Қазақстан республиасының білім және ғылым министрлігі



бет1/3
Дата17.04.2016
өлшемі0.54 Mb.
  1   2   3


ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИАСЫНЫҢ

БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті


3 деңгейлі СМЖ құжаты

УМКД

ПОӘК 042-18.38.45/03-2013

ПОӘК

«Физика» пәнінің оқу-әдістемелік материалдары



№ 11 баспа 2013 ж.

5В060400 - «Физика»

мамандығы үшін

«ОПТИКАЛЫҚ ҚҰРАЛДАР МЕН ӨЛШЕУЛЕР»

ПӘНІНІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК

МАТЕРИАЛДАРЫ

Семей


2013
МАЗМҰНЫ
1. Глоссарий

2. Дәрістер

3. Машықтану және зертханалық сабақтар

4. Курстық жұмыс және дипломдық проек (жұмыс)



5. Студенттердің өздік жұмыстары

1. Глоссарий

Абсолют қара дене деп кез келген температурада өзіне түскен жарықты оның жиілігіне, поляризациясы мен таралу бағытына байланыссыз жұтатын денені айтады.

Толқын ұзындығы деп 2-ге тең фазалар айырымымен тербелетін екі нүктенің ара қашықтығын айтады.

Дененің энергетикалық жарқырауы (немесе сәуле шығарғыштығы) деп дененің бірлік бетінен барлық бағытта шығатын энергия ағынын айтады.

Планк гипотезасы электромагниттік сәуле жиілігіне пропорционал энергияның жеке үлестері (кванттары) түрінде шығады.

«Ультракүлгін күйреуі» деп классикалық физиканың Кирхгоф функциясына арналған қара дененің сәуле шығарғыштығының жиілікке тәуелділігінің тәжірибелік мәліметтерін қанағаттандыратын өрнегін классикалық физика әдісімен іздеудің мүмкін еместігін айтады.

Сыртқы фотоэффект (немесе фотоэлектрондық эмиссия) деп қатты және сұйық денелердің электромагниттік сәуле әсерінен электрондар шығаруын айтады.

де Бройль гипотезасының мәні мынада: бөлшектердің корпускулалық қасиеттерімен бірге толқындық қасиеттері де болады.

де Бройль толқыны – классикалық физикадағы толқындармен ұқсастығы жоқ, ерекше кванттық табиғаты бар толқын.

Гейзенбергтің анықталмағандық принципінің мәні мынада: микробөлшектің координаталары мен оларға сәйкес импульстерінің анықталмағандықтарының көбейтіндісі Планк тұрақтысынан кем болмайды.

Шредингер теңдеуі – микробөлшектер қозғалысының заңдарын сипаттайтын релятивистік емес кванттық механиканың негізгі теңдеуі.

Толқындық функция - микробөлшектің күйін сипаттайтын функция.

Туннельдік эффект деп бөлшектің ені шағын потенциалдық бөгеттен энергиясы осы бөгеттің биіктігінен аз болғанда өтіп кету құбылысын айтады. Кванттық гармоникалық осциллятордың нольдік энергиясы - деп оның толық энергиясының ең аз (ноль емес) мәнін айтады.

Резерфорд атомының ядролық моделі атомның іс жүзінде барлық массасы шоғырланған оң зарядталған ядродан және ядроның маңайында айналатын электрондардан тұратын жүйе болып табылады.

Электронның Бор орбиталары электронның байқалу ықтималдығы барынша үлкен болатын нүктелердің геометриялық орны болып табылады.

Спин деп микробөлшектің классикалық физикада ұқсастығы жоқ меншікті механикалық моментін айтады.

Фермион деп жарты спині бар бөлшекті айтады.

Бозон деп нөлдік немесе бүтін санды спині бар бөлшекті айтады.

Ядроның байланыс энергиясы деп ядроны құрайтын нуклондарға кинетикалық энергия бермей ыдырату үшін жасалатын жұмыспен анықталатын шаманы айтады.

Радиоактивтілік деп бір атом ядроларының екіншілеріне элементар бөлшектер шығара отырып түрленуін айтады.

Жартылай ыдырау периоды – ядролардың алғашқы мөлшерінің жартысы ыдырайтын уақыт.

