Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики Том 3. Колебания и волны; оптика; Атомная и ядерная физика
Подождите немного. Документ загружается.
Под ред. Г.С. Ландсберга
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ УЧЕБНИК ФИЗИКИ
3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
Один из лучших курсов элементарной физики, завоевавший огромную
популярность. Достоинством курса является глубина изложения физической
стороны рассматриваемых процессов и явлений в природе и технике. В новом
издании структура курса осталась прежней, однако в изложении проведена
система единиц СИ, модернизированы терминология и единицы физических
величин, устранены отдельные неточности предыдущего издания (1975 г.)
Для слушателей и преподавателей подготовительных отделений и курсов
вузов, старшеклассников общеобразовательных и профессиональных школ, а
также лиц, занимающихся самообразованием и готовящихся к поступлению в вуз.
Оглавление
Предисловие к первому изданию 9
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
Глава I. Основные понятия. Механические колебания 11
§1. Периодические движения. Период (11).
§2. Колебательные системы. Свободные колебания (12).
§3. Маятник; кинематика его колебаний (13).
§4. Колебания камертона (15).
§5. Гармоническое колебание. Частота (16).
§6. Сдвиг фаз (20).
§7. Динамика колебаний маятника (22).
§8. Формула периода математического маятника (24).
§9. Упругие колебания (27).
§10. Крутильные колебания (29).
§11. Влияние трения. Затухание (31).
§12. Вынужденные колебания (34).
§13. Резонанс (35).
§14. Влияние трения на резонансные явления (37).
§15. Примеры резонансных явлений (38).
§16. Резонансные явления при действии негармонической
периодической силы (41).
§17. Форма периодических колебаний и ее связь с гармоническим
составом этих колебаний (44).
Глава II. Звуковые колебания 49
§18. Звуковые колебания (49).
§19. Предмет акустики (51).
§20. Музыкальный тон. Громкость и высота тона (52).
§21. Тембр (53).
§22. Акустический резонанс (55).
§23. Запись и воспроизведение звука (57).
§24. Анализ и синтез звука (58).
§25. Шумы (60).
Глава III. Электрические колебания 63
§26. Электрические колебания. Методы их наблюдения (63).
§27. Колебательный контур (66).
§28. Аналогия с механическими колебаниями. Формула Томсона (69).
§29. Электрический резонанс (73).
§30. Незатухающие колебания. Автоколебательные системы (76).
§31. Ламповый генератор электрических колебаний (79).
§32. Учение о колебаниях (82).
Глава IV. Волновые явления . 87
§33. Волновые явления (87).
§34. Скорость распространения волн (89).
§35. Радиолокация, гидроакустическая локация и звукометрия (91).
§36. Поперечные волны в шнуре (94).
§37. Продольные волны в столбе воздуха (98).
§38. Волны на поверхности жидкости (101).
§39. Перенос энергии волнами (104).
§40. Отражение волн (107).
§41. Дифракция (НО).
§42. Направленное излучение (112).
Глава V. Интерференция волн 115
§43. Наложение волн (115).
§44. Интерференция волн (116).
§45. Условия образования максимумов и минимумов (118).
§46. Интерференция звуковых волн (121).
§47. Стоячие волны (122).
§48. Колебания упругих тел как стоячие волны (125).
§49. Свободные колебания струны (126).
§50. Стоячие волны в пластинках и других протяженных телах (129).
§51. Резонанс при наличии многих собственных частот (132).
§52. Условия хорошего излучения звука (134).
§53. Бинауральный эффект. Звукопеленгация (135).
Глава VI. Электромагнитные волны 133
§54. Электромагнитные волны (138).
§55. Условия хорошего излучения электромагнитных волн (139).
§56. Вибратор и антенны (141).
§57. Опыты Герца по получению и исследованию электромагнитных
волн. Опыты Лебедева (146).
§58. Электромагнитная теория света. Шкала электромагнитных волн
(148).
§59. Опыты с электромагнитными волнами (152).
§60. Изобретение радио Поповым (160).
§61. Современная радиосвязь (163).
§62. Другие применения радио (167).
§63. Распространение радиоволн (169).
§64. Заключительные замечания (174).
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА
Глава VII. Общая характеристика световых явлений 179
§65. Разнообразные действия света (179).
§66. Интерференция света. Цвета тонких пленок (181).
§67. Краткие сведения из истории оптики (183).
Глава VIII. Фотометрия и светотехника 186
§68. Энергия излучения. Световой поток (186).
