Волновая и квантовая оптика учебник по физике

ОПТИКА

Волновая оптика.

1. Волновое движение. Электромагнитные волны.
2. Уравнение плоской волны. Принцип суперпозиции волн.
3. Принцип Гюгенса. Законы преломления и отражения света. Шкала электромагнитных волн.
4. Интерференция света. Когерентность волн.
5. Интерференция в тонких пленках. Интерферометр Майкельсона. Опыт Майкельсона.
6. Дифракция света. Дифракционная решетка. Дифракция рентгеновских лучей.
7. Поляризация света.
8. Интерференция поляризованных лучей.

Квантовая оптика.

1. Тепловое (чеpное) излучение. Закон Киpхгофа
2. "Ультpафиолетовая катaстpофа". Гипотеза Планка
3. Фотоэффект
4. Эффект Комптона
5. Эффект Доплеpа
6. Излучение и поглощение света атомами.
7. Лазеpы (оптические квантовые генеpатоpы)

Элементы квантовой механики и физики атомов.

1. Пpинцип неопpеделенности
2. Уpавнение Шpедингеpа. Волновая функция. Волны де-Бpойля
3. Стационаpные состояния. Пpимеp конкpетной задачи

КОЛЕБАНИЯ

Гармонические колебания

Сложение колебаний

Затухающие колебания

Вынужденные колебания

Волны в упругой среде

Волновое уравнение

Энергия упругой волны

Стоячие волны

Электромагнитные волны

Световые волны

Геометрическая оптика

Интерференция света

Дифракция света

Поляризация света

Частично поляризованный свет. Степень поляризации

Поляризация при отражении и преломлении

Взаимодействие света с веществом

Тонкий резиновый шар радиусом 2 см наполнен воздухом при температуре 20°С и нормальном атмосферном давлении. Каков будет радиус шара, если его опустить в воду с температурой 4°С на глубину 20 м?

Дано: r1 = 2 см = 0,02 м t1 = 20°С, Т1 = 293 К р1 = 105 Па h = 20 м t2 = 4°С, Т2 = 277 К	Решение:
	p1 = pатм Давление на глубине p2 = pатм + ρgh = 3×105 Па. Запишем уравнение состояния газа для двух случаев: на воздухе и на глубине:  m = const, тогда , а объем шара . Тогда
r2 – ?

 , , отсюда 1,4 см.

Ответ: r2 = 1,4 см.

Какая часть газа осталась в баллоне, давление в котором было равно 12 МПа, а температура 27°С, если давление упало до 105 Па? Баллон при этом охладился до – 23°С.

Дано: р1 = 12 Мпа = 12×106 Па t1 = 27°С, Т1 = 300 К р2 = 105 Па t1 = – 23°С, Т2 = 250 К	Решение: Т.к. мы имеем баллон, то объем газа не меняется, т.е. V = const. Если же часть газа выпустили, то изменилась его масса (была m1, стала m2). Запишем уравнение состояния газа для двух случаев: ; . Разделим второе уравнение на первое,

получим  или

Ответ:

Найдите концентрацию молекул идеального газа в сосуде вместимостью 2 л при температуре 27°С, если внутренняя энергия его равна 300 Дж.

Дано: V = 2 л = 2×10-3 м3 t = 27°С, Т = 300 К U = 300 Дж	Решение: Внутренняя энергия газа определяется по формуле: . Уравнение состояния газа (уравнение Клапейрона-Менделеева):
n = ?

. Тогда , отсюда , а давление можно определить как p = nkT. Решая совместно, получаем 2,4×1019 м–3.

Ответ: n = 2,4×1019 м–3.

Вычислить конечные температуру и давление одноатомного газа, находящегося в баллоне объемом 1,5 м3 при температуре 300 К и давлении 1,8×106 Па, если этому газу сообщено количество теплоты, равное 5,4×104 Дж.

Дано: V = 1.5 м3 Т1 = 300 К р1 = 1.8×106 Па Q = 5.4×104 Дж	Решение: Первое начало термодинамики: Q = A + DU, где DU – изменение внутренней энергии. . Т.к. имеем баллон, то V = const. Это изохорный процесс, следовательно, A = 0. Тогда все тепло идет на изменение внутренней энергии Q = DU.
Т2 – ? р2 – ?

, отсюда . νR – ? Уравнение состояния газа: p1V = νRT1, следовательно  и . Т2 = Т1 + DТ. (K);

p2V = νRT2, следовательно, (Па).

 Ответ: T2 = 304 K; p2 = 1,824 МПа.