Ядролық реакция деп ядроны ( немесе ядроларды) түрлендіруге келтіретін атом ядросының элементар бөлшекпен өзара әсерлесу процесін айтады.



Аннигиляция деп нәтижесінде басқа бөлшектер түзілетін бөлшектер мен антибөлшектердің өзара әсерлесу процесін айтады.

Өзара әсерлесудің біріңғай теориясы ( «ұлы бірігу») - өзара әсерлесудің төрт типін (гравитациялық, электромагниттік, күшті және әлсіз) біріктіретін теория.

Тербеліс деп белгілі бір қайталану дәрежесімен сипатталатын процесті айтады.

Тербеліс периоды – толық бір тербеліс уақыты.

Герц (Гц) – уақыт бірлігі ішіндегі бір тербеліске сәйкес тербелістер жиілігінің бірлігі.

Гармоникалық тербеліс деп синустық немесе косинустық заң бойынша өтетін тербелісті айтады.

Математикалық маятник – салмақсыз. Созылмайтын жіпке ілінген және ауырлық күшінің әсерінен тербеле алатын материалдық нүкте.

Жылулық сәуле деп денелердің ішкі энергиясы есебінен шығатын электромагниттік сәулені айтады.

Дененің энергетикалық жарқырауы (немесе сәуле шығарғыштығы) деп дененің бірлік бетінен барлық бағытта шығатын энергия ағынын айтады.

Планк гипотезасы электромагниттік сәуле жиілігіне пропорционал энергияның жеке үлестері (кванттары) түрінде шығады.

«Ультракүлгін күйреуі» деп классикалық физиканың Кирхгоф функциясына арналған қара дененің сәуле шығарғыштығының жиілікке тәуелділігінің тәжірибелік мәліметтерін қанағаттандыратын өрнегін классикалық физика әдісімен іздеудің мүмкін еместігін айтады.



Сыртқы фотоэффект (немесе фотоэлектрондық эмиссия) деп қатты және сұйық денелердің электромагниттік сәуле әсерінен электрондар шығаруын айтады.

Гейзенбергтің анықталмағандық принципінің мәні мынада: микробөлшектің координаталары мен оларға сәйкес импульстерінің анықталмағандықтарының көбейтіндісі Планк тұрақтысынан кем болмайды.

Шредингер теңдеуі – микробөлшектер қозғалысының заңдарын сипаттайтын релятивистік емес кванттық механиканың негізгі теңдеуі.

Толқындық функция - микробөлшектің күйін сипаттайтын функция.

Туннельдік эффект деп бөлшектің ені шағын потенциалдық бөгеттен энергиясы осы бөгеттің биіктігінен аз болғанда өтіп кету құбылысын айтады. Кванттық гармоникалық осциллятордың нольдік энергиясы деп оның толық энергиясының ең аз (ноль емес) мәнін айтады.

Кварктер – қазіргі кездегі түсінік бойынша адрондарды құрайтын іргелі бөлшектер.

Кризистік опалесценция - температурасы кризистік температураға жақындаған заттың жарықты өте күшті шашырату құбылысы

Ламберт заңы – жарық сәулесін шағылдыратын немесе оны шашырататын

беттегі жарық күшінің өзгеру тәуелдігін тағайындайтын заң



Өзара әсерлесудің біріңғай теориясы ( «ұлы бірігу») - өзара әсерлесудің төрт типін (гравитациялық, электромагниттік, күшті және әлсіз) біріктіретін теория.

Мононхроиат жарық – жиілігі тұрақты жарық толқындары

Молекулалық спектрлер – молекулалардың бір энергетикалық деңгейден екіншісіне ауысқанда, сол сияқты жарықтың комбинациялық шашырауы кезінде пайда болатын оптикалық спектрлер

Сәуле - толқындық энергия ағынының таралу бағытын көрсететін геометриялық сызық

Люминесценция - сыртқы энергия көзінің әсерінен дененің жарық шығаруы

Резерфорд атомының ядролық моделі атомның іс жүзінде барлық массасы шоғырланған оң зарядталған ядродан және ядроның маңайында айналатын электрондардан тұратын жүйе болып табылады.

