Подготовка к ЕГЭ по физике ВФТШ | Волновая оптика | МА Пенкин | Физика с F

• Электромагнитные волны были открыты Джеймсом Максвеллом.  

• Максвелл разработал систему уравнений, описывающую взаимные превращения электрического и магнитного полей.  

• Электромагнитные волны представляют собой распространяющиеся в пространстве электромагнитные колебания.  

• Электромагнитные волны поперечны, что означает перпендикулярность векторов напряженности электрического поля и индукции магнитного поля направлению распространения волны.  

• Пример электромагнитной волны — обычный свет.  

• Электрическое поле колеблется в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.  

• Магнитное поле колеблется перпендикулярно плоскости электрического поля.  

• В каждой точке пространства векторы напряженности электрического и магнитного полей меняются со временем, создавая впечатление бегущей волны.  

• Электромагнитные волны синфазны, что означает одинаковую фазу колебаний в разных точках пространства.  

• Скорость распространения волны определяется формулой, включающей магнитную постоянную и диэлектрическую проницаемость среды.  

• Формула скорости света включает магнитную постоянную и диэлектрическую проницаемость вакуума.  

• Скорость света в вакууме равна 3x10^8 метров в секунду.  

• Показатель преломления среды равен корню из произведения магнитной и диэлектрической проницаемостей.  

• Показатель преломления зависит от длины волны, что называется дисперсией.  

• В прозрачных средах, таких как вода, показатель преломления отличается от теоретического значения из-за дисперсии.  

• Скорость электромагнитных волн максимальна в вакууме и равна скорости света.  

• Длина волны λ — это расстояние между двумя пиками или впадинами.  

• Период волны — это время, за которое волна проходит свою длину.  

• Формула: λ = vT, где v — скорость волны, T — период.  

• Частота волны ν — величина, обратная периоду.  

• Поляризация — это взаимная ориентация векторов E и B.  

• Электромагнитная волна поперечна, если векторы E и B перпендикулярны друг другу и вектору скорости.  

• Поляризация доказывает поперечность электромагнитных волн.  

• Плоско-поляризованная волна: плоскость колебаний электрического поля E остается неподвижной.  

• Линейно-поляризованная волна: плоскость колебаний магнитного поля B остается неподвижной.  

• Случайная поляризация: плоскость колебаний электрического поля вращается случайным образом.  

• Основные явления: интерференция, дифракция, дисперсия.  

• Интерференция: сложение волн по амплитудам, может привести к темному или яркому пятну.  

• Примеры: просветление оптики, радужная окраска пленок.  

• Дифракция: огибание волнами препятствий с последующей интерференцией.  

• Примеры: заход волн в область геометрической тени, нечеткость границ изображения, радужная оболочка.  

• Неразличимость близких звезд при наблюдении в телескоп.  

• Дисперсия: зависимость абсолютного показателя преломления вещества от длины волны света.  

• Основные примеры дисперсии: прохождение белого света через призму и радуга после дождя.  

• Дисперсия — это зависимость показателя преломления вещества от длины волны света.  

• Дисперсия объясняет преломление света на сферических каплях дождя.  

• В 1672 году Ньютон провел опыт с призмой, разложив белый свет на спектр.  

• Белый свет включает множество электромагнитных волн с длинами волн от 450 до 700 нанометров.  

• Призма преломляет свет с разным показателем преломления для каждой длины волны.  

• Показатель преломления зависит от длины волны света.  

• Формула: скорость света равна произведению длины волны на частоту.  

• Дисперсия объясняет, почему красный луч отклоняется меньше всего, а фиолетовый — сильнее всего.  

• Красный луч преломляется меньше всего, фиолетовый — сильнее всего.  

• Призма разлагает белый свет на спектр, создавая радужную оболочку.  

• Глаз наиболее чувствителен к длине волны зеленой части спектра.  

• Дефракционная решетка также разлагает белый свет в спектр.  

• Призматический спектр сжат в красной части и растянут в фиолетовой.  

• Дефракционный спектр равномерен по толщине для всех цветов.  

• Основные примеры дисперсии: прохождение света через призму и радуга после дождя.  

• Угол отклонения прошедшего луча от первоначального направления равен произведению показателя преломления и угла падения.  

• Цвет тела определяется длиной волны света, который отражается от него.  

• Тело кажется зеленым, если оно отражает зеленые волны и поглощает остальные.  

• Белый цвет означает, что тело отражает все длины волн, а черный — поглощает все.  

• Светофильтры пропускают только определенные длины волн, поглощая остальные.  

• Светофильтр красного цвета пропускает только красные волны, делая тело красным.  

• Окраска веществ не связана с дисперсией.  

• Электромагнитные волны могут интерферировать и огибать препятствия.  

