Меню

Природа света два взгляда



§ 57. Интерференция света. —

Вопросы.

1. Какие два взгляда на природу света существовали с давних пор среди ученых?

Существовало две теории. По одной из них свет представляет собой волну, а по другой свет — поток частиц. Соответственно волновая и корпускулярная теория света.

2. В чем заключалась суть опыта Юнга, что этот опыт доказывал и когда был поставлен?

Томас Юнг, в результате опыта по сложению пучков света от двух источников, получил не меняющуюся во времени интерференционную картину из чередующихся темных и светлых полос, что явилось доказательством волновой природы света.

3. Как проводился опыт, изображенный на рисунке 156, а?

В мыльной пленке, на проволочном кольце, при освещении её желтым цветом наблюдается чередование желтых и черных полос.

4. Пользуясь рисунком 156, б, объясните, почему на мыльной пленке появляются чередующиеся полосы.

При прохождении света сквозь мыльную пленку часть света отражается от передней поверхности, а часть от задней, данные отраженные лучи являются когерентными, т.к. происходят от одного источника. Т.к. мыльная пленка неравномерна по толщине, то возникает разность хода отраженных лучей, что приводит к разности фаз, что в свою очередь проявляется в усилении или ослаблении световых лучей, т.е. к их интерференции.

5. Что доказывает опыт, изображенный на рисунке 156, а?

Этот опыт доказывает волновые свойства света.

6. Что можно сказать о частоте (или длине волны) световых волн разных цветов?

Частоты (длины волн) световых волн разных цветов различны и составляют от 4,0- 8,0*10 14 Гц (400-800 нм).

Источник

Развитие взглядов на природу света

В природе существует только два способа передачи взаимодействий между телами: 1-ый — путем переноса вещества и 2-ой — путем изменения состояния физической среды.

В физике долгое время существовали две теории о природе света: 1-ая — корпускулярная (основоположник-И. Ньютон); 2-ая — волновая (основоположник — Х. Гюйгенс).

По Ньютону свет — это поток частиц, летящих в пространстве от источника света во все стороны по инерции и подчиняющихся законам классической механики. Свет — это перенос частиц (корпускул) от источника к приемнику.

По Гюйгенсу свет — это волны, распространяющиеся от источника во все стороны в особой среде — эфире. Эфир пронизывает все мировое пространство, он невидим, никак не ощущается, в нем отсутствует трение. Свет — это волна, изменяющая состояние некой среды — мирового эфира.

Обе теории появились почти одновременно в XVII в. и существовали параллельно. Большинство физиков отдавали предпочтение корпускулярной теории, в основном, благодаря непререкаемому научному авторитету Ньютона. Его теория очень просто объясняла прямолинейное распространение света и образование теней на основе инерции, которой обладают все материальные тела. Волновая теория Гюйгенса объяснить этого не могла. Однако, теория Ньютона также никак не могла объяснить тот факт, что световые лучи, пересекаясь, никак не влияют друг на друга. Они должны рассеиваться. По волновой теории это объяснялось просто — именно так ведут себя волны на поверхности воды.

Читайте также:  Замена лампочки ближнего света для рено симбол

Такое положение в физике просуществовало до середины XIX в., пока не были открыты дифракция и интерференция света. Эти явления присущи только волновым процессам, и объяснить их корпускулярная теория не могла никак. Казалось, что полностью восторжествовала волновая теория. Уверенность в ее правоте тем более окрепла, когда Максвелл во второй половине XIX в. теоретически показал, что свет — это обычная ЭМВ определенной частоты и длины. Работы Максвелла заложили основы электромагнитной теории света, а после опытов Герца, которые доказали существование ЭМВ, уже не возникало никаких сомнений в том, что свет при распространении ведет себя как волна.

Однако, к концу XIX в. накопилось достаточно экспериментальных данных о том, что свет излучается и поглощается прерывисто (дискретно) и происходит это микроскопическими порциями энергии — квантами. Исходя из этого предположения, немецкий физик Макс Планк в 1900 г. создал квантовую теорию электромагнитных процессов, а Альберт Эйнштейн в 1905 г. разработал квантовую теорию света.

Согласно этой теории, свет представляет собой поток световых частиц — фотонов.

Фотоны существенно отличаются от обычных частиц: они существуют только в движении (со скоростью света) и имеют конечную массу. Фотон не может существовать в состоянии покоя. Фотоны поглощаются атомами, отдавая им свою энергию, и могут излучаться атомами.

В соответствии с современными представлениями, свет — это совокупность ЭМВ в диапазоне от 400 нм

(фиолетовый) до 800 нм (красный) или, соответственно, от 750 ТГц до 375 ТГц. Волновая

(электромагнитная) и корпускулярная (квантовая) теории не исключают друг друга, а взаимно дополняют.

Свет обладает дуализмом — двойственностью свойств. Фотон — это одновременно и частица, и волна.