Электронның Бор орбиталары электронның байқалу ықтималдығы барынша үлкен болатын нүктелердің геометриялық орны болып табылады.

Ядроның байланыс энергиясы деп ядроны құрайтын нуклондарға кинетикалық энергия бермей ыдырату үшін жасалатын жұмыспен анықталатын шаманы айтады.

Радиоактивтілік деп бір атом ядроларының екіншілеріне элементар бөлшектер шығара отырып түрленуін айтады.

Жартылай ыдырау периоды – ядролардың алғашқы мөлшерінің жартысы ыдырайтын уақыт.



Ядролық реакция деп ядроны ( немесе ядроларды) түрлендіруге келтіретін атом ядросының элементар бөлшекпен өзара әсерлесу процесін айтады.

Элементар бөлшек деп қазіргі кезде белгілі материяның ең ұсақ бөлшегін айтады.

2 ДӘРІС КОНСПЕКТІЛЕРІ

Тақырып: Фотометрия Оптика пәні. Жарық жөніндегі ілімнің дамуына қысқаша тарихи шолу. Жарықтың электромагнитгік табиғаты.Фотометрияның негізгі ұғымдары. Жарық шамаларының бірліктері. Көріну функциясы. Жарықтың техникалық және энергетикалық шамаларының арасындағы байланыс. Жарық шамаларын өлшеу әдістері.

Жарық табиғаты және оның таралу механизмi жөнiндегi мәселе Максвелл гипотезасы жауап бердi. Жарықтың ваккумдағы тәжiрибемен өлшенген жылдамдығы мәнiнiң (С=3ּ108 м/с) электромагниттiк толқындардың таралу жылдамдығының мәнiмен сәйкес келуi Максвелдiң жарық – электромагниттiк толқындар деп ұйғарым жасауына негiз болды.

Электромагниттік толқындар белгілі бір жылдамдықпен таралады. Максвелла теориясы бойынша, электромагниттік толқынның жылдамдығы біртектi ортада осы ортаның қасиетімен анықталады:

ε және μ— диэлектрлік және магниттік ортаның салыстырмалы өтімділігі ε0 = 8,85 10-12а2 сек2/н м2 и μ0= 4π 10-7 н/а2— электрлік және магниттік тұрақтылар.

Вакуммдағы электромагниттік толқындардың таралу жылдамдықтарын алу үшін соңғы формулаға ε =1, | μ = l қою керек: ν=3ּ108 м/с

Бұл жылдамдық вакуумдағы жарық жылдамдығына тең. Бұл қорытындыдан біз жарықтың электромагниттік толқын екеніне көз жеткіземіз.

Электромагниттік өрістегі оптикалық жиілік ауқымы жарық өрісі деп аталады. Оптикалық ауқымы оның екі негізгі ерекшелігіне байланысты.

- оптикалық ауқымда геометриялық оптиканың заңдылықтары орындалады.

- оптикалық ауқымда жарық заттармен өте бұлыңғыр (әлсіз) әсерлеседі. Оптикалық ауқым жарықталынудың келесі түрлерінен тұрады: рентгендік, ультракүлгін (УК), көрінетін, инфрақызыл (ИҚ) сәулелер.

1.1-суретте оптикалық ауқымға сәйкес келетін бөлік электромагниттік толқындардың шкаласында алатын орнын көрсетеді.

1.1-сурет

Негізгі шама, электромагниттік өрісті анықтайтын, электрлік өріс кернеулік векторы болып табылады, және өріс кернеулігінің магниттік векторы.

Фотометрия депоптиканың жарық толқындарының толқын ұзындықтары 380 нм-ден 760 нм аралығында тасымалдайтын энергиясын өлшейтін және оның адам көзіне тигізетін әсерін зерттейтін саласын айтады. Жарық толқындары тасымалдайтын энергияны екі тұрғыдан бағалауға болады:

Фотометрияның энергетикалық шамалары. 1 бірлік уақыт ішінде S аудан арқылы өтетін жарық энергиясының мөлшерін жарық ағыны деп атайды, яғни:

мұндағы Ф жарық ағыны, W жарық энергиясының мөлшері, t-уақыт. Сәулелену шоғының өлшемі ватт (Вт). Энергетикалық жарқырау (сәулеленгіштік) Re жарқырау дегеніміз бет шығаратын сәуле ағынының осы ағын өтетін беттің қимасының S ауданына қатынасына тең шама. ( беттік сәуле ағынының тығыздығы ) Энергетикалық жарқыраудың өлшем бірлігі – (Вт/м2).

