Методика решения задач оптики - Ильичева Е.Н.
Скачать (прямая ссылка):
тела?
2.2. Укажите способы реализации абсолютно черного тела в эксперименте.
2.3. Каким образом подсчитывается число колебаний в единице объема с
частотами в интервале между а> и ш-Мсо? Чему это число колебаний равно?
221.
2.4. Зная число колебаний с частотами между и и to-Mw, какие
теоретические предпосылки нужно сделать, чтобы получить Формулы Рэлея -
Джинса и Вина? При каких условиях они являются следствием формулы
излучения Планка?
2.5. Получите формулу смещения Вина и формулу Стефана - Больцмана из
формулы излучения Планка. Выразите постоянные, входящие в эти формулы
через фундаментальные константы.
2.6. Какова роль спонтанного излучения в ослаблении интенсивности
проходящего через среду света? Опишите молекулярную картину процессов,
приводящих к ослаблению света.
2.7. При очень больших интенсивностях проходящего через поглощающую
среду света наступает увеличение прозрачности среды. Опишите физику
процессов, приводящих к этому явлению.
2.8. Откуда следует, что коэффициенты Эйнштейна для вынужденных
переходов с верхнего уровня на нижний и с нижнего уровня на верхний равны
между собой?
2.9. В чем состоит сущность принципа детального равновесия? Почему
равновесие называется детальным?
2.10. Как устроены резонаторы электромагнитных колебаний в диапазонах
радиоволи и световых волн?
2.11. Перечислите основные отличительные характеристики излучения лазера.
2.12. Каким образом лазер используется для записи и воспроизведения
тонкослойных голограмм? Расскажите, как можно восстановить изображение на
тонкослойной голограмме без лазера, используя тепловой источник
излучения. Каковы требования к этому источнику?
2.13. Опишите принцип измерения расстояний с помощью лазеров.
2.14. Каким образом с помощью лазерного излучения можно измерить скорость
света на малой базе?
2.15. Опишите принцип устройства лазерного гироскопа.
2.16. Что означает утверждение, что. лазерный луч может нести очень
большой объем информации в сравнении, например, с метровыми радиоволнами?
Как подсчитать, во сколько раз больший?
2.17. Опишите какой-либо метод модуляции интенсивности лазерного луча.
2.18. В чем состоят основные методы возбуждения лазеров?
2.19. В чем состоит главное отлич'ие лазеров на органических красителях
от других типов лазеров?
2.20. Каким образом осуществляется инжекция электронов в зону
проводимости в полупроводниковых лазерах?
2.21. Как модулируется добротность в лазерах? Для чего модуляция
добротности используется?
2.22. В чем преимущества четырехуровневого лазера перед трехуровневым? За
счет чего улучшаются пороговые условия?
2.23. Как осуществляется одномодовый режим работы лазе-
222
ра? Какие времена когерентности удается получить в одномодовых лазерах?
2.24. В чем состоит механизм возникновения "зернистости" лазерного луча
при диффузном отражении от твердой поверхности?
3. Основные типы задач и решений
а) ТИПЫ ЗАДАЧ И МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ
3.1. (1-й тип). По спектру излучения тела найти его характеристики и по
характеристикам тела найти спектр его излучения.
Метод решения. Прямое использование формулы излучения Планка,
получающейся из нее формулы смещения Вина и формулы Стефана - Больцмана в
комбинации с общими законами распространения света и энергии излучения.
3.2. (2-й тип). Зная характеристики энергетических уровней атома, найти
характеристики спонтанного и вынужденного излучений и возможности их
использования в квантовых генераторах и усилителях.
Метод решения. Задачи такого типа, как правило, не рассматриваются в
курсе общей физики. Рассматриваются лишь отдельные частные примеры.
б) ПРИМЕРЫ
1-й тип задач (3.1)
3.1.1. В спектре звезды Сириуса максимум интенсивности излучения
приходится на длину волны Атах=0,29*10-6 м. Определить температуру
поверхности Сириуса.
Решение. Используем формулу смещения Вина
3.1.2. Абсолютно черное тело, имеющее форму шара радиуса /•=15 см,
поддерживается при постоянной температуре Т. Мощность излучения тела
составляет W=20 ккал/мин. Определить его температуру.
Решение. Используем формулу Стефана - Больцмана
U = aT\ а = з-=7,56- 10_,в Дж-м-3-град~\
С учетом того что
W = cU4w2,
( W у/4_
223
3.1.3. Вычислить величину солнечной постоянной Р0, т. е. поток
солнечной лучистой энергии в минуту на квадратный сантиметр на орбите
Земли. Считать, что Солнце излучает, как абсолютно черное тело, радиус
Солнца г=700000 км, радиус земной орбиты R-140• 10б км, температура
поверхности Солнца 5800 К.
Решение. Пользуясь формулой Стефана - Больцмана и законом ослабления
интенсивности света обратно пропорционально квадрату расстояний, получаем
3.1.4. При нагревании абсолютно черного тела длина волны Лщах, на
которую приходится максимум излучения в спектре,, уменьшилась в два раза.
Во сколько раз увеличилась температура тела?
Решение. В два раза, поскольку ТКт&х-const.
3.2.1. Накачка рубинового лазера производится светом с длиной волны
Ло=5500 А, а лазерное излучение получается на длине волны Я] = 6943 А.
