Шпаргалка по "Физике"

 

   56-57 ПРИНЦИП ПАУЛИ. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ МЕНДЕЛЕЕВА.

Состояние в квантовой  механике описывается 4-мя квантовыми числами Если атомы находятся в невозбужденном состоянии, то казалось бы, что все они должны быть сосредоточены в состоянии 1S (n=1, L=0, m=0, S=1/2). Опыт показывает, что это не так. Согласно одному из основных законов квантовой механики – принципу Паули – в одном и том же атоме не может быть 2-х электронов, обладающих одинаковой совокупностью квантовых 4-х чисел или в одном и том же состоянии одновременно не могут находится 2 электрона. Число электронов с данным значением n определяется

2Σ[L=0, n-1](2L+1)=2n². Совокупность электронов в атоме с одинаковыми значениями n и L, образуют электронную оболочку. Совокупность электронных оболочек

с одинаковым значением n, образуют группу или слой.

Слоям дают следующие  наименования: (см. рисунок). Как происходит заполнение электронами периодической  таблицы Менделеева? Одной из своих  задач физика видела объяснение закона периодической системы Менделеева. Рассмотрим заполнение электронами первых двух периодов таблицы Менделеева, начиная с простейшего атома водорода. Каждый последующий элемент будем получать из предыдущего, увеличивая заряд на 1 и добавляя 1 электрон, который будет в месте с минимальной энергией.

H (n=1, L=0, m=0, S=1/2) 1S, He (n=1, L=0, m=0, S=1/2, n=1, L=0, m=0, S=

= - ½) 1S². На атоме гелия заканчивается постройка k-слоя. У лития – 3-й электрон заполняет S-оболочку слоя лития. Третий электрон у лития слабее связан с ядром. Именно он отвечает за оптические, химические и электрические свойства и называется оптическим (валентным) электроном.

Ne – 1S² 2S² 2P⁶. У неона, также как и у атома гелия, внешняя электронная оболочка полностью замкнута – заполнена электронами. Именно этим объясняются особые свойства инертных газов. Т.о. периодическая повторяемость свойств электронов таблицы Менделеева объясняется периодической повторяемостью электронных конфигураций внешних электронных оболочек. Периодическая таблица элементов строится 3-х основных положениях: 1) заряд ядра атома совпадает с порядковым номером элемента в таблице Менделеева. Каждый последующий элемент получается из предыдущего увеличением заряда ядра на 1 и добавлением одного элетрона. 2) С увеличением числа электронов в атоме каждый последующий электрон занимает доступное ему место с минимумом потенциальной энергии. 3) Распределение электронов по состояниям должно соответствовать принципу Пауля.

 

58. Рентгеновское  излучение

В 1895 Рентген обнаружил, что бомбардировке стекла или  мет-ла быстрыми электронами возникает излучение, обладающее большой проницаемой способностью. Это излуч-е получ название рентгеновского. Если энергия электрона eU, где U- ускоряющий потенциал, < чем энергия связи внутренних электронов, рентгеновское излуч-е будет испускаться этими же электронами, при их торможении в вещ-ве и наз. тормозным рентген излуч-ем. При этом будет испуск непрерывный рентген спектр. При достаточно большой  энергии электронов на этот спектр наложится линейчатый. Природа возникновения линейчатого спектра следующая: будем постепенно увелич энергию электронов, т е ускоряющий их потенциал U. Когда eU  достигает энергии связи электронов М-слоя, начинается вырывание М-электронов ударами быстрых электронов, образовавшиеся вакансии в М-слое будут заполнятся. В рез-те переходов с испусканием фотонов из N в М- слой возникнет рентген М-серия. Когда eU достигнет энергии связи L- электронов, начинается вырывание электронов из L-слоя и возникает L-серия и т.д.

   Частоты υ- линии  характеристических рентген лучей находятся по закону Мозли  √υ=a(z–b) , где a – постоян- я для дан серии, b –постоян-я экранирования, z-заряд

  В мед практике  используются спектры поглощения  рентген излуч-я, поглощение происходи  в силу 2 причин: 1) рассеяние рентген  фотонов на слабо связанных электронах. 2) поглощение фотонов электронами внутренними оболочками атомов, приводящее к вырыванию этих электронов из атомов, с последующим возникновением линейчатых спектров.

  По мере увеличения  частоты поглощение обусловленное  обеими причинами уменьш., вещ-во становится все более прозрачное для рентген лучей. В силу этого при просвечивании организма кости, существенной составляющей которых явл фосфорно-кислый кальций, поглащ рентген лучи примерно в 100 раз сильнее, чем мягкие ткани организма содержащие много воды.

 

59. Интерференция  (условия min и max).

 

 

Интерференция – совокупность явлений наблюдаемых при распространении  двух когерентных волн. Когерентные  волны – при одинаковой частоте  имеют постоянную разность фаз.