жарықтың энергетикалық күші (сәулелену күші) Ieнүктелік көздің сәулелену ағынының осы шоқтар тарайтын ω денелік бұрышқа қатынасына тең шама. Жарықтың энергетикалық күшінің ваттың стерадианға қатынасы (Вт/ср).

Энегетикалық жарықтылық (сәулелену) Вe, — Жарық шығарып тұрған беттің жарықтың ΔIe энергетикалық күшінің бақылау бағытына перпендикуляр ΔS қатынасына тең шама. Энергетикалық жарықтылықтың өлшем бірлігіваттың стерадиан-метр квадратқа қатынасы Вт/(ср-м2).

Энергетикалық жарықталыну жарықталынатын бірлік бетке түсетін сәулелену ағынымен сипатталады. Энергетикалық жарықталынудың өлшем бірлігі ватт бөлінген метр квадрат (Вт/м2).

Фотометриядағы жарықты сипаттайтын шамалар:

Оптикалық өлшеулерде қолданылатын әртүрлі қабылдағыштар ерекше талғамды қажет етеді. Олардың әрқайсысы үшін әртүрлі толқын ұзындығының энергиясына деген сезімталдығының әртүрлі қисығы сәйкес келеді.

Жарықты өлшеу объективті энергетикалық өлшеулерге қарағанда субьективті. Олар үшін тек көрінетін жарық үшін қолданылатын жарық бірліктері енгізіледі.

Халықаралық бірліктер жүйесіндегі негізгі жарық бірлігі – кандела (кд). Ол жиілігі 540-1012 герц, энергетикалық күші болатын жарық күші.



Жарық ағыны Ф-тің (оптикалық сәулелену қуаты) бірлігі - Люмен (лм): 1Люмен деп жарық күші 1кд болатын нүктелік көздің 1ср денелік бұрыш ішінде шығаратын жарық ағынын айтады. (1лм=1кд-ср).

R жарық шығарғыштық деп жарқырап тұрған ауданы S – болатын беттің қосынды ағынын айтады.

Жарық шығарғыштық өлшем бірлігі люменнің метр квадратқа қатынасы (лм/м2).

Қандай да бір φ бағытындағы жарық шығарып тұрған беттің жарқырауы деп I жарық күшінің S ауданшасының таңдап алынған бағытқа перпендикуляр бағытқа проекциясының қатынасына тең шаманы айтады.

Жарқыраудың өлшем бірлігі канделаның метр квадратқа қатынасы (кд/м2).

Жарықталыну Е — деп S ауданға түсіп тұрған Ф жарық ағынының осы ауданға қатынасын айтады.

Жарықталынудың өлшем бірлігі люкс (лк): 1Люкс деп 1м2 – ауданға 1лм ағын түсіп тұрған жарықталынуды айтады. (1лк=1лм/м2)




Жарық табиғатын анықтаудан бұрын мына заңдылықтар белгілі болған:

Жарықтың түзу сызықты таралу заңы — жарық оптикалық біртекті ортада түзусызықты таралады. Жарық сәулесі деп — бойымен жарық энергиясы тасымалданатын сызықты айтады.. Біртекті ортада жарық сәулесі түзу сызықты болып келеді. 1.2-сурет

Жарық шоқтарының тәуелсіздік заңдылығы —

Жекелеген шоқтардың әсері-онымен бірге басқа шоқтарда әсер етіп тұр ма әлде жоқ па, одан тәуелсіздігі жөніндегі тұжырым.

Жарықтың шағылу заңы — шағылған сәуле, түскен сәуле және түсу нүктесіне тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады. Шағылу бұрышы i1, түсу бұрышы i2 -ге тең болады.

i1= i2

Жарықтың сыну заңдары — түскен сәуле; сынған сәуле және түсу нүктесіне тұрғызылған перпендикуляр бір жазықтықта жатады.