• Звуковые волны требуют среды для распространения.  

• Электромагнитные волны распространяются со скоростью света в вакууме.  

• Оптическая разность хода двух световых лучей — это разность их оптических длин.  

• Оптическая длина равна произведению показателя преломления на геометрическую длину.  

• Пример с двумя лучами показывает, как определить их оптическую разность хода.  

• Две световые волны называются монохроматическими, если у них одинаковые длины волн или частоты.  

• Световая волна описывается как гармоническая функция с амплитудой и циклической частотой.  

• Интенсивность волны пропорциональна квадрату амплитуды вектора напряженности электрического поля.  

• Для электромагнитной волны вводится понятие волнового числа k.  

• Волновое число связано с длиной волны и частотой.  

• Волновое число используется для описания интерференции и дифракции света.  

• Волновое число определяется как 2π/λ.  

• Разность фаз двух электромагнитных волн равна произведению волнового числа и оптической разности хода.  

• Оптическая разность хода Δφ равна произведению волнового числа на расстояние Δx.  

• Циклическая частота ω равна произведению волнового числа k на скорость распространения света c.  

• В конкретной среде скорость света будет обозначаться как v.  

• Волновое число k можно представить как расстояние Δx.  

• Интерференция световых волн — это сложение волн по амплитудам векторов E и B.  

• Суммарная интенсивность не равна сумме интенсивностей слагаемых волн.  

• Монохроматические волны имеют одинаковую длину волны λ.  

• Когерентные волны — это монохроматические волны с постоянным сдвигом фаз.  

• Постоянный сдвиг фаз означает, что разность фаз не зависит от времени.  

• Рассматриваются две волны с напряженностью электрического поля.  

• Волна 1: амплитуда E10 умножить на косинус omega t + phi1.  

• Волна 2: амплитуда E20 умножить на косинус omega t + phi2.  

• Монохроматические волны имеют одинаковые длины волн и частоты.  

• Разность фаз двух волн обозначается как дельта phi.  

• Когерентные волны имеют постоянную разность фаз.  

• Если разность фаз не зависит от времени, косинус разности фаз является константой.  

• Среднее значение косинуса дельта phi равно косинусу дельта phi.  

• Если разность фаз зависит от времени, косинус дельта phi равен нулю.  

• Разность фаз дельта phi находится по формуле: дельта phi = k * дельта.  

• Дельта - оптическая разность хода волн.  

• Формула позволяет определить разность фаз по рисунку распространения волн.  

• Излучение лазера является когерентным.  

• Когерентные волны в точке встречи складываются по напряженности, но интенсивность не равна сумме интенсивностей.  

• Некогерентные волны не влияют друг на друга.  

• Напряженность суммарной волны пропорциональна квадрату амплитуды.  

• Амплитуда суммарной волны выражается через амплитуды исходных волн и разность фаз.  

• Интенсивность пропорциональна квадрату вектора напряженности.  

• Если волны идентичны, их амплитуды равны.  

• Квадрат напряженности суммарной волны равен сумме квадратов амплитуд исходных волн.  

• Интенсивность суммарной волны пропорциональна квадрату напряженности.  

• Интенсивность суммарной волны пропорциональна квадрату напряженности.  

• Для идентичных волн интенсивность равна сумме интенсивностей исходных волн.  

• Формула для интенсивности суммарной волны при интерференции идентичных волн.  

• Когерентные волны складываются по интенсивности, некогерентные - нет.  

• Для некогерентных волн среднее значение косинуса равно нулю.  

• Для когерентных волн среднее значение косинуса зависит от разности хода.  

• В разных точках наблюдения интенсивность меняется.  

• В одних точках интенсивность максимальная, в других - минимальная.  

• Это явление называется интерференцией.  

• Максимум интенсивности наблюдается при косинусе, равном единице.  

• Разность хода должна быть кратна целому числу длин волн.  

• Минимум интенсивности наблюдается при косинусе, равном минус единице.  

• Разность хода должна быть кратна нечетному числу полуволн.  

• Когерентные волны создаются на основе принципа Гюйгенса-Френеля.  

• Этот принцип объясняет, как волны взаимодействуют и создают интерференционную картину.  

• Интерференция возможна только при наложении когерентных источников света.  

• Принцип Дюгенса-Френеля позволяет рассматривать каждую точку среды как источник вторичных когерентных волн.  

• Этот принцип используется в интерферометрах для создания интерференционной картины.  

• Опыт Юнга заключается в использовании непрозрачного экрана с двумя щелями.  

• Источник света должен быть точечным и монохроматическим.  

• В реальной жизни реализовать такие условия сложно из-за конечных размеров источника и наличия дельта-лямбды.  

• Свет от точечного источника распространяется во все стороны, создавая сферические волны.  