Длина интерференционной полосы:

Dy=(lL)\d. Где L – расстояние от источников до экрана, а d – расстояние между источниками.

Произведение геометрической длины пути l световой волны в среде на абсолютный показатель преломления n наз. оптической длиной пути: s=nl. А d=s₂-s₁=n₂l₂-n₁l₁ – оптическая разность хода. Если  источники когерентны, то при условии d=ml - максимум суммарной  амплитуды, а при d=(2m-1)l\2 – минимум. Т.е. если разность хода интерферирующих волн равна четному числу полуволн, то получается максимум, а если нечетному – минимум интенсивности. Нарушение закона сохранения энергии при этом не происходит. Она лишь перераспределяется – в max – боль-ше, а в min меньше, но средняя энергия остается неизменной. Глаз воспринимает такое перераспределение как чередование темных и светлых полос, контрастность которых определяется соотношением интенсивностей интерферирующих источников.

 

60-61  Когерентность временная.  Когерентность пространственная

 

Когерентность волн бывает временной и пространственной.Согласованность  волн, которая заключается в том, что разность фаз остается неизменной с течением времени для любой точки пространства называется временной когерентностью.Согласованность волн, которая заключается в том, что разность фаз остается постоянной в разных точках Волновой поверхности называется пространственной когерентностью.Реальные источники не могут быть когерентными.

Когерентность ¾ согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов. Она характеризуется способностью волн к интерференции.

Излучение теплового источника ¾ хаотично, лазера ¾ упорядоченно.

Физической мерой упорядоченности  или корреляцией м/д колебаниями  в разных точках волнового поля является видность (контрастность) интерференционной  картины.

Влияние немонохроматичности  света на интерференционную картину. Временная когерентность.

Реальные источники  испускают не монохроматическую  волну, а волны в диапазоне  Другие длины волн дают свои min/max, которые, перекрываясь, ухудшают видимость. Выясним условия различимости интерференционной картины в немонохроматическом свете.

С ростом m ширина спектрального интервала уменьшается.

Введём понятие времени  и длины когерентности. Немонохроматичность  света связана с механизмом излучения. Отдельные атомы излучают не бесконечную  во времени и пространстве волну, а своего рода световой импульс, представляющий собой совокупность колебаний с различными амплитудами (A), начальными фазами (a) и частотами . их диапазон  может быть смоделирован из частей монохроматических волн, длительностью Dt ¾ цугов.

За t амплитуда, частоты, фазы остаются постоянными.

Т.о. цуг характеризуется  спектральным интервалом  и временем когерентности Dt

Вывод: интерференция  наблюдается, если происходит наложение  волн одного и того же цуга.

Оптическая схема интерферометра Майкельсона:

Влияние размеров источника на интерференционную картину. Пространственная когерентность.

Пусть свет от протяжённого источника S падает на две узкие щели на расстоянии d друг от друга, за которыми находится экран.

Каждая точка источника  излучает независимо от других и даёт свою собственную интерференционную картину. Даже если свет имеет одну длину волны, фаза меняется от точки к точке. Критерий различимости: max центра источника совпадает с min крайних точек.наименьшее расстояние между щелями, при котором наблюдается интерференция от протяжённого источника с угловыми размерами

 

 

62. Интерференция  на клине

 

Интерференция – совокупность явлений  наблюдаемых при распространении  двух когерентных волн. Когерентные  волны – при одинаковой частоте  имеют постоянную разность фаз.

Если свет интерферирует  в тонком прозрачном клине с малым  углом a, то полосы равной толщины параллельны ребру клина. При монохроматическом свете в вакууме с l, ширина полос равна: l\(2na), где n – абс. показатель преломления клина.

Примером таких полос являются кольца Ньютона. Радиус темного кольца: r_k=Ö(kRl), R – радиус линзы. Для светлого кольца: r_k=Ö(((2k-1)R)l\2).

 

 

Вопрос 63 интерференция  на пленке.

Интерференция - физическое явление, наблюдаемое при сложении волн (световых, звуковых и т. п.), усиление волн в одних точках пространства и ослабление в других (или сложение двух или более волн, при котором амплитуда результирующей волны зависит от разности фаз исходных волн в данной точке пространства)

 

Пусть на плоскопараллельную прозрачную пленку (пластинку) с показателем преломления n и толщиной d под углом a падает плоская монохроматическая волна (для простоты рассмотрим один луч).

На поверхности  пленки в точке А волна частично отражается (луч 1- ) и частично преломляется (луч АВ). В точке В волна также частично отражается (луч ВС) и частично преломляется (луч 2- ). То же самое происходит в точке С.

Причем преломленная волна (луч 1" ) накладывается на волну  непосредственно отраженную от верхней  поверхности (луч 1- ). Эти две волны  когерентны, если оптическая разность хода меньше длины когерентности l_ког, и в этом случае они интерферируют.