§69. Точечные источники света (188).
§70. Сила света и освещенность (189).
§71. Законы освещенности (191).
§72. Единицы световых величин (193).
§73. Яркость источников (195).
§74. Задачи светотехники (197).
§75. Приспособления для концентрации светового потока (198).
§76. Отражающие и рассеивающие тела (199).
§77. Яркость освещенных поверхностей (203).
§78. Световые измерения и измерительные приборы (204).
Глава IX. Основные законы геометрической оптики 209
§79. Прямолинейное распространение волн (209).
§80. Прямолинейное распространение света и световые лучи (210).
§81. Законы отражения и преломления света (217).
§82. Обратимость световых лучей (221).
§83. Показатель преломления (224).
§84. Полное внутреннее отражение (227).
§85. Преломление в плоскопараллельной пластинке (230).
§86. Преломление в призме (231).
Глава X. Применение отражения и преломления света для
получения изображений
235
§87. Источник света и его изображение (235).
§88. Преломление в линзе. Фокусы линзы (236).
§89. Изображение в линзе точек, лежащих на главной оптической оси.
Формула линзы (242).
§90. Применения формулы тонкой линзы. Действительные и мнимые
изображения (245).
§91. Изображение точечного источника и протяженного объекта в
плоском зеркале. Изображение точечного источника в сферическом
зеркале (249).
§92. Фокус и фокусное рассеяние сферического зеркала (253).
§93. Связь между положениями источника и его изображения на главной
оси сферического зеркала (254).
§94. Способы изготовления линз и зеркал (255).
§95. Изображение протяженных объектов в сферическом зеркале и линзе
(256).
§96. Увеличение при изображении объектов в сферическом зеркале и
линзе (258).
§97. Построение изображений в сферическом зеркале и линзе (260).
§98. Оптическая сила линз (266).
Глава XI. Оптические системы и их погрешности 268
§99. Оптическая система (268).
§100. Главные плоскости и главные точки системы (268).
§101. Построение изображений в системе (270).
§102. Увеличение системы (271).
§103. Недостатки оптических систем (272).
§104. Сферическая аберрация (273).
§105. Астигматизм (276).
§106. Хроматическая абберрация (278).
§107. Ограничение пучков в оптических системах (279).
§108. Светосила линзы (280).
§109. Яркость изображения (282).
Глава XII. Оптические приборы 285
§110. Проекционные оптические приборы (285).
§111. Фотографический аппарат (288).
§112. Глаз как оптическая система (291).
§113. Оптические приборы, вооружающие глаз (293).
§114. Лупа (295).
§115. Микроскоп (298).
§116. Разрешающая способность микроскопа (300).
§117. Зрительные трубы (301).
§118. Увеличение зрительной трубы (303).
§119. Телескопы (304).
§120. Яркость изображения для протяженных и точечных источников
(308).
§121. «Ночезрительная труба» Ломоносова (311).
§122. Зрение двумя глазами и восприятие глубины пространства.
Стереоскоп (311).
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. ФИЗИЧЕСКАЯ ОПТИКА
Глава XIII. Интерференция света 317
§123. Геометрическая и физическая оптика (317).
§124. Опытное осуществление интерференции света (317).
§125. Объяснение цветов тонких пленок (321).
§126. Кольца Ньютона (323).
§127. Определение длины световой волны с помощью колец Ньютона
(325).
Глава XIV. Дифракция света 329
§128. Пучки лучей и форма волновой поверхности (329).
§129. Принцип Гюйгенса (331).
§130. Законы отражения и преломления света на основе принципа
Гюйгенса (332).
§131. Принцип Гюйгенса в толковании Френеля (334).
§132. Простейшие дифракционные явления (335).
§133. Объяснение дифракции по методу Френеля (338).
§134. Разрешающая сила оптических инструментов (339).
§135. Дифракционные решетки (342).
§136. Дифракционная решетка как спектральный прибор (345).
§137. Изготовление дифракционных решеток (346).
§138. Дифракция при косом падении света на решетку (347).
Глава XV. Физические принципы оптической голографии 349
§139. Фотография и голография (349).
§140. Запись голограммы с помощью плоской опорной волны (352).
§141. Получение оптических изображений по методу восстановления
волнового фронта (356).
§142. Телеграфирование по методу встречных световых пучков (359).
§143. Использование голографии в оптической интерферометрии (362).
Глава XVI. Поляризация света и поперечность световых волн 367
§144. Прохождение света через турмалин (367).