• Эти волны попадают в щели, делая их границы источниками вторичных когерентных волн.  

• В результате получаются два когерентных пучка света, которые накладываются друг на друга.  

• В различных точках экрана волны будут иметь разную разность хода, что приведет к чередованию максимумов и минимумов.  

• В центре экрана будет максимум, а в других точках — чередование светлых и темных полос.  

• Это явление называется интерференционной картиной и описывается законом синуса или косинуса.  

• Результирующее колебание в любой точке экрана обусловлено интерференцией всех вторичных волн.  

• Для более качественного рассмотрения опыта Юнга необходимо ввести формулы и расстояния.  

• Источник света с длиной волны лямда и интенсивностью и.  

• Свет от источника идет во все стороны, создавая два луча.  

• Введены расстояния между щелями и непрозрачным экраном.  

• Цель - определить интенсивность света в точке Б.  

• Введена система координат с началом в точке симметрии экрана.  

• Лучи попадают в точку Б, и нужно найти зависимость интенсивности от расстояния.  

• Лучи идут в разные стороны, но в точку Б попадают два луча.  

• Найдена оптическая разность хода между лучами.  

• Разность длин лучей выражается через расстояния и углы.  

• Использована теорема Пифагора для нахождения длин лучей.  

• Разность хода выражается через расстояния и углы.  

• Введены ограничения малости для упрощения расчетов.  

• Разность хода выражается через расстояния и углы.  

• Использована формула для малости параметров.  

• Разность хода выражается через расстояния и углы.  

• Получена основная формула интерференции.  

• Интенсивность зависит от разности фаз и расстояния.  

• Ширина интерференционных полос определяется формулой.  

• Формула важна для решения задач и ЕГЭ.  

• Формула для ширины интерференционных полос.  

• Вопросы ЕГЭ касаются изменения ширины полос при изменении параметров.  

• Формула помогает определить изменения ширины полос.  

• График зависимости интенсивности от точки Б от её месторасположения от икса.  

• Период интерференционной картины икс ноль, где всё повторяется.  

• Максимальная интенсивность четыре и.  

• Максимумы интерференционной картины соответствуют значениям икс ноль.  

• Максимумы третьего порядка, второго порядка, первого порядка и центральный максимум.  

• Интенсивность нулевая на определённых расстояниях.  

• Свет падает на плёнку, отражается и преломляется.  

• Образуются два пучка света, которые могут интерферировать.  

• Разность хода между лучами определяет интенсивность интерференции.  

• Применение тончайших плёнок для ослабления отражения.  

• Определение показателя преломления и толщины плёнки.  

• Цель - полное прохождение света через плёнку без отражения.  

• Показатель преломления плёнки должен быть близок к корню квадратному из показателя преломления стекла.  

• Формулы Френеля позволяют определить необходимые параметры плёнки.  

• Лучи один и два должны гасить друг друга для прохождения всего падающего света.  

• Разность хода между лучами должна быть нечетным числом полуволн.  

• Минимальное значение разности хода соответствует разности хода, равной нулю.  

• Луч два длиннее луча один на величину, равную произведению показателя преломления на разность оптических длин.  

• Разность оптических длин равна сумме длин волн, деленной на два.  

• Толщина пленки должна быть равна половине длины волны, деленной на показатель преломления.  

• Дефракция происходит всегда, независимо от размеров препятствия.  

• Дефракция всегда сопровождается интерференцией.  

• Дефракционная решетка состоит из множества щелей, создающих интерференционную картину.  

• Дефракционная решетка характеризуется длиной и количеством штрихов.  

• Длина дефракционной решетки равна произведению числа штрихов на период решетки.  

• Период решетки равен расстоянию между соседними штрихами.  

• Щели становятся источниками вторичных сферических волн, которые интерферируют.  

• На экране наблюдаются чередующиеся яркие и темные полосы.  

• Ширина щели обозначается буквой b.  

• График зависимости интенсивности от синуса угла строится для случая, когда период решетки больше ширины щели в три раза.  

• Вводится вспомогательная огибающая для упрощения графика.  

• График показывает максимумы и минимумы интенсивности в зависимости от угла наблюдения.  

• На экране видны светлые и темные полосы.  

• Нулевой максимум - ярко-красная полоса.  

• Максимумы первого порядка - чередующиеся светлые и темные полосы.  

• Центральный максимум - нулевой порядок.  

• Максимумы первого порядка имеют номера +1 и -1.  

• Максимумы второго порядка имеют номера +2 и -2.  

• Уравнение: d * sin θ = k * λ.  

• При большом количестве штрихов углы малы.  

• Для малых углов синус угла равен самому углу.  

• Дефракционная решетка с 300 штрихами на мм.  