Тақырып: ЖАРЫҚ ТОЛҚЫНДАРЫНЫҢ ИНТЕРФЕРЕНЦИЯСЫ

Белгілі бір жағдайда екі (немесе бірнеше) толқынды қозғалыстардың қабаттасу құбылысы интерференция деп аталады.Құбырдағы екі дыбысты толқынның интерференциясын қарастырайық. Бір жылжулар толқыны x өсінің оң бағытымен таралады және былайша анықталсын делік:



, ал екіншісі

біріншісіне қарсы таралады. Екінші y2 толқынды қашанда екі қума толқынның қосындысы деп қарастыруға болады, атап айтқанда:



.

Онда y(x, t) қорытқы толқындық қозғалыс екі бөлімнен тұрады: тұрғын толқыннан



және қума толқыннан .

b=a болғанда, яғни бір біріне қарама-қарсы бағыттағы екі жүгірме толқындардың амплитудалары бірдей болған кезде қорытқы толқындық қозғалыс тұрғын толқын пайда болады.

Жылжымайтын нүктелер тұрғын толқынының түйіндері, ал ығысуы барынша үлкен нүктелер тұрғын толқынының шоқтары деп аталады.



Фазалық жылдамдық. Синусоидалық толқынның v таралу жылдамдығы фазалық жылдамдық деп аталады. Ол синусоидалды толқын фазасының кез келген кесімді мәніне сәйкес келетін кеңістікте орын ауыстырған бет нүктелерінің жылдамдығына тең. Мысалы, жазық синусоидалды толқынға байланысты шартынан шығатыны: , мұнда k – толқындық сан: .

Бейгармоникалық толқынның (толқындық пакеттің) таралу жылдамдығы ретінде толқын амплитудасы максимумының орын ауыстыру жылдамдығын алады. Максимум толқындық пакеттің центрі ретінде қарастырылады. tdw-xdk=const шарты ретінде орындалса, онда:

dx/dt=dw/dk=u. Мұндағы u топтық жылдамдық. Оның фазалық жылдамдықпен (υ=w/k) байланысы мынадай: u=υ-λd υ/dλ.

Когеренттілік деп кеңістікте және уақыт бойынша бірнеше тербелістің немесе толқындық жүйелердің үйлесімді түрде өтуін айтады.

Монохроматты толқындар – бір ғана тұрақты жиіліктегі бүкіл кеңістік бойынша шектелмей таралған толқындар. Нақтылы жарық көздері аса дәл монохроматты жарық бермейтіндіктен кез келген бір бірінен тәуелсіз жарық көздерінен шыққан сәулелер когерентті болмайды. Жарықты жарық көздеріндегі әрбір атомдар шамамен »10-8c. уақыт мезетінде шығарады. Тек осы сәтте ғана атомдар шығарған толқындардың амплитудасы және тербеліс фазасы тұрақты болады. Монохроматты емес жарықты толқындық түйіншектер (волновые цуги) –атомдар шығаратын, бірін-бірі тез алмастырып тұратын гармониялық импульстердің жиыны түрінде қарастыруға болады.

Бір толқындық түйіншектің орташа уақыты когеренттілік уақыты деп аталады. Егер толқын біртекті ортада таралса, онда тербеліс фазасы кеңістіктің берілген нүктесінде тек когеренттілік уақытында ғана сақталады. Бұл уақыт мезетінде толқын вакуумде lког = с τког ара қашықтығына тарайды. Бұл ара қашықтықты когеренттілік ұзындығы (немесе түйіншек ұзындығы) деп атайды. Сондықтан берілген жарық көзі үшін интерференцияны тек оптикалық жол ұзындығы когеренттілік ұзындығынан аз болғанда ғана бақылау мүмкін.



Уақытша когеренттілік деп толқынның монохроматтық дәрежесімен анықталатын кеңістіктің берілген нүктесіндегі тербеліс когеренттілігін айтады. Уақытша когеренттілік берілген нүктедегі фазалардың өзгешелігі мәніне жеткенше сақталады.

Когеренттілік ұзындығы дептолқынның когеренттілік уақытындағы ығысатын ара қашықтығын айтады...

Толқын түйіршігінің таралу бағытына перпендикуляр жазықтықта екі нүктенің ара қашықтығы артқанда олардың фазаларының кездейсоқ өзгеруі де артады.