§145. Гипотезы, объясняющие наблюдаемые явления. Понятие о
поляризованном свете (368).
§146. Механическая модель явлений поляризации (369).
§147. Поляроиды (370).
§148. Поперечность световых волн и электромагнитная теория света
(371).
Глава XVII. Шкала электромагнитных волн 373
§149. Способы исследования электромагнитных волн различной длины
(373).
§150. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение (375).
§151. Открытие рентгеновских лучей (376).
§152. Различные действия рентгеновских лучей (377).
§153. Устройство рентгеновской трубки (378).
§154. Происхождение и природа рентгеновских лучей (380).
§155. Шкала электромагнитных волн (381).
Глава XVIII. Скорость света 383
§156. Первые попытки определения скорости света (383).
§157. Определение скорости света Рёмером (384).
§158. Определение скорости света по методу вращающегося зеркала
(385).
Глава XIX. Дисперсия света и цвета тел 388
§159. Состояние вопроса о цвете тел до исследований Ньютона (388).
§160. Основное открытие Ньютона в оптике (388).
§161. Истолкование наблюдений Ньютона (390).
§162. Дисперсия показателя преломления различных материалов (391).
§163. Дополнительные цвета (392).
§164. Спектральный состав света различных источников (395).
§165. Свет и цвета тел (396).
§166. Коэффициенты поглощения, отражения и пропускания (397).
§167. Цветные тела, освещенные белым светом (398).
§168. Цветные тела, освещенные цветным светом (399).
§169. Маскировка и демаскировка (399).
§170. Насыщенность цветов (401).
§171. Цвет неба и зорь (402).
Глава XX. Спектры и спектральные закономерности 406
§172. Спектральные аппараты (406).
§173. Типы спектров испускания (407).
§174. Происхождение спектров различных типов (409).
§175. Спектральные закономерности (411).
§176. Спектральный анализ по спектрам испускания (412).
§177. Спектры поглощения жидких и твердых тел (415).
§178. Спектры поглощения атомов. Линии Фраунгофера (415).
§179. Излучение накаленных тел. Абсолютно черное тело (417).
§180. Зависимость излучения накаленных тел от температуры. Лампы
накаливания (418).
§181. Оптическая пирометрия (420).
Глава XXI. Действия света 422
§182. Действия света на вещество. Фотоэлектрический эффект (422).
§183. Законы фотоэлектрического эффекта (424).
§184. Понятие о световых квантах (427).
§185. Применение фотоэлектрических явлений (429).
§186. Фотолюминесценция. Правило Стокса (431).
§187. Физический смысл правила Стокса (434).
§188. Люминесцентный анализ (434).
§189. Фотохимические действия света (435).
§190. Роль длины волны в фотохимических процессах (436).
§191. Фотография (436).
§192. Фотохимическая теория зрения (441).
§193. Длительность зрительного ощущения (443).
РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ. АТОМНАЯ И ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА
Глава XXII. Строение атома 462
§194. Представление об атомах (452).
§195. Постоянная Авогадро. Размеры и массы атомов (453).
§196. Элементарный электрический заряд (456).
§197. Единицы заряда, массы и энергии в атомной физике (459).
§198. Измерение массы заряженных частиц. Масс-спектрограф (460).
§199. Масса электрона. Зависимость массы от скорости (463).
§200. Закон Эйнштейна (465).
§201. Массы атомов; изотопы (468).
§202, Разделение изотопов. Тяжелая вода (470).
§203. Ядерная модель атома (473).
§204. Энергетические уровни ,атомов (477).
§205. Вынужденное излучение света. Квантовые генераторы (482).
§206. Атом водорода. Своеобразие законов движения электрона в атоме
(488).
§207. Многоэлектронные атомы. Происхождение оптических и
рентгеновских спектров атомов (491).
§208. Периодическая система элементов Менделеева (493).
§209. Квантовые и волновые свойства фотонов (497).
§210. Понятие о квантовой (волновой) механике (504).
Глава XXIII. Радиоактивность 513
§211. Открытие радиоактивности. Радиоактивные элементы (513).
§212. α-, β- и γ-излучение. Камера Вильсона (516).
§213. Способы регистрации заряженных частиц (521).
§214. Природа радиоактивного излучения (525).
§215. Радиоактивный распад и радиоактивные превращения (528).
§216. Применения радиоактивности (533).
§217. Ускорители (534).