• Расстояние от решетки до экрана 80 см.  

• Найти расстояние между спектрами первого и третьего порядка.  

• Угол между максимумами первого и третьего порядка.  

• Уравнение для первого максимума: x1 = λ * l / d.  

• Аналогично для третьего максимума: x3 = 3λ * l / d.  

• Микрочастицы обладают волновыми свойствами.  

• Пример: дефракция электронов.  

• Микрочастицы могут интерферировать, так как ведут себя как волны.  

• Микрочастицы не могут одновременно проявлять корпускулярные и волновые свойства.  

• Опыты по изучению фотоэффекта доказывают корпускулярные свойства света.  

• Эффект Комптона также подтверждает корпускулярные свойства света.  

• Радиолокация использует отражение электромагнитных волн для определения расстояния.  

• Ионосфера влияет на распространение коротких волн, отражая их и позволяя им распространяться на большие расстояния.  

• Вопросы о распространении волн могут быть связаны с отражением или дифракцией.  

• Тест по волновой оптике содержит 34 вопроса, включая вопросы о радиолокации, корпускулярных и волновых свойствах микрочастиц, и явлениях, присущих электромагнитным волнам.  

• Метод радиолокации основан на явлении отражения электромагнитных волн.  

• Корпускулярные и волновые свойства микрочастиц не могут наблюдаться одновременно.  

• Электромагнитным волнам присущи явления дифракции, интерференции и поляризации.  

• Электромагнитные волны отличаются от звуковых отсутствием дефракции и поляризации.  

• Звуковые волны могут распространяться в вакууме и обладают дефракцией.  

• Опыты, подтверждающие волновые свойства микрочастиц, включают дефракцию электронов и интерференцию света.  

• Фотоэффект доказывает корпускулярные свойства света.  

• Эффект Комптона доказывает корпускулярные свойства света.  

• Давление света также подтверждает корпускулярную природу света.  

• Разложение белого света в спектр при прохождении через призму обусловлено дисперсией света.  

• Дисперсия света объясняет, почему белый свет раскладывается в спектр при прохождении через призму.  

• Волновые свойства света доказываются опытами по изучению дифракции.  

• Корпускулярные свойства света доказываются опытами по изучению фотоэффекта.  

• Радужная окраска мыльных пузырей объясняется интерференцией, а не дисперсией.  

• Радуга объясняется дисперсией света, а не интерференцией или дифракцией.  

• Просветление оптических стекол основано на интерференции света.  

• Белый свет становится красным при прохождении через красное стекло из-за поглощения других цветов.  

• Дисперсия света объясняет разложение пучка света в спектр при прохождении через призму.  

• Дефракционная решетка не связана с дисперсией.  

• Свет состоит из электромагнитных волн разной длины, которые движутся с разной скоростью при прохождении через призму.  

• Призма преломляет свет с разной длиной волны, разлагая его в составляющие.  

• Белый свет состоит из электромагнитных волн разной длины, которые по-разному преломляются каплями воды, образуя радугу.  

• Дисперсия объясняет оба явления: радугу и разложение света в призме.  

• Разность хода между световыми лучами в воздухе равна 400 нанометров.  

• В стекле с показателем преломления 1.4 разность хода увеличивается до 560 нанометров.  

• При интерференции света когерентные волны складываются по амплитудам, а не по интенсивностям.  

• Электромагнитные волны когерентны, если они монохроматические и имеют постоянный сдвиг фаз.  

• Лазерное излучение когерентно и монохроматично, что отличает его от излучения лампы накаливания.  

• Окраска пленки масла на поверхности лужи объясняется интерференцией отраженного света.  

• Максимумы интерференционной картины от двух когерентных источников получаются при разности хода, равной целому числу длин волн.  

• Минимумы интерференционной картины получаются при разности хода, равной нечетному числу длин волн.  

• Лучи три и четыре интерферируют при отражении от тонкой пленки.  

• Вопрос 31: Два источника испускают волны с одинаковыми начальными фазами. Максимум интерференции наблюдается при минимальной разности хода, равной нулю микрометров.  

• Вопрос 32: На плоскую пластину с двумя щелями падает плоская волна из зеленой части спектра. При использовании красного света ширина интерференционных полос увеличится.  

• Формула для ширины интерференционной полосы: x0 = λ/d, где λ - длина волны, d - расстояние между щелями.  

• Вопрос 33: В трех опытах с экранами явление дифракции происходит во всех опытах.  

• Вопрос 34: Радиосвязь на длинных радиоволнах осуществляется за пределами прямой видимости передатчика из-за дифракции.  

• Последняя лекция по волновой оптике.  

• Пожелания удачи на ЕГЭ для одиннадцатиклассников и подготовки к учебному году для десятых классов.