Занятие №57

Механические колебания. Гармонические колебания. Резонанс.

КОЛЕБАНИЯ - процессы, обладающие той или иной степенью повторяемости во времени.

МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ – повторяющиеся движения, при которых тело многократно и в разных направлениях проходит одно и то же (среднее) положение.

Различают периодические и непериодические колебания. Периодическими называют колебания, при которых состояние колеблющегося тела повторяется через равные промежутки времени.

СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ – колебания, возникающие в системе под действием внутренних сил после того, как система была выведена из состояния равновесия и предоставлена самой себе.

ЗАТУХАНИЕ КОЛЕБАНИЙ – уменьшение амплитуды колебаний системы с течением времени. В случае механических колебаний затухание обусловлено трением.

ГАРМОНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ – колебания, происходящие по законам синуса или косинуса:

x – значение колеблющейся величины в момент времени t, A – амплитуда колебаний, ω– циклическая (или круговая) частота, φ – полная фаза колебаний. Графиком гармонических колебаний является синусоида.

АМПЛИТУДА КОЛЕБАНИЙ (А) - максимальное значение периодически изменяющейся величины.

ПЕРИОД КОЛЕБАНИЙ (Т) – время, за которое совершается одно полное колебание. В СИ измеряется в секундах (c).

ЧАСТОТА колебаний (ν) – физическая величина, показывающая число колебаний, совершаемых за 1 с.

Частота ν является величиной, обратной периоду колебаний. Единицей частоты в СИ является герц (Гц).

Циклическая (или круговая) частота (ω) – это число колебаний, совершаемых за 2π секунд. Единицей циклической частоты в СИ является радиан в секунду (рад/с).

ФАЗА КОЛЕБАНИЙ (φ) -определяет величину и направление периодически изменяющейся величины в данный момент времени.

МАТЕМАТИЧЕСКИЙ МАЯТНИК – колеблющаяся в поле тяжести материальная точка, подвешенная на невесомой и нерастяжимой нити.

Т- период (с); l- длина нити (м);g- ускорение свободного падения (м/с²).

ФИЗИЧЕСКИЙ МАЯТНИК – груз, колеблющийся на пружине.

Т- период (с); m- масса груза (кг); k- коэффициент упругости пружины (Н/м).

ЗВУК (звуковые волны) – упругие волны, способные вызывать у человека слуховые ощущения. Человеческое ухо воспринимает упругие волны с частотой от 16 до 20 000 Гц (поэтому эти частоты называют звуковыми).

РЕЗОНАНС– явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний системы при приближении частоты вынуждающей силы к собственной частоте этой системы.

Задача №1. Период колебаний маятника 0,2 с. Чему равна частота колебаний?

Задача №2. Определить круговую (циклическую) частоту колебаний маятника, если частота колебаний равна 2,5 Гц.

Домашнее задание. Выучить конспект. Прочитать §§ 12.1, 12.2. Решить задачу: №411. Грузик, колеблющийся на пружине, за 8 с совершил 32 колебания. Найти период и частоту колебаний.

Занятие №59

Распространение колебаний в среде. Волны и их характеристики.

ВОЛНЫ –колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени. Наиболее важные и часто встречающиеся виды волн: упругие волны, волны на поверхности жидкости и электромагнитные волны. ВОЛНОВОЙ ФРОНТ- волновая поверхность, отделяющая в данный момент времени часть пространства, уже вовлеченную в волновой процесс, от области, в которой колебания еще не возникли. При этом само распространение волны можно рассматривать как движение волнового фронта.

ДЛИНА ВОЛНЫ (λ) – расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний в ней (расстояние между соседними гребнями волны). λ- длина волны (м); ν- скорость волны (м/с); Т- период (с). ПОПЕРЕЧНЫЕ ВОЛНЫ – волны, у которых характеризующие их векторные величины совершают колебания в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. ПРОДОЛЬНЫЕ ВОЛНЫ – волны, у которых характеризующие их векторные величины совершают колебания в направлении, параллельном направлению распространения волны. В отличие от поперечных волн продольные волны могут распространяться во всех средах, так как во всех средах при деформации сжатия возникают силы упругости, обеспечивающие распространение этих волн. СКОРОСТЬ ВОЛНЫ- скорость распространения возмущения. Индивидуальное расчётное задание.

Найти: А- амплитуду; Т- период; ν- частоту; ω- циклическую частоту; Какой длины математический маятник колеблется с этой же частотой? Какой жёсткости должна быть взята пружина для маятника, чтобы та же масса груза колебалась в вертикальной плоскости с частотой в 10 раз большей?

Задача №1. Период колебаний источника волны равен 8 с, скорость распространения волны 13 м/с. Чему равна длина волны?

Задача №2. Определите длину волны, распространяющейся со скоростью 320 м/с, если частота колебаний равна 256 Гц.

Домашнее задание. Выучить конспект. Прочитать § 12.3. Решить задачу: № 438. По поверхности воды в озере волна распространяется со скоростью 6 м/с. каковы период и частота колебаний бакена, если длина волны 3м?

Занятие №61

Свободные электромагнитные колебания. Формула Томсона.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИ- наблюдаемые в электрических цепях периодические изменения заряда на конденсаторе, силы тока в проводниках, напряжения и т. д.

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР – электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных катушки и конденсатора.

Процесс перезарядки конденсатора в колебательном контуре относится к свободным колебаниям.

Период свободных незатухающих колебаний выражается формулой Томсона:

T- период колебаний (с);

L- индуктивность катушки (Гн);

С- ёмкость конденсатора (Ф).

Задача №1. Чему равен период собственных колебаний в колебательном контуре с индуктивностью 20 мкГн и ёмкостью 5 мкФ? Ответ выразить в микросекундах (мкс).

Домашнее задание. Выучить конспект. Прочитать § 13.1. Решить задачу: №955. Найти период Т и частоту ν колебаний в контуре, состоящем из конденсатора ёмкостью С=800 пФ и катушки индуктивностью L=2 мкГн. Во сколько раз изменится период колебаний, если в конденсатор ввести диэлектрик с диэлектрической проницаемостью ε=9?

Занятие №63

Автоколебания. Генератор незатухающих колебаний ( на транзисторе).

Автоколебательной системой называется система в которой автоматически поддерживаются незатухающие колебания на основе механизма обратной связи.

автоколебательная система есть в приёмниках, передающих радиостанциях, усилителях, компьютерах и т. д.

Примеры других автоколебательных систем: незатухающие колебания маятника часов за счёт постоянного действия тяжести заводной гири или сжатой пружины; струны музыкальных инструментов; наши сердце и лёгкие.

Задача №1. Чему равна длина математического маятника с периодом колебаний 5 секунд?

Задача №2. Определить период колебаний пружинного маятника, составленного из груза массой 2,5 г и пружины жёсткостью 0,01 Н/м.

Домашнее задание. Выучить конспект. Прочитать § 13.1 (п.2,3). Решить задачу: № 956. Каков диапазон частот собственных колебаний в контуре, если его индуктивность можно изменять в пределах от 0,1 до 10 мкГн, а ёмкость – в пределах от 50 до 5000 пФ?

Занятие №64,65

Вынужденные колебания. Переменный ток и его получение.
Действующее значение напряжения и силы тока. Мощность тока.

Как мы уже знаем, электрический ток бывает постоянным и переменным. Но широко применяется только переменный ток. Это обусловлено тем, что напряжение и силу переменного тока можно преобразовывать практически без потерь энергии.

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК – электрический ток, который с течением времени изменяется.

Мгновенное значение силы переменного тока меняется во времени по гармоническому (синусоидальному) закону.

Мгновенное значение силы тока.

i-мгновенное значение силы тока (А); I_m- амплитуда силы тока (А); ω- циклическая частота колебаний (рад/с); φ_с- разность (сдвиг) фаз между колебаниями тока и напряжения.

ДЕЙСТВУЮЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ (эффективное значение) силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, который в данной цепи создал бы тепловой эффект, равный эффекту, создаваемому имеющимся переменным током.

Действующее значение напряжения

Мощность переменного тока

P- мощность переменного тока (Вт); U- действующее значение напряжения (В); I- действующее значение силы тока (А).

Резистор в цепи переменного тока.

Колебания силы тока по фазе совпадают с колебаниями напряжения.

АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ (R) – физическая величина, характеризующая противодействие переменному току, оказываемое теми элементами электрической цепи, в которых происходит необратимое преобразование электрической энергии во внутреннюю.

Конденсатор в цепи переменного тока

Колебания силы тока опережают колебания напряжения на конденсаторе на π/2.

ЁМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ (Хс) – физическая величина, характеризующая влияние конденсатора на протекание переменного тока через содержащую его цепь.

Катушка индуктивности в цепи переменного тока

Колебания силы тока отстают от колебаний напряжения на π/2. ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ (Х_L) - физическая величина, характеризующая дополнительное влияние катушки, которое она оказывает протеканию через нее переменного тока (помимо активного сопротивления). Возникновение индуктивного сопротивления в цепи переменного тока обусловлено явлением самоиндукции.

РЕЗОНАНС в электрической цепи (колебательном контуре) – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных электрических колебаний при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с собственной частотой колебательного контура.

Задача №1. Напряжение в сети переменного тока изменяется с частотой 50 Гц. Найти период колебаний напряжения. Ответ выразить в миллисекундах (мс).

Задача №2. Действующее значение напряжения на участке цепи переменного тока равно 220 В. Чему равна амплитуда колебаний напряжения на этом участке цепи?

Домашнее задание. Выучить конспект. Прочитать §§ 15.7; 15.8 (Дмитриева). Решить задачу: №970. На какое напряжение надо рассчитывать изоляторы линии передачи, если действующее напряжение 430 кВ?

Занятие №66

Преобразование переменного тока. Трансформатор.

Трансформатор (от лат. transformo — преобразовывать) – аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения при неизменной частоте.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. В простейшем случае трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, на который надеты две катушки с проволочными обмотками. Та из обмоток, которая подключается к источнику переменного напряжения, называется первичной, а та, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы, потребляющие электроэнергию, называется вторичной.

Переменный ток создаёт в первичной обмотке переменное магнитное поле, которое и является причиной ЭДС взаимной индукции во вторичной обмотке.

Холостой ход трансформатора- (когда ток во вторичной обмотке отсутствует). КОЭФФИЦИЕНТ ТРАНСФОРМАЦИИ (K) – отношение действующих значений напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора.

Работа нагруженного трансформатора. Когда во вторичную обмотку включают нагрузку, то некоторое время происходят колебания U и I, но в конце концов устанавливаются определённые значения величин. КПД современных трансформаторов большой мощности доходит до 99%. Повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот). U₁I₁ ≈ U₂I₂ Трансформаторы повсеместно используются при питании от сети потребителей, работающих при других напряжениях: рентгеновские, технологические и медицинские установки, электропечи, плазменные и лазерные установки, устройства радиолокации и электроники. Почти во всех технических устройствах, использующих электрический ток, трансформатор - обязательная составная часть. Передача электроэнергии

ТЭЦ

→

Подстанция(повышающий трансформатор) →

Высоковольтная линия передачи эл. энергии (ЛЭП) →

Подстанция (понижающий трансформатор) →

Низковольтная линия

→

Понижающий трансформатор

→

Потребитель

Задача №1. Под каким напряжением находится первичная обмотка трансформатора, имеющая 1000 витков, если напряжение на вторичной обмотке, содержащей 3500 витков, равно 105 В?

Задача №2. Понижающий трансформатор со 110 витками во вторичной обмотке понижает напряжение от 22 000 В до 110 В. Сколько витков в его первичной обмотке? Домашнее задание. Выучить конспект. Прочитать § 15.12 (Дмитриева). Решить задачу: № 986. Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 840 витков, повышает напряжение с 220 до 660 В. Каков коэффициент трансформации? Сколько витков во вторичной обмотке?

Занятие № 67

Электромагнитное поле, волны (по Максвеллу). Свойства волн, распространение волн.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ – распространяющиеся в пространстве возмущения электромагнитного поля. Теоретически предсказаны Дж. Максвеллом (1865); экспериментально открыты немецким физиком Г. Герцем (1888). Обобщение сделанное Максвеллом: магнитное поле может возбуждаться не только движущимися электрическими зарядами, но и любыми переменными во времени электрическими полями. Переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, переменное магнитное поле в свою очередь приводит к возникновению переменного электрического поля и т.д. Электромагнитные волны обладают теми же свойствами, что и волны любой другой природы, с учётом того, что они поперечны.

СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН. Электромагнитные волны обладают следующими свойствами: 1. Электромагнитные волны (в отличие от упругих) могут распространяться не только в различных средах, но и в вакууме. 2. Скорость электромагнитных волн в вакууме является фундаментальной физической константой, одинаковой для всех систем отсчета: с = 299 792 458 м/с ≈300 000 км/с. 3. Скорость электромагнитных волн в веществе меньше, чем в вакууме. 4. Электромагнитные волны с частотой от 400 до 800 ТГц вызывают у человека ощущение света. 5. Электромагнитные волны являются поперечными, т.  е. векторы Е и В в электромагнитной волне перпендикулярны направлению ее распространения. 6. Электромагнитные волны огибают препятствия, размеры которых сравнимы с длиной волны (дифракция). 7. Для когерентных электромагнитных волн наблюдается явление интерференции. 8. Электромагнитные волны преломляются на границе раздела двух сред. 9. Электромагнитные волны могут поглощаться веществом. 10. Электромагнитные волны, особенно низкочастотные, хорошо отражаются от металлов. 11. Для электромагнитных волн, распространяющихся в веществе, имеет место дисперсия. 12. При переходе электромагнитной волны из одной среды в другую частота волны остается неизменной. 13.Расстояние, на которое распространяется электромагнитная волна за время, равное периоду колебаний векторов в ней, называется длиной электромагнитной волны. СКОРОСТЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН – скорость, с которой распространяется возмущение электромагнитного поля. В вакууме эта скорость равна скорости света. В других средах меньше. Задача №1. Определите длину волны электромагнитного излучения, если период колебаний составляет 0,2 мкс. Задача №2. Генератор УВЧ работает на частоте 150 МГц. Какова длина волны электромагнитного излучения генератора? Домашнее задание. Выучить конспект. Прочитать § 13.2. Решить задачу: № 997. Радиостанция ведёт передачу на частоте 75 МГц (УКВ). Найти длину волны.

Занятие № 68

Физические основы радиосвязи.

Впервые Александр Степанович Попов публично продемонстрировал свой приёмник 25 апреля (7 мая) 1895 г. на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в физической лаборатории Петербургского университета. Этот день в нашей стране ежегодно отмечается как День радио.

АНТЕННА (лат. antenna – мачта) – устройство для излучения или приема радиоволн. ЗАЗЕМЛЕНИЕ 1) устройство для электрического соединения с землей аппаратов, машин, приборов и т. п. 2) процесс передачи электрического заряда Земле. Земной шар намного больше тел, находящихся на нем, и поэтому, после соприкосновения с Землей заряженное тело отдает ей почти весь свой заряд и становится практически нейтральным. МОДУЛЯЦИЯ – изменение во времени амплитуды, частоты или фазы высокочастотных колебаний по определенному закону. АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ – изменение амплитуды высокочастотных электромагнитных колебаний с частотой, равной частоте звукового сигнала.

ДЕМОДУЛЯЦИЯ (детектирование) – процесс выделения низкочастотных (звуковых) колебаний из модулированных колебаний высокой частоты; процесс, обратный модуляции колебаний. Применяется в радиоприемных устройствах, телевидении и др.



РАДИОВОЛНЫ – электромагнитные волны с длиной волны от 5×10^–5 до 1010 м. В настоящее время принято выделять следующие диапазоны радиоволн: сверхдлинные волны (с длиной волны в вакууме от 100 до 10 км). Радиоволны находят широкое применение в жизни и деятельности людей. Они применяются в радиовещании, телевидении, радиолокации, радиоастрономии, радиосвязи. Задача №1. В каком диапазоне длин волн работает приёмник, если ёмкость конденсатора в его колебательном контуре можно плавно изменять от 200 до 1800 пФ, а индуктивность катушки постоянна и равна 60 мкГн?

Домашнее задание. Выучить конспект. Прочитать § 13.3. Решить задачу: №1009. На каком расстоянии от антенны радиолокатора находится объект, если отражённый от него радиосигнал возвратился обратно через 200 мкс?

Занятие №69

Электромагнитная природа света. Принцип Гюйгенса.
Световой поток и освещённость. Светимость звёзд.