Глава XXIV. Атомные ядра и ядерная энергия 541
§218. Понятие о ядерных реакциях (541).
§219. Ядерные реакции и превращение элементов (543).
§220. Свойства нейтронов (545).
§221. Ядерные реакции под действием нейтронов (547).
§222. Искусственная радиоактивность (549).
§223. Позитрон (551).
§224. Применение закона Эйнштейна к процессам аннигиляции и
образования пар (554).
§225. Строение атомного ядра (555).
§226. Ядерная энергия. Источник энергии звезд (559).
§227. Деление урана. Цепная ядерная реакция (563).
§228. Применения незатухающей цепной реакции деления. Атомная и
водородная бомбы (568).
§229. Урановые реакторы и их применения (571).
Глава XXV. Элементарные частицы 580
§230. Общие замечания (580).
§231. Нейтрино (583).
§232. Ядерные силы. Мезоны (584).
§233. Частицы и античастицы (589).
§234. Частицы и взаимодействия (595).
§235. Детекторы элементарных частиц (597).
§236. Парадокс часов (602).
§237, Космическое излучение (космические лучи) (603).
Глава XXVI. Новые достижения в физике элементарных частиц 608
§238. Ускорители и экспериментальная техника (608).
§239. Адроны и кварки (614).
§240. Кварковая структура адронов (625).
§241. Кварковая модель и процессы образования и распада адронов
(627).
§242. Лептоны. Промежуточные бозоны. Единство всех взаимодействий
(631).
Ответы и решения к упражнениям 636
Заключение 647
Предметный указатель 651
Таблицы
1. Освещенность (в люксах) в некоторых типичных случаях (194).
2. Яркость некоторых источников света (197).
3. Яркость некоторых освещенных поверхностей (204).
4. Доля отраженной энергии при различных углах падения света на
поверхность стекла (220).
5. Доля отраженной энергии при различных углах падения света на
поверхность воды (221).
6. Показатель преломления различных веществ относительно воздуха
(225).
7. Доли отраженной энергии для различных углов падения при переходе
света из стекла в воздух (228).
8. Предельный угол полного внутреннего отражения на границе с
воздухом (229).
9. Зависимость показателя преломления от длины волны для разных
веществ (392).
10. Дополнительные цвета (395).
11. Изотопный состав некоторых элементов (470).
12. Самые большие ускорители (611).
13. Некоторые адроны (618).
14. Истинно-элементарные частицы (622).
Предметный указатель
Аберрации 273, 281
Аберрация сферическая 273—276
— хроматическая 278, 279, 392
Абсолютно черное тело 417, 418, 420
Автоколебания 77—79, 82, 85, 175
Адроны 596, 597
Акустика 49, 51, 121
Альбедо 202, 203
Альфа-частицы 473—477, 517, 521,
522, 528, 529, 541, 545, 557
Амплитуда 13, 14, 16, 18, 24, 25, 30,
33, 35, 36, 38, 52, 74, 135, 145
Анастигмат 278
Ангстрем 187
Аннигиляция 553—555, 581, 591 —
593
Антенна 141, 145, 146, 159, 160, 162
Антивещество 591
Античастицы 589—591, 594
Апохромат 279
Ароматы 617
Астигматизм 276, 277
Астрономия 173, 174, 417
Атом 452, 476—481, 488—497, 507,
577, 580
Атомная единица массы 459, 555
— электростанция 572—574
Барионы 597
Бета-частицы 517, 521, 526, 528, 529
Бинауральный эффект 135, 136
Бинокль 295, 303, 304, 313, 314
Бипризма Френеля 319, 321
Вибратор 141 — 146, 148, 152, 154
—Герца 146, 147
Волновая поверхность 209, 329—331
Волновой фронт 209, 210, 329, 330
Волновой цуг 320
Волны 86, 87, 102, 155
— бегущие 99, 124, 125, 135
— вторичные 331, 334, 338
— звуковые 89, 93, 104, 109, 121, 122,
133, 155, 183, 330
— капиллярные 102
— когерентные 118, 122, 318
— плоские 104, 330
— поперечные 94, 96, 98, 100, 101
— продольные 94, 98, 99, 100, 101
— синусоидальные 94
