Поляризация электромагнитных волн (стр. 2 из 15)
5. В чём заключается эффект Комптона?
Основные понятия: Тепловое излучение. Гипотеза Планка. Фотоэффект. Эффект Комптона.
Литература:[1], §172-184.
ОБЗОРНЫЕ ЛЕКЦИИ 1,2,3 (6 ч)
Лекция 1.
Обзор содержания тем 1-2.
Лекция 2.
Обзор содержания тем 3-4.
Лекция 3.
Обзор содержания тем 5-6.
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
Каждый студент на ІІ курсе выполняет по 3 лабораторные работы, продолжительностью 4 часа каждая.
По темам 4 и 6 выполняются лабораторные работы:
ЛР-1. Изучение явления дифракции.
Цель работы: Изучение закономерностей дифракции света. Экспериментальное исследование дифракции света на отверстии. Опытное определение длины волны.
Подготовка к работе. Изучите теоретический материал по литературе[1]: Дифракция световых волн. §156, 157, с. 346, 350.
ЛР-2. Изучение законов фотоэффекта.
Цель работы: Изучение законов внешнего фотоэффекта. Экспериментальное исследование работы вакуумного фотоэлемента. Опытное определение постоянной Планка и работы выхода.
Подготовка к работе. Изучите теоретический материал по литературе [1]: Внешний фотоэффект. §177, 178, с. 388, 391.
Раздел 1. Э Л Е К Т Р О М А Г Н И Т Н Ы Е В О Л Н Ы
1.1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ В ВАКУУМЕ
Основные теоретические сведения
Электромагнитные волны (ЭМВ) – это электромагнитные колебания (электрического и магнитного поля), распространяющиеся в пространстве с постоянной скоростью. ЭМВ – поперечные волны: вектора
и 
поля волны лежат в плоскости, перпендикулярной к направления распространения волны.Волновой фронт – это поверхность, на всех точках которой волна имеет в данный момент времени одинаковую фазу. В зависимости от формы поверхности различают плоские и сферические волны.
Наибольший интерес при изучении свойств электромагнитных волн имеют бегущие плоские гармонические волны, так как любую другую волну можно представить через суперпозицию определенного набора таких волн. Векторы напряженности электрического поля и магнитной индукции в бегущей плоской гармонической волне взаимно ортогональны и изменяются синфазно в соответствии с уравнениями:
,
. (1.1)Волновой вектор 
указывает направление распространения волны. Модуль волнового вектора называется волновым числом k и определяется по формуле:
. (1.2)Напомним, что w – угловая или циклическая частота, l – длина волны, T= 
– период, n – частота, c – скорость света,
– фаза волны в точке, описываемой радиусом–вектором 
, в момент времени t, j0 – начальная фаза.Кроме того, векторы
, и составляют (правовинтовую) тройку векторов. 
Рис. 1.1. Правовинтовая тройка векторов
, и Электромагнитные волны переносят энергию, плотность которой равна сумме плотностей энергии электрического wE и магнитного wB полей и в вакууме определяется по формуле:
(1.3)Произведение плотности энергии на скорость распространения волны дает модуль вектора плотности потока энергии
(1.4)Сам же вектор плотности потока энергии, называемый вектором Пойнтинга, в вакууме определяется по формуле:
. (1.5)На практике в типичных случаях векторы
быстро осциллируют,поэтому используют величину, которая называется интенсивностью волны
. (1.6)Раздел 2. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
2.1. Основные теоретические сведения, примеры решения задач и контрольные задания
Из теории электромагнитных волн следует, что вектор напряжённости электрического поля плоской волны
всегда расположен в плоскости, перпендикулярной направлению её распространения.Если колебания вектора
каким–либо образом упорядочены, то говорят, что волна поляризована. Если колебание вектора происходит строго в одной плоскости, то волну называют плоско-поляризованной (или линейно-поляризованной) рис. 2.1. Если концы вектора с течением времени описывают окружность или эллипс, то волну называют соответственно циркулярно- (по кругу) или эллиптически-поляризованной (рис. 2.2).  |
 |
 |
 |
 |
| Рис. 2.1. Линейно-поляризованная волна | Рис. 2.2. Циркулярно-поляризованная волна |
При циркулярной поляризации в зависимости от направления вращения вектора
различают волны, поляризованные по правому и левому кругу. В первом случае вектор совершает вращение по часовой стрелке, а во втором - против при наблюдении вдоль направления распространения волны.Поляризатор – оптическое устройство для получения линейно-поляризованного света. Поляризатор любой конструкции пропускает только ту составляющую вектора
в падающей на него ЭМВ, которая параллельна плоскости поляризатора. Таким образом, при прохождении через поляризатор волны пропускается только проекция вектора на плоскость поляризатора (рис. 2.3). 
Рис.2.3. Прохождение линейно-поляризованного света через поляризатор
, (2.1)где a - угол между плоскостью поляризации падающей волны и плоскостью поляризатора. Тогда с учетом формулы (1.8) для интенсивности прошедшей поляризатор волны IПР можно записать закон Малюса:
, (2.2)
где Iо – интенсивность падающей линейно-поляризованной волны.
Пример решения задачи
При прохождении естественного света через систему из двух поляризаторов его интенсивность уменьшилась в два раза. Когда между поляризаторами на пути луча поместили кварцевую пластинку, интенсивность уменьшилась еще в два раза. На какой угол повернулась плоскость поляризации луча в кварцевой пластине? Поглощением пренебречь.
Решение
Несмотря на хаотичность ориентации вектора
в естественном свете, в каждое мгновение он может быть представлен через сумму двух взаимно перпендикулярных векторов, один из которых лежит в плоскости первого поляризатора. Соответственно первая проекция пройдет через этот поляризатор, а вторая - нет. Пусть I0 – интенсивность падающего естественного света. Поскольку все направления колебания вектора 
в естественном свете равновероятны, то интенсивность прошедшего первый поляризатор света равна интенсивности задержанной части. Следовательно, уже после первого поляризатора интенсивность уменьшилась в два раза 
. Согласно условию в начальном расположении интенсивность на выходе как раз и была равна половине исходной величины I0. Следовательно, второй поляризатор не изменил интенсивность света, что указывает на параллельность плоскостей поляризаторов (рис. 2.4).