Заняття
Тема: Природа світла
Питання:
1. Перші уявлення про природу світла. Теорія Ньютона та Гюйгенса.
2. Електромагнітна теорія природи світла.
3. Квантова теорія природи світла.
4. Джерела світла.
5. Принцип Гюйгенса поширення хвиль. Визначення швидкості світла по Майкельсону.
Д/з §28.1-7., № 1406, № 1408, № 1416.
Розділ фізики, який вивчає світлові явища називається оптикою.
Згідно тероії старовинних греків, світло - це щось подібне до щупальців, що і дає інформацію про оточуючий світ.
У 1675 р. Ньютон висунув корпускулярну теорію природи світла, згідно якої світло складається з малих частинок різного вигляду, форми, розмірів, які випромінюються будь-якими тілами і називаються корпускулами.
Але ця теорія не могла пояснити всі оптичні явища, тому в 1690 р. голандський фізик Гюйгенс запропонував хвильову теорію природи світла, згідно якої світло - це механічні поперечні хвилі, які повинні поширюватися в пружному середовищі названому світловим ефіром.
Але ні одна, ні друга теорія не відповідала дійсності.
Після створення Масквеллом електромагнітної теорії ( 60-70 - ті рр. ХІХ ст.) він зробив припущення, що світло - це електромагнітні хвилі. Так як швидкість світла і швидкість електромагнітних хвиль однакова і становить
3 ∙ 108 м/с, тому і була створена електормагнітна теорія природи світла. Але не всі електромагнітні хвилі створюють відчуття світла, а тільки ті, які знаходяться в діапазоні частот: 4 ∙ 1014 Гц -- 7,5 ∙ 1014 Гц. Цим частотам відповідає діапазон довжин: 0,76 мкм ÷ 0,4 мкм.
С = l∙n
с = 3 ∙ 108 м/с - швидкість світла у вакуумі;
л - довжина хвилі;
l - частота коливань.
При переході в інше середовище міняється довжина хвилі і швидкість, а частота лишається сталою.
Кожному кольору відповідає і певна частота електромагнітних хвиль. Наприклад: червоний 4 ∙1014 Гц, а фіолетовий 7,5∙1014 Гц.
Електромагнітна теорія також не могла пояснити всі оптичні явища (фотоефект, тиск світла).
У 1990 р. німецький фізик Макс Планк висуває квантову теорію природи світла, яка доповнює і розширює електромагнітну теорію. За квантовою теорією світло випромінюється небезперервно, а квантами (фотонами) - певними неподільними порціями елетромагнітної енергії.
А взагалі природа світла дуалістична - двоїста. Одні явища пояснюються хвильовою теорією, а інші - квантовою. Зв'язок між квантовою і хвильовою теорією виражається за формулою Планка:
Е = h∙n Е =
Е - енергія кванта;
n - частота коливань
l - довжина хвилі;
h - стала Планка.
h = 6,62 х 10-34 Дж ∙ с
Фотон (квант) існує до тих пір, поки рухається, він не має маси спокою. При зустрічі з речовиною, він зникає, а енергія переходить до речовини.
Всі тіла, молекули й атоми яких створюють видиме випромінювання називаються джерелами світла.
Джерела світла по своїй природі є:
- природні (сонце, блискавка);
- штучні ( лампа розжарення).
По способу збудження атомів і молекул джерела діляться на кілька груп:
1) температурні джерела світла - свічення викликається високою температурою (при горінні, розжаренні і т.д.)
2) люмінісцентні джерела світла - свічення деяких речовин без значного підвищення температури, яке виникає під впливом світлового випромінювання, рентгенівських променів, ультрафіолетових променів, потоку електонів. Екран телевізора, лампи денного світла, фосфор і т.д.
З'ясуємо природу поширення електомагнітних хвиль на основі принципа Гюйгенса.
Хвильовою поверхнею називається безперервне геометричне місце точок, що коливаються в однакових фазах, рівновіддалених від центру коливань.
Фронтом хвилі називається передня хвильова поверхня.
Променем називається лінія, вздовж якої поширюється фронт хвилі.
Принцип Гюйгенса поширення хвиль.
Кожна точка фронта хвилі служить вібратором від якого поширюються елементарні хвилі, а огинаюча всіх цих елементарних хвиль являє собою нове положення фронта хвилі.
Визначення швидкості світла по Майкельсону.
час оберту на одну грань (t1) дорівнює часу ( t2) за який світло проходить відстань 2L.
t 1 = t2
=
с =
1. Що називається оптикою?
2. Що називається корпускулами згідно корпускулярної теорії Ньютона?
3. Яка природа світла за хвильовою теорією Гюйгенса?
4. Що називається світлом згідно електромагнітної теорії Максвелла?
5. Як діляться джерела світла по способу збудження атомів і молекул, що вони означають?
6. Що називають хвильовою поверхнею?
7. Що називається фронтом хвилі?
8. Що називається називається променем?
9. Які тіла називаються джерелами світла?
10. Чому дорінює енергія кванта і швидкість поширення світла у вакуумі (написати формули)?
Задача: чому дорівнює швидкість розповсюдження світла, коли відстань від Землі до Місяця, що дорівнює 3, 84 ∙ 105 км, вона проходить за 1,28 с?
Задача: відомо, що людина сприймає як світло випромінювання з частотами від 4 ∙ 1014 до 7,5 ∙ 1014 Гц. Визначте інтервал довжин хвиль електромагнітного випромінювання у вакуумі, що викликає у людей зорове відчуття.
Задача: випромінювання складається із фотонів з енергією кожного , рівної
6,4 ∙ 10-19 Дж. Визначте частоту коливань і довжину хвилі у вакуумі для цього випромінювання. Чи викликає воно світлове відчуття в людини?