Призмы

Луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде.

Особый интерес представляет ход луча в призме:

Поскольку угол преломления зависит от скорости света в среде, а скорость света связана с длиной световой волны (частотой), то свет разного цвета (разной длинны волны или частоты) должен преломляться по-разному. Впервые это эффект обнаружил Ньютон, пропуская тонкий солнечный луч через трехгранную призму: белый свет, проходя через призму, распадался на радужную полоску, которую принято называть спектром. В спектре выделяют семь основных цветов, однако границы между ними размыты, поэтому полутонов там очень много. Если под одним и тем же углом направить на призму красный и синий лучи, то невооруженным глазом легко заметить, что красный луч преломляется в призме значительно меньше, чем синий. Скорость красного света в веществе больше, чем синего, поэтому таков результат преломления. И именно поэтому призма разлагает белый свет на составляющие.

Дисперсией называется зависимость показателя преломления света от длины волны (частоты). Дисперсионная картина, которая возникает на экране при прохождении белого света через призму, называется спектром. Спектр солнечного света, да и вообще любого источника, который излучает свет в результате нагревания, сплошной.

Читайте также:  Свет марии детская одежда

На границе раздела двух сред происходит также частичное отражение падающего луча.

Большое практическое значение имеет эффект полного отражения, когда угол преломления равен 90, и преломленный луч скользит по границе раздела двух сред. Это возможно, если луч падающий попадает на границу раздела двух срез из более плотной среды, например, из воды в воздух.

В геометрической оптике скорость света не имеет значения. Тем не менее, первые способы измерения скорости света были основаны именно на методах геометрической оптики.

Датский астроном Рёмер в 1676 году сделал попытку измерить скорость света по задержке времени выхода спутника Ио из тени планеты — Юпитера. Естественно, точного значения он не получил, но смог оценить порядок: примерно 215 000 км/с. Это колоссальная скорость!

В 1849 году французский физик Физо с помощью лабораторной установки, которая имела специальный источник света, вращающийся диск с прорезями, полупрозрачное зеркало и обычное зеркало, находящееся на расстоянии 8,6 км, более точно определил величину скорости света: примерно 313 000 км/с.

В 1926 году американский физик Майкельсон измерил скорость света с помощью установки, расположенной на двух горных вершинах на расстоянии 35,4 км и содержащей вращающееся зеркало. Значение скорости света, полученное в этом эксперименте, составило 299 796 км/с.

Наиболее точное значение скорости света было получено в 1972 году: 299 792 456,2 м/с.

В настоящее время принято, что скорость света в вакууме составляет 299 792 458 м/с

Источник

. для школьных учителей .
Как теперь смотреь флэш-файлы!





Физика 9 кл. Интерференция света. Опыт Юнга

1. Какие два взгляда на природу света существовали с давних пор среди ученых?

С давних пор существовало два взгляда на природу света — две теории: корпускулярная и волновая.
Одни ученые считали, что свет — это поток частиц (корпускул).
Другие рассматривали свет, как волну.

До начала XIX в. не было доказательств ни в пользу волновых, ни в пользу корпускулярных представлений.

В 1802 г. английский ученый Томас Юнг на опыте показал, что свету присуще свойство интерференции, значит, свет — это волны.
К концу 19 в. в ходе экспериментов стало ясно, что некоторые явления можно объяснить только на основе корпускулярных представлений о свете, т. е. рассматривая его как поток частиц.

В настоящее время признана справедливой как волновая, так и корпускулярная теория.
Обе теории, дополняя друг друга, позволяют объяснять многие физические явления.

2. В чем заключалась суть опыта Юнга, что этот опыт доказывал и когда был поставлен?

В 1802 г. английский ученый Томас Юнг поставил опыт по сложению пучков света от двух источников, в результате чего получил не меняющуюся во времени картину, состоящую из чередующихся светлых и темных полос.
Юнг правильно объяснил возникновение полос интерференцией света.

Читайте также:  Перегорел ближний свет две фары

Однако интерференция присуща только волновым (т. е. периодическим) процессам.
Поэтому oпыт Юнга стал доказательством того, что свет обладает волновыми свойствами.

3. В чем заключается интерференция звуковых волн?

При наложении двух когерентных волн (т. е. волн с одинаковой частотой и постоянной разностью фаз) образуется так называемая интерференционная картина, т. е. не меняющаяся со временем картина распределения амплитуд колебаний в пространстве.

В одних точках пространства колебания всегда происходят с максимальной амплитудой.
Это те точки, в которые колебания от обоих источников в любой момент времени приходят в одинаковых фазах и поэтому всегда усиливают друг друга.
В других точках колебания происходят с минимальной амплитудой.
Эти точки расположены по отношению к источникам так, что к ним колебания всегда приходят в противоположных фазах, ослабляя друг друга (а