Кеңістіктік когеренттілік – уақыттың бір мезетіндегі кеңістіктің әртүрлі нүктелеріндегі когеренттілік.

Кеңістіктік когеренттіліктің ұзындығы (когеренттілік радиусы): , мұндағы λ - толқын ұзындығы, Δφ- фазалар айырымы.

Жарық толқындарының интерференциясы байқалу үшін жарық көздері кеңістіктік когерентті болуы тиіс.

Жарық интерференциясы деп кеңістікте екі немесе одан да көп когерентті жарық толқындарының беттесуінің нәтижесінде қорытқы толқынның амплитудасының күшейуін немесе әлсіреуін айтады.

Интерференциялық максимум шарты: Егер оптикалық жол айырымы вакуумдағы толқын ұзындығының бүтін санына (жарты толқын ұзындығының жұп санына), яғни

болса, онда болып, тербеліс бірдей фазада болады.

Интерференциялық минимум шарты: Егер оптикалық жол айырымы Δ, жарты толқын ұзындығының тақ санына , яғни

болса, онда болып, тербеліс қарсы фазада болады.

Интерференцияны байқаудың әдістері.

Лазер ойлап табылғанға дейін когерентті жарық шоқтарын екіге бөліп, әртүрлі оптикалық жол жүрген соң қайта беттестіріп, интерференциялық суретті байқаған..



1. Юнг әдісі. Өте жарықтанған S саңлауынан жарық екі S1 және S2, саңлауларына түсіп, ВС интерференция экранда байқалады (2.1-сурет).

2. Френель айнасы. Жарық S көзінен бір-біріне өте аз φ бұрышпен орналасқан екі жазық А1О және А2О айналарына түседі. Когерентті жарық көздері ретінде S1 және S2 жорамал

2.1-сурет көздері алынады.



Интерференциялық сурет жарықтың тікелей түсуінен қалқаланған Э экранында байқалады (2.2-сурет).



2.2-сурет

3. Френельдің қоспризмасы. S көзінен шыққан жарық призмалардан сынады да қоспризманың сыртында екі жорамал S1 және S2 жарық көздерінен тарағандай болады.
2.3-сурет.

4. Ллойд айнасы. S

жарық көзі М жазық айнасына өте жақын орналасады. Бұл жағдайда S жарық көзі мен оның айнадағы жорамал S1 бейнесі когерентті жарық көздері болып табылады.



Екі саңлаудан байқалатын интерференциялық суретке есептеулер жүргізу.

Екі S1 және S2 саңлаулары бір-бірінен d ара қашықтықта орналасқан және когерентті көздер болсын. Э экраны саңлауларға параллель және одан l >> d ара қашықтықта орналассын (2.4-сурет).

Кез - келген A нүктесіндегі жарық қарқындылығы мына жол айырымымен анықталады:  = S2 - S1 , мұндағы ,

, бұдан

2.4-сурет



немесе , l >> d болғандықтан , сондықтан

Каталог: ebook -> umkd
umkd -> Семей мемлекеттік педагогикалық институты
umkd -> 5 в 020500 «Бастауыш оқытудың педагогикасы мен әдістемесі»
umkd -> «Баспа қызметіндегі компьютерлік технологиялар»
umkd -> Гуманитарлық-заң, аграрлық факультетінің мамандықтарына арналған
umkd -> 5B050400 «Журналистика» мамандығына арналған
umkd -> Әдебиет (араб тілінде «адаб» үлгілі сөз) тыңдарман, оқырманның ақылына, сезіміне, көңіліне бірдей әсер беретін дарынды сөз зергерлерінің жан қоштауынан туған көрнек өнері
umkd -> 5В020500 «Филология: қазақ тілі» мамандығына арналған ХІХ ғасырдағы қазақ әдебиеті пәнінің
umkd -> «Өлкетану тарихы және мәдениеті»
umkd -> Қазақстан республикасы білім және ғылым министрлігі шәКӘрім атындағы семей мемлекеттік
umkd -> 5 в 011700 : -«Қазақ тілі мен әдебиеті» мамандығына арналған


Достарыңызбен бөлісу:
  1   2   3


©netref.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет