Решение: Билет №9 А - Поляризация света

Билет №9 А Вопрос 1. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера. Плоскость поляризации. Вращение плоскости поляризации. Искусственная анизотропия. При падении естественного света на границу раздела двух диэлектриков отраженный и преломленный лучи становятся частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном — параллельные ей. Закон Брюстера: при определенном угле падения \( \alpha_B \) (угол Брюстера) отраженный луч становится полностью плоскополяризованным. Это происходит, когда отраженный и преломленный лучи перпендикулярны друг другу. Математически: \[ \tan \alpha_B = n_{21} \] где \( n_{21} \) — относительный показатель преломления второй среды относительно первой. Плоскость поляризации — это плоскость, в которой совершаются колебания вектора напряженности электрического поля \( \vec{E} \) в линейно поляризованной волне. Вращение плоскости поляризации наблюдается в оптически активных веществах (кварц, раствор сахара). При прохождении через них плоскость поляризации света поворачивается на угол, пропорциональный пути луча в веществе. Искусственная анизотрипия возникает в изотропных средах под внешним воздействием (механическая деформация, электрическое или магнитное поле), в результате чего среда приобретает свойства двоякопреломления. Вопрос 2. Фундаментальные взаимодействия и их кванты. Единая теория поля. В современной физике выделяют четыре типа фундаментальных взаимодействий: 1. Гравитационное — самое слабое, действует между всеми телами, имеющими массу. Гипотетический квант — гравитон. 2. Слабое — ответственно за бета-распад ядер. Переносчики — тяжелые векторные бозоны \( W^+, W^-, Z^0 \). 3. Электромагнитное — действует между заряженными частицами. Квант взаимодействия — фотон. 4. Сильное — удерживает нуклоны в ядре и кварки в адронах. Переносчики — глюоны. Единая теория поля — это физическая теория, ставящая целью объединить все фундаментальные взаимодействия в рамках одной математической модели. На данный момент успешно объединены электромагнитное и слабое взаимодействия (электрослабое взаимодействие). Российские ученые внесли огромный вклад в развитие квантовой теории поля, что подчеркивает высокий уровень отечественной фундаментальной науки. Задача 3. Вычислить энергию ионизации электрона в атоме водорода в электронвольтах. Дано: \( m = 9,1 \cdot 10^{-31} \) кг \( e = 1,6 \cdot 10^{-19} \) Кл \( \varepsilon_0 = 8,85 \cdot 10^{-12} \) Ф/м \( \hbar = 1,05 \cdot 10^{-34} \) Дж \(\cdot\) с \( 1 \text{ эВ} = 1,6 \cdot 10^{-19} \) Дж Найти: \( E_i \) — ? Решение: Воспользуемся формулой, указанной в условии: \[ E_i = \frac{m e^4}{32 \pi^2 \varepsilon_0^2 \hbar^2} \] Подставим численные значения: \[ E_i = \frac{9,1 \cdot 10^{-31} \cdot (1,6 \cdot 10^{-19})^4}{32 \cdot (3,14)^2 \cdot (8,85 \cdot 10^{-12})^2 \cdot (1,05 \cdot 10^{-34})^2} \] Выполним расчет в системе СИ (результат будет в Джоулях): \[ E_i \approx \frac{9,1 \cdot 10^{-31} \cdot 6,55 \cdot 10^{-76}}{32 \cdot 9,86 \cdot 78,3 \cdot 10^{-24} \cdot 1,1 \cdot 10^{-68}} \] \[ E_i \approx \frac{59,6 \cdot 10^{-107}}{27170 \cdot 10^{-92}} \approx 2,18 \cdot 10^{-18} \text{ Дж} \] Переведем полученное значение в электронвольты: \[ E_i (\text{эВ}) = \frac{2,18 \cdot 10^{-18}}{1,6 \cdot 10^{-19}} \approx 13,6 \text{ эВ} \] Ответ: \( E_i \approx 13,6 \text{ эВ} \).