Оптическая разность хода двух волн D=(AB+BC)n-(AD-l/2),

где l/2 - потеря полуволны при отражении луча 1- в точке А. Используя закон преломления n₁sina = n₂sing и учитывая, что в рассматриваемом случае n₁=1, n₂=n, можно показать, что .В точке наблюдения на экране будет максимум, если D=ml и минимум, если D=(2m+1)l/2 ).  Частным случаем полос равной  толщины являются  кольца Ньютона. Роль пленки переменной толщины здесь иг-рает воздушная прослойка между собирающей линзой и стек-лянной пластинкой (см.рис.44). Т.к. оптическая структура об-ладает осевой симметрией, наблюдающиеся интерференци-онные полосы принимают вид концентрических колец. Для толщины прослойки h разность хода между лучами, отражен-ными от нижней поверхности линзы и от пластинки соот-ветственно равна D =2h +l/2 - (l/2) добавляется из-за условий отражения.

 

64. Многолучевая интерференция.

 

Пусть в точку р  приходит свет от n когерентных лучей одинаковой интенсивности I причем все колебания сдвинуты друг относительно друга по фазе на одинаковый угол  . интенсивность испускаемого света будет равна квадрату амплитуды, . Т. О. точка в которой все лучи прих. Со сдвигом по фаз    D =2пm наблюдаетсяы max освещенности, Imax=N^2I₀  такие точки называют максимум освещенности и их положение определяется условием D =2пm Между max находится n-1 отчка min освещенности.

 

65 Дифракция. Принцип Гюйгенса-Френеля

Дифракцией называется совокупность явлений, наблюдаемых при распространении света в среде с резкими неоднородностями и связанных с отклонениями от законов геометрической оптики. Дифракция, в частности, приводит к огибанию световыми волнами препятствий и проникновению света в область геометрической тени.Различают два случая дифракции. Если источник света и точка наблюдения Р расположены от препятствия настолько далеко, что лучи, падающие на препятствие, и лучи, идущие в точку Р, образуют практически параллельные пучки, говорят о дифракции Фраунгофера   или   о  дифракции   в   параллельных лучах. Иначе одиф. Фринеля

принцип Гюйгенса –Френеля,представляет собой дополненный принцип Гюйгенса. все элементарные вто-ричные источники  являются когерентнми. При вычислении амплитуды колебалния порождаемого в точке световой волной распространяющейся от реального источника, можно заменять этот источник совокупность. Вторичных источников, расположенных вдоль волновой поверхности.

 

 

 

66 Дифракция Френеля. Метод зон Френеля.

 

Метод зон Френеля. волновой фронт (будем называть волновым фронтом поверхность, которая соединяет все точки, колеблющиеся в одинаковой фазе) раз-бивается на отдельные участки, именуемые зонами. Разбиение на зоны должно удовлетво-рять двум условиям:   

1.площади всех зон  одинаковы,

2.расстояния от двух соседних зон до точки наблюдения отличаются на половину длины волны.

Первое условие означает, что  амплитуды колебаний от всех зон  в точке наблюдения будут одинаковыми, тогда как из второго условия  следует, что колебания двух соседних зон скла-дываются в противофазе. В этом случае вместо вычисления сложных интегралов достаточ-но подсчитать число зон. Если оно – четно – в точке наблюдения будет минимум освещен-ности (зоны попарно гасят друг друга), если же количество зон на участке волнового фрон-та, видимого из точки наблюдения, окажется нечетным – в ней будет конечная освещен-ность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

67 Дифракция на щели.

 

 

Обозначим, ширину щели b, а ширину непрозрачного участка – а . Величи-ну d = а + b назовем периодом или постоян-ной решетки.

                                           bsinj = ml  - условие минимума, 

                                        bsinj = (2ь-1)l/2 – условие максимума.

Аналогично дифр. фраунгрофера

 

 

68. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решётка

Если источник света  и точка наблюдения Р расположены от препятствия настолько далеко, что лучи, падающие на препятствие, и лучи, идущие в точку Р, образуют практически параллельные пучки, говорят о дифракции Фраунгофера   или   о   дифракции   в   параллельных лучах. Дифракцию Фраунгофера можно наблюдать, поместив за источником света S и перед точкой наблюдения Р по линзе так, чтобы точки S и Р оказались в фокальной плоскости соответствующей линзы (см рис.).

                                           bsinj = ml  - условие минимума, 

                                        bsinj = (2ь-1)l/2 – условие максимума.

             При движении точки наблюдения  в направлении, перпендикулярном  плоскости рисунка (вдоль длинной  стороны щели) картина не изменяется, и на экране видны чере-дующиеся  темные и светлые полосы. Однако интенсивности светлых полос быстро убы-вают так, что практически с трудом удается наблюдать более двух таких полос с  каждой стороны от центрального максимума.