В сегодняшней статье из категории «Физика» традиционно разбираем решения типовых задач. Тема: волновая оптика.
Подпишитесь на наш телеграм, чтобы не пропустить ничего важного. А чтобы оформить заказ со скидкой, загляните на второй канал для клиентов!
Волновая оптика: задачи с решением
Волновая оптика – это раздел оптики, рассматривающий световые явления в контексте волновой природы света. Существует еще геометрическая и квантовая оптика.
Как решать задачи по волновой оптике? Для начала, нужно знать теорию и формулы, которыми пользоваться. А еще, если вы только начинаете разбираться с физикой, почитайте общую памятку по решению задач.
Задача по волновой оптике №1
Условие
Определить угол отклонения лучей зеленого света с длиной волны 0,55 мкм в спектре первого порядка, полученном с помощью дифракционной решетки, период которой равен 0,02 мм.
Решение
Уравнение дифракционной решетки:
dsinφ=mλ
Здесь d – период (постоянная решетки), φ- угол, на который отклоняется излучение с длиной волны λ в спектре m-го порядка.
Тогда искомый угол отклонения лучей:
φ=arcsin(mλd)
Вычислим:
φ=arcsin(1·5,5·10-725·10-7)=12,7°
Ответ: φ=12,7°.
Задача по волновой оптике №2
Условие
Угол между главными оптическими осями двух поляроидов составляет 30°. Определить, во сколько раз изменится интенсивность прошедшего через них света, если угол увеличить в 1,5 раза?
Решение
После прохождения второго поляроида, по закону Малюса, интенсивность излучения составит:
I1=I0cos2φ1I2=I0cos2φ2
Тогда при изменении угла:
k=I2I1=I0cos2φ2I0cos2φ1=cos2φ2cos2φ1
Вычислим:
k=cos245cos230=(√22)2(√32)2=34
Ответ: k=34.
Задача по волновой оптике №3
Условие
Красная граница фотоэффекта для цинка равна λ0=310 нм. Определите максимальную кинетическую энергию фотоэлектронов, если на цинк падает свет длиной λ=200 нм. Ответ дайте в электронвольтах.
Решение
Запишем формулу Эйнштейна для фотоэффекта:
hν=hcλ=A+Tmax
Красная граница фотоэффекта определяется как:
hcλ0=A
Отсюда:
Tmax=hc(1λ-1λ0)
Чтобы получить значение в электронвольтах, разделим это выражение на заряд электрона:
Рассчитаем:
Tmax=6,62·10-34·3·1081,6·10-19(12·10-7-13,1·10-7)=2,2 эВ
Ответ: Tmax=2,2 эВ.
Задача по волновой оптике №4
Условие
Катод освещается излучением с длиной волны 360 нм, причем ежесекундно на S=1 cм2 поверхности падает энергия Е=6·10-5 Дж. Считая, что k=3% падающих фотонов выбивают электроны, определить плотность тока насыщения.
Решение
Найдем число фотонов, падающих на данный участок поверхности:
N=Eε=Eλhc
Плотность тока насыщения:
j=EnSt=EeλShc
Вычислим:
j=1,6·10-19·6·10-5·3,6·10-710-4·6,62·10-34·3·108=0,174 Ам2
Ответ: j=0,174 Ам2.
Нужно больше задач? У нас в блоге уже есть решения задач на тему интерференция и дифракция!
Задача по волновой оптике №5
Условие
На мыльную пленку, показатель преломления которой равен 1,33, под углом 45° падает белый свет. При какой наименьшей толщине пленки отраженные лучи будут окрашены в желтый цвет? Длина волны для желотого цвета равна 600 нм.
Решение
Отраженные лучи окрашены в желтый цвет при условии максимального усиления длины волны желтого света. Условие усиления – оптическая разность хода равна целому числу длин волн. Получим:
2d√n2-sin2φ+λ2=kλ
Отсюда:
d=(k-12)λ2√n2-sin2φ
Минимальная толщина пленки будет при k=1 и будет равна:
dmin=λ4√n2-sin2φ
Рассчитаем:
dmin=6·10-7√1,332-sin245°=1,33·10-7 м
Ответ: dmin=1,33·10-7 м.
Волновая оптика: вопросы
Вопрос 1. Какие оптические явления описывает волновая оптика?
Ответ. Волновая оптика описывает и объясняет такие физические явления, как:
- интерференция;
- дифракция;
- дисперсия;
- поляризация.
Вопрос 2. Что такое интерференция света?
Ответ. Интерференция – это усиление или ослабление амплитуды результирующей волны в результате сложения когерентных волн.
Когерентные волны имеют одинаковые частоты и постоянную разность начальных фаз.
Вопрос 3. Что такое световая волна?
Ответ. Световая волна – это электромагнитное колебание, распространяющееся в простарнстве.
Вопрос 4. Какую природу, помимо волновой, имеет свет?
Ответ. Помимо волновой, свет имеет корпускулярную природу. В одних явлениях обнаруживаются свойства волн, а в других – свойства частиц. Это называется корпускулярно-волновым дуализмом.
Вопрос 5. Что такое дисперсия света?
Ответ. Дисперсия света – зависимость показателя преломления (скорости света) в среде от длины волны.
Нужна помощь в решении задач? Обращайтесь в профессиональный сервис помощи студентам в любое время.