип, носящий его имя и выдвинутый им для отыскания направления распространения света. При помощи принципа Гюйгенса легко объяснялись законы преломления и отражения.

№ слайда 12 Он гласит: каждая точка, до которой доходит световое возмущение, является, в сво
Описание слайда:

Он гласит: каждая точка, до которой доходит световое возмущение, является, в свою очередь, центром вторичных волн; поверхность, огибающая эти вторичные волны, указывает положение фронта действительно распространяющейся волны.

№ слайда 13 В отличие от теории корпускул волновая теория дает, что скорость света в оптичес
Описание слайда:

В отличие от теории корпускул волновая теория дает, что скорость света в оптически более плотной среде 2 меньше, чем в оптически менее плотной 1. Для разрешения противоречия нужны были прямые измерения 1 и 2.

№ слайда 14 Интерференционные опыты Юнга и Френеля противоречили механистической теории корп
Описание слайда:

Интерференционные опыты Юнга и Френеля противоречили механистической теории корпускул ( и ). Было также обнаружено, что свет (подобно звуку) может отклоняться от прямолинейного распространения, огибать препятствия. Это явление дифракции, которое в полной мере не объясняется корпускулярной теорией.

№ слайда 15 Дальнейшее развитие волновая теория света получила в работах Эйлера и Ломоносова
Описание слайда:

Дальнейшее развитие волновая теория света получила в работах Эйлера и Ломоносова. Эйлер критиковал теорию истечения - Солнце испускает непрерывно и должно иссякнуть. Ломоносов - свет есть колебательное движение в эфире, и цвет определяется длиной волны, при поглощении света вес вещества не увеличивается. Развитие волновой теории - Юнг и Френель.

№ слайда 16 Волновая теория прекрасно объясняет явления дифракции, интерференции (и поляриза
Описание слайда:

Волновая теория прекрасно объясняет явления дифракции, интерференции (и поляризации), законы отражения и преломления, и даже прямолинейное распространение света.

№ слайда 17 Шла постоянная борьба между сторонниками корпускулярной и волновой теорий. Решаю
Описание слайда:

Шла постоянная борьба между сторонниками корпускулярной и волновой теорий. Решающий опыт - это прямое измерение скорости света в среде. В 1862 году Фуко произвел такой опыт, и оказалось, что в воде скорость света меньше, чем в воздухе. Волновая теория победила теорию истечения. Но насколько прочна была эта победа?

№ слайда 18 Все дифракционные опыты в том виде, как они производились со времен Юнга и Френе
Описание слайда:

Все дифракционные опыты в том виде, как они производились со времен Юнга и Френеля, описывались волновым дифференциальным уравнением при данных граничных и начальных условиях

№ слайда 19 Все дифракционные опыты в том виде, как они производились со времен Юнга и Френе
Описание слайда:

Все дифракционные опыты в том виде, как они производились со времен Юнга и Френеля, описывались волновым дифференциальным уравнением при данных граничных и начальных условиях

№ слайда 20 Само уравнение легко выводится в теории упругости сплошной среды. Если бы удалос
Описание слайда:

Само уравнение легко выводится в теории упругости сплошной среды. Если бы удалось независимо доказать существование среды - эфира, то волновая механистическая теория света была бы доказана. Два главных возражения - движение небесных тел, и необходимость (из-за большой частоты световых колебаний ~1015 с-1) высокой упругости, следовательно, и плотности среды (на уровне стали). Что доказывает немеханистическую природу света.

№ слайда 21 Волновая теория света получила неожиданную поддержку в области электрических и м
Описание слайда:

Волновая теория света получила неожиданную поддержку в области электрических и магнитных явлений, в области электродинамики, немеханистической теории Максвелла. Путем, совершенно независимым от классической механики, математическим обобщением опытных законов электромагнетизма Максвелл получил основные уравнения электродинамики, из которых однозначно вытекало волновое уравнение света.

№ слайда 22 На опыте было показано, что электрические и магнитные возмущения распространяютс
Описание слайда:

На опыте было показано, что электрические и магнитные возмущения распространяются со скоростью света, при этом связь электрических и магнитных состояний такова, что в пространстве должны распространяться электромагнитные волны. Эти волны, предсказанные теоретически Максвеллом, были на опыте обнаружены Герцем.

№ слайда 23 В изолирующей среде распространяются электромагнитные волны; изменение скорости
Описание слайда:

В изолирующей среде распространяются электромагнитные волны; изменение скорости движущегося электрона (а движение заряда под действием сил всегда ускоренное) можно рассматривать как ослабление или усиление электрического тока; оно сопровождается ослаблением (или усилением) связанного с движущимся электроном магнитного поля.

№ слайда 24 Изменение магнитного поля индуцирует в окружающем пространстве переменное электр
Описание слайда:

Изменение магнитного поля индуцирует в окружающем пространстве переменное электрическое поле, которое образует вокруг себя свое магнитное поле и т.д.

№ слайда 25 Свет - электромагнитная волна. Это объясняло и взаимодействие света с веществом:
Описание слайда:

Свет - электромагнитная волна. Это объясняло и взаимодействие света с веществом: движение заряженных частиц - излучение света; поглощение и рассеяние света - это взаимодействие электромагнитной волны с заряженными частицами внутри атома.

№ слайда 26 Волновая теория света на электромагнитной основе к концу 19 века была доказана,
Описание слайда:

Волновая теория света на электромагнитной основе к концу 19 века была доказана, отпало главное возражение Ньютона о необходимости эфира для механической волновой теории. Казалось бы, это окончательная победа волновой теории.

№ слайда 27 Однако новые факты и осмысления хорошо известных фактов по взаимодействию света
Описание слайда:

Однако новые факты и осмысления хорошо известных фактов по взаимодействию света с веществом, а именно давление света, химическое действие света (например, выцветание ткани, которое идет постепенно), фотоэффект, поглощение света, рассеяние, флуоресценция, нагрев и пр. привели к тому, что гипотеза о корпускулах - квантах света - получила новое развитие.

№ слайда 28 В самом начале 20 века Макс Планк, рассматривая излучение нагретого тела, сделал
Описание слайда:

В самом начале 20 века Макс Планк, рассматривая излучение нагретого тела, сделал замечательное открытие. Оказалось, что свет может поглощаться и излучаться лишь вполне определенными порциями энергии, названными квантами:

№ слайда 29 В 1887 году Герц открыл фотоэффект, который детально был изучен Столетовым. Энер
Описание слайда:

В 1887 году Герц открыл фотоэффект, который детально был изучен Столетовым. Энергия выбитых электронов не зависит от интенсивности, а определяется лишь частотой (длиной волны) света

№ слайда 30 Красная граница фотоэффекта. Нет объяснений со стороны волновой теории. Эйнштейн
Описание слайда:

Красная граница фотоэффекта. Нет объяснений со стороны волновой теории. Эйнштейн в 1905 году построил теорию фотоэффекта, согласно которой свет - это поток частиц квантов или фотонов с энергией h каждого, следовательно, энергия выбитых электронов пропорциональна частоте света, что и имеет место на опыте:

№ слайда 31
Описание слайда:

№ слайда 32 Квантовый характер света можно наблюдать визуально - опыты Вавилова (малые интен
Описание слайда:

Квантовый характер света можно наблюдать визуально - опыты Вавилова (малые интенсивности в затемненной комнате, т.к. в темноте глаз имеет чрезвычайно высокую чувствительность, наблюдается прерывистость потока, флуктуации, шумы).

№ слайда 33 Итак, снова возродилась идея квантовой природы света. Но это не было возвратом к
Описание слайда:

Итак, снова возродилась идея квантовой природы света. Но это не было возвратом к ньютоновским представлениям. Это было формирование новых, более глубоких и сложных понятий. Налицо противоречие, которое не укладывается в нашу систему привычных понятий.

№ слайда 34 Кажущиеся непреодолимыми внутренние противоречия были обнаружены на пороге 19 -
Описание слайда:

Кажущиеся непреодолимыми внутренние противоречия были обнаружены на пороге 19 - 20 веков не только в световых явлениях, но и в свойствах вещества: масса тел оказалась зависящей от их скорости, потребовался пересмотр понятий пространства и времени.

№ слайда 35 С этой точки зрения вскрытое в итоге развития оптики "непреодолимое" противоречи
Описание слайда:

С этой точки зрения вскрытое в итоге развития оптики "непреодолимое" противоречие волновых и корпускулярных свойств света - есть новое выражение диалектики природы, реального единства противоположностей.

№ слайда 36 Упрощенные механистические представления классической физики о непрерывных волна
Описание слайда:

Упрощенные механистические представления классической физики о непрерывных волнах и частицах, якобы исключающих друг друга, в действительных явлениях природы уживаются одновременно.

№ слайда 37 Это непривычное для нас противоречивое единство свидетельствует только о недоста
Описание слайда:

Это непривычное для нас противоречивое единство свидетельствует только о недостаточности и примитивности нашей механистической картины. Материя действительного мира бесконечно сложнее упрощенных метафизических образов, возникающих у нас в силу привычки и длительного, обыденного опыта.

№ слайда 38 Существующий материальный мир - движущаяся материя - представляется нам в двух о
Описание слайда:

Существующий материальный мир - движущаяся материя - представляется нам в двух основных формах - как вещество и свет (электромагнитное поле). Вещество во всем своем многообразии состоит из электронов, протонов и нейтронов. Вещество казалось более понятным, чем свет, который одновременно обнаруживал свойства волн и частиц. Свет всегда отождествлялся с движением. Однако физика вполне примирялась с "покоящимся" веществом.

№ слайда 39 Однако с точки зрения диалектического мировоззрения такая форма материи, лишенна
Описание слайда:

Однако с точки зрения диалектического мировоззрения такая форма материи, лишенная движения, чистая абстракция. Она действительно оказалась таковой, как это показали совсем неожиданные и удивительные опыты, проведенные в 1927 году. Было обнаружено, что поток электронов, протонов и молекул, встречая малые препятствия и отверстия, дает такие же отчетливые дифракционные явления, как и свет, т.е. обладает теми же основными свойствами волн.

№ слайда 40 Таким образом, с механикой случилось то же самое, что с оптикой - лучевая (геоме
Описание слайда:

Таким образом, с механикой случилось то же самое, что с оптикой - лучевая (геометрическая) оптика волновая оптика (малые размеры); механика Ньютона была "лучевой механикой", но открытия нашего времени (в микромасштабе) показали, что за ней скрывается более общая "волновая механика".

№ слайда 41 Не следует, однако, отождествлять "волны вещества" с волнами света. Природа их р
Описание слайда:

Не следует, однако, отождествлять "волны вещества" с волнами света. Природа их различна - свет - это электромагнитные волны. Материя, т.е. вещество и свет, одновременно обладают свойствами волн и частиц, но в целом это не волны и не частицы и не смесь того и другого. Наши механические понятия не в состоянии полностью охватить реальность, для этого не хватает наглядных образов.

№ слайда 42 Формальная математическая теория света, хотя и не вполне совершенная, в настояще
Описание слайда:

Формальная математическая теория света, хотя и не вполне совершенная, в настоящее время существует, она создана Дираком и охватывает почти весь круг известных явлений. В частности, на основании этой формальной математической теории света Дираком было предсказано, что в сильном электрическом поле, которое реализуется вблизи атомного ядра, световые кванты с длинами волн не более 0,001 нм могут распадаться на две противоположно заряженные частицы - электрон и позитрон.

№ слайда 43 Т.е. свет превращается в вещество, возможно и обратное превращение. Это предсказ
Описание слайда:

Т.е. свет превращается в вещество, возможно и обратное превращение. Это предсказание блестяще подтвердил эксперимент при облучении свинца -квантами.

№ слайда 44 История исследования света, его природы и сущности далеко не закончена; несомнен
Описание слайда:

История исследования света, его природы и сущности далеко не закончена; несомненно, что впереди науку ждут новые открытия в этой области, что мы ближе подойдем к истине, а техника обогатится новыми средствами. К наиболее революционным достижениям 20-го века в области оптики - это, конечно, создание лазеров и разработка волоконно-оптических технологий.

№ слайда 45 Уравнения Максвелла для изотропного однородного незаряженного диэлектрика e, m -
Описание слайда:

Уравнения Максвелла для изотропного однородного незаряженного диэлектрика e, m - cкаляры , e=const, m=1, r=0, j=0

№ слайда 46 СИ
Описание слайда:

СИ

№ слайда 47 CGSE (СГСЭ) Для анизотропного диэлектрика
Описание слайда:

CGSE (СГСЭ) Для анизотропного диэлектрика

№ слайда 48 e=const, m=1, r=0, j=0
Описание слайда:

e=const, m=1, r=0, j=0

№ слайда 49
Описание слайда:

№ слайда 50 Волновое уравнение
Описание слайда:

Волновое уравнение

№ слайда 51 Или: волновое уравнение
Описание слайда:

Или: волновое уравнение

№ слайда 52 Или: волновое уравнение Здесь: (СИ)
Описание слайда:

Или: волновое уравнение Здесь: (СИ)

№ слайда 53 Скалярные волны Плоские волны Сферические волны Цилиндрические волны
Описание слайда:

Скалярные волны Плоские волны Сферические волны Цилиндрические волны

№ слайда 54 Плоские волны. Рассмотрим волновое уравнение:
Описание слайда:

Плоские волны. Рассмотрим волновое уравнение:

№ слайда 55 уравнение плоской волны, распространяющейся вдоль единичного вектора n, т.к. в к
Описание слайда:

уравнение плоской волны, распространяющейся вдоль единичного вектора n, т.к. в каждый момент времени величина Е постоянна в плоскостях nr=const (уравнение плоскости). Поверхностью одинаковой фазы является плоскость.

№ слайда 56
Описание слайда:

№ слайда 57 Если вместо трехмерного волнового уравнения взять одномерное: то ему удовлетворя
Описание слайда:

Если вместо трехмерного волнового уравнения взять одномерное: то ему удовлетворяет плоская волна, распространяющаяся вдоль оси z:

№ слайда 58 Если n направлен вдоль r , то nr = r и решением волнового уравнения является выр
Описание слайда:

Если n направлен вдоль r , то nr = r и решением волнового уравнения является выражение: представляющее собой уравнение сферической волны, т.к. в каждый момент времени Е постоянна на поверхности сферы r=const.

№ слайда 59 Решение в виде представляет собой волну, т.е. процесс распространения колебаний.
Описание слайда:

Решение в виде представляет собой волну, т.е. процесс распространения колебаний.

№ слайда 60 Для описания сферических волн пользуются сферической системой координат:
Описание слайда:

Для описания сферических волн пользуются сферической системой координат:

№ слайда 61 Тогда волновое уравнение
Описание слайда:

Тогда волновое уравнение

№ слайда 62 приобретает вид
Описание слайда:

приобретает вид

№ слайда 63 В частном случае, когда Е не зависит от угловых координат, и , волновое уравнени
Описание слайда:

В частном случае, когда Е не зависит от угловых координат, и , волновое уравнение можно записать в виде:

№ слайда 64 или
Описание слайда:

или

№ слайда 65 Замена переменных u=rE, дает:
Описание слайда:

Замена переменных u=rE, дает:

№ слайда 66 После подстановки в Получаем:
Описание слайда:

После подстановки в Получаем:

№ слайда 67 Решением этого уравнения является
Описание слайда:

Решением этого уравнения является

№ слайда 68 Тогда, окончательно, выражение для Е примет вид:
Описание слайда:

Тогда, окончательно, выражение для Е примет вид:

№ слайда 69 цилиндрическая система координат:
Описание слайда:

цилиндрическая система координат:

№ слайда 70 В частном случае, когда Е не зависит от азимутального угла и от координаты z, ре
Описание слайда:

В частном случае, когда Е не зависит от азимутального угла и от координаты z, решением волнового уравнения, имеющего вид:

№ слайда 71 решением волнового уравнения является:
Описание слайда:

решением волнового уравнения является:

Скачать эту презентацию

Презентации по предмету
Презентации из категории
Лучшее на fresher.ru