До середины 19 века под светом понимали то, что воспринимается нашим глазом, т.е. то что сейчас называется видимым излучением. Природа света в то время была не ясна. Одни учёные, в частности И. Ньютон и его последователи, рассматривали свет как поток частиц (корпускул). Другие учёные, например Х. Гюйгенс, Т. Юнг, О. Френель рассматривали свет как упругую волну в некоторой особой среде- мировом эфире. Каждая теория обладала достоинствами и недостатками. И лишь в 60-х годах 19 столетия после создания Максвеллом математической теории электромагнитного поля и открытия электромагнитных волн природа света была раскрыта. Оказалось, что свет представляет собой не упругую, а электромагнитную волну. Это открытие сняло все трудности. Открытие Эйнштейном в 1905 году квантовых свойств света сохранило неизменным представление о свете как о электромагнитной волне, изменилось лишь понимание механизма излучения и поглощения света и его взаимодействия с веществом. На базе исследований оптических явлений возникли две фундаментальные области современной физики: теория относительности и квантовая физика. Подлинная революция произошла в оптике в 60-е годы прошлого столетия, в связи с изобретением оптических квантовых генераторов (лазеров). Фронтом волны называют поверхность, все точки которой колеблются в одинаковых фазах. Иначе фронт волны ещё называют поверхностью равных фаз. Принцип Гюйгенса. Каждая точка до которой доходит волна, является в свою очередь, центром вторичных волн; поверхность, огибающая в некоторый момент времени эти вторичные волны, указывает положение фронта распространившейся к этому времени волны.

Световой поток — соответствующая энергетическому потоку излучения световая величина, то есть мощность излучения, воспринимаемая нормальным человеческим глазом. Обозначение: Φ Единица измерения СИ: люмен (лм).

Освещенность - поверхностная плотность светового потока, падающего на поверхность, равная отношению светового потока к величине освещаемой поверхности, по которой он равномерно распределен. Единицей освещенности является люкс (лк).

Светимость звезд. Полную мощность излучения звезды во всем диапазоне электромагнитного спектра называют истинной или болометрической «светимостью».

Задача №1. От ближайшей звезды (α Центавра) свет доходит до Земли за 4,3 года. Каково расстояние до звезды?

Задача №2. Чему равна скорость света, если расстояние от Луны до Земли, примерно равное 3,84 ^.10⁵ км, он проходит за 1,28 с?

Домашнее задание. Выучить конспект. Прочитать §14.1, 18.2. Решить задачу: №1019. Сколько времени идёт свет от Солнца до Земли?

Занятие №70

Законы отражения и преломления света.

Закон обратимости световых лучей. Согласно нему луч света, распространившийся по определённой траектории в одном направлении, повторит свой ход в точности при распространении и в обратном направлении.

ЗАКОН ПРЯМОЛИНЕЙНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТА – в однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно, то есть световые лучи в такой среде представляют собой прямые линии.

ЗАКОН ОТРАЖЕНИЯ СВЕТ – падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред лежат в одной плоскости и угол падения равен углу отражения.

ЗАКОН ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА – падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная и называется показателем преломления второй среды относительно первой.

Показателем преломления какой-либо среды относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления. n-показатель преломления; с- скорость света в вакууме (м/с); υ- скорость света в веществе (м/с).

Полное внутреннее отражение: угол преломления 90⁰ и более.

Задача №1. Угол падения светового луча на отражающую поверхность равен 32⁰. Чему равен угол между падающим и отражённым лучами (в градусах)?

Задача №2. Скорость распространения света в алмазе 120 ^. 10³ км/с. Вычислить показатель преломления в алмазе.

Домашнее задание. Выучить конспект. Прочитать § 14.2. Решить задачу: № 1023. Под каким углом должен падать луч света на плоское зеркало, чтобы угол между отражённым и падающим лучами был равен 70⁰?

Занятие №73

Линзы.

ЛИНЗА – прозрачное тело (обычно стеклянное), ограниченное двумя сферическими поверхностями. Является одним из основных элементов оптических систем. Линза, у которой толщина пренебрежимо мала по сравнению с радиусами кривизны ее поверхностей, называется тонкой. ФОКУС – точка, в которой пересекаются после преломления в линзе либо сами падающие на нее параллельным пучком лучи света (в случае собирающей линзы), либо их продолжения (в случае рассеивающей линзы).

ФОРМУЛА ТОНКОЙ ЛИНЗЫ – формула, связывающая расстояния от предмета до линзы и от линзы до изображения с фокусным расстоянием линзы.

В этой формуле расстояния от линзы до предмета, до действительного изображения, и фокусное расстояние собирающей линзы берутся со знаком плюс, а расстояния до мнимого изображения и фокус рассеивающей линзы – со знаком минус.

F- фокусное расстояние линзы (м); d- расстояние от предмета до линзы (м); f- расстояние от линзы до изображения(м). Построение изображений в линзе.



Оптическая сила линзы. F- фокусное расстояние линзы (м); D- оптическая сила линзы (дптр). В СИ оптическая сила измеряется в диоптриях.

Увеличение линзы. Г- увеличение линзы; Н- высота изображения (м); h- высота предмета (м). Задача №1. Какова оптическая сила собирающей линзы, фокусное расстояние которой 125 мм?

Задача №2. При помощи линзы, фокусное расстояние которой 20 см, получено изображение предмета на экране, удалённом от линзы на 1 м. На каком расстоянии от линзы находится предмет?

Домашнее задание. Выучить конспект. Решить задачу: №1064. Свеча находится на расстоянии 12,5 см от собирающей линзы, оптическая сила которой 10 дптр. На каком расстоянии от линзы получится изображение и каким оно будет?

Занятие №75

Интерференция, дифракция и дисперсия света.

ДИСПЕРСИЯ СВЕТА (лат. рассеяние) – зависимость показателя преломления n вещества (или скорости распространения света) в нем от частоты ν проходящего через него света.

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА – сложение двух (или нескольких) световых волн, при котором в одних точках пространства происходит усиление интенсивности света, а в других – ослабление. Является частным случаем общего явления интерференции волн.

Из естественных проявлений интерференции наиболее известно радужное окрашивание тонких пленок (масляные и бензиновые пленки на воде, мыльные пузыри, крылья стрекозы и т. д.).

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА – огибание световыми волнами границы непрозрачных тел и проникновение света в область геометрической тени.

ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЁТКА - оптический прибор, представляющий собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (щелей, выступов), нанесенных на некоторую поверхность (от 0,25 до 6000 штрихов на 1 мм). Дифракционные решетки используются для разложения электромагнитного излучения (в частности, света) в спектр.

d- период решётки (м); φ- угол под которым виден соответствующий максимум; k- номер максимума; λ- длина световой волны (м).

Задача №1. Монохроматический свет падает нормально на дифракционную решётку с периодом 1,4 мкм. Какова длина волны падающего света, если дифракционный максимум первого порядка наблюдается под углом 30⁰? Ответ выразить в микрометрах (мкм).

Задача №2. Определить синус угла отклонения лучей зелёного света (λ=0,56 мкм) в спектре первого порядка, полученном с помощью дифракционной решётки, период которой равен 2 мкм.

Домашнее задание. Выучить конспект. Прочитать § 14.3. Решить задачу: №1100. Определить угол отклонения лучей зелёного света (λ=0,55 мкм) в спектре первого порядка, полученном с помощью дифракционной решётки, период которой равен 0,02 мм.

Занятие №78

Спектры. Шкала электромагнитных излучений.

Исторически раньше всех прочих спектров было начато исследование оптических спектров. Первым был Исаак Ньютон, который в своём труде «Оптика», вышедшем в 1704 году. Фактически, Ньютон заложил основы оптической спектроскопии: в «Оптике» он описал все три используемых поныне метода разложения света — преломление, интерференцию и дифракцию.

Шкала электромагнитных излучений

Инфракрасное излучение. Испускают тела при любой температуре (лёд, поверхность Земли, тело человека, кипящая вода, расплавленная сталь, лазеры, Солнце, звёзды). Лампы накаливания до 80% общего излучения дают в инфракрасном диапазоне.

Применение: фотографирование в тумане и темноте, инфракрасный телескоп, приборы ночного видения, самонаведение ракет, сушка древесины и пропитанных намоточных изделий, парниковый эффект, пеленгация, космическая связь и навигация, сигнализация, локация, сушка автомобилей после покраски.

Ультрафиолетовое излучение. Источники: электрическая дуга, газоразрядные лампы (ртутно- кварцевые, люминесцентные), солнце, звёзды.

Рентгеновское излучение. Обнаружено от астрономических объектов: Солнце (пятна, вспышки и всплески),источники в созвездиях Скорпиона, Лебедя и Стрельца в Крабовидной туманности, галактика в созвездии Центавра, пульсары и квазары. Применение: в медицине, дефектоскопия, для расшифровки строения сложнейших органических соединений.

Гамма излучение. Испускают атомные ядра. Области применения гамма-излучения: гамма-дефектоскопия, контроль изделий просвечиванием γ-лучами, консервирование пищевых продуктов, стерилизация медицинских материалов и оборудования, лучевая терапия, уровнемеры, гамма-каротаж в геологии.

Задача №1. Когда чайник создаёт большее излучение: когда в нём кипяток или когда в нём вода комнатной температуры?

Задача №2. Почему в холодную погоду многие животные спят, свернувшись в клубок?

Домашнее задание. Выучить конспект. Прочитать стр.279-281.