— стоячие 122, 123, 126, 131, 143,
148, 155, 156, 483
— сферические 104, 105
— упругие 94, 101, 104
— электромагнитные 87—89, 104,
!07, 121, 138—140, 147—149,
151, 152, 155, 156, 158, 184, 372,
373, 525
Гамма-излучение 382, 517, 521, 525,
526, 551, 554, 555, 576
Гармоники 43, 44, 46
Генератор колебаний 80—82, 85, 145,
146, 152
Гиперболоид 207
Глаз 248, 291—293, 305, 309—311,
373, 396, 400
— , адаптация 441
— , аккомодация 292
— , разрешающая сила 342
Глюоны 624
Голография 349—366
Голубая оптика 291
Давление света 180, 181
Движение апериодическое 32
— периодическое 11, 12, 19
Дейтерий 472, 534, 569
Дейтрон 534, 556
Деление урана 563
Детектор 165, 166
Диоптрия 266, 278
Дисперсия показателя преломления
391
— света 225, 232, 388—392, 407
Дифракционная решетка 342—348,
373, 380, 381, 406, 416, 454
Дифракция 104, 110—112, 121, 170,
171
— рентгеновских лучей 348, 380, 381,
506
Дифракция света 221, 336, 338, 504
— электронов 506
Длина волны 96, 100, 103, 122, 123,
134, 140—143, 153, 170—172
— — де Бройля 505, 507, 508
— когерентности 320
— световой волны 182, 217, 321, 325,
328, 346, 391, 392
Единица оптической силы 266
— освещенности 194
— светового потока 194
— силы света 193
— частоты 19
— яркости 196
Закон Кирхгофа 416—418
— радиоактивного распада 531
— Рэлея 403, 404
— сохранения энергии 24, 69, 583
Заряд барионный 590, 591, 597
— лептонный 632
Звук 49, 88, 89, 110, 122, 139
Зеркала 249—251, 253—260, 266,
304, 307, 308, 330
Зоны Френеля 339
Зрительная труба 295, 301—304, 407
Излучение инфракрасное 148, 151,
171, 375, 381, 400, 407, 415, 419
— радиоактивное 513
— рентгеновское 376—379, 388, 513,
525
— света вынужденное 486—488
— — спонтанное 482
— ультрафиолетовое 171, 375, 376,
381, 382, 400, 407, 415
Изображение источника 236, 244,
260—263
— астигматическое 245
— действительное 245, 247, 248
— мнимое 245, 248—251, 255
Изображение, освещенность 280—
283, 309
— стигматическое 245, 251
—, яркость 282, 283, 308—311
Изотопы 468—470, 472, 516
Интерференция 104, 116, 117, 121 —
123, 135, 148, 169, 172, 173, 181,
182, 256, 291, 487, 504
— света 317—319, 322, 323, 334, 338,
362
Ионосфера 171, 172, 174, 175
Источник точечный 105, 188, 189,
191, 192
Источники когерентные 118
Камера Вильсона 516, 518—521, 541,
545, 546, 548, 551, 563, 564, 597,
598
Камера-обскура 214
Кандела 193, 194
Квазар 173
Квант света 185, 428, 436, 468, 479,
493, 497
Квантовый генератор света 483
Кварки 620
Кварта 60
Квинта 60
Килогерц 19
Кинескоп 169
Киноаппарат 286, 287
Когерентность 122, 172, 318, 319,
486, 487
— временная 351
— пространственная 351
Когерер 160—162
Колебание гармоническое 17—20, 25,
29, 62, 63, 95, 152
— периодическое 17
— простое 17
— синусоидальное 19
Колебания вынужденные12, 34, 35,
38, 73, 82, 125, 131, 147
— затухающие 32, 33
— звуковые 49, 82, 85
— крутильные 29, 129
— механические 63, 64, 70, 82
— незатухающие 32, 76, 77
— свободные 12—14, 34, 38, 82, 125,
127, 128
— синфазные 22
— собственные 31, 32
Колебания ультразвуковые 20
— упругие 27, 129
— электрические 63, 64, 67, 70, 71,
82, 85, 142, 152, 162, 164
— электромагнитные 86
Колебательный контур 66, 67, 69, 71,
82, 85, 140—146, 162, 164
Коллиматор 406
Колокол 129
Кольца Ньютона 323—325, 327, 328
Конденсор 285—287, 299, 300, 325
Консонанс 60
Конфайнмент 625
Коэффициент отражения 200, 202,
397, 401, 402
— поглощения 200, 397, 402, 418
— пропускания 200, 397
Краска 398, 399, 401, 402, 415, 432,
436
Критическая масса 566
Лазер 191, 194, 199, 226, 227, 320,
355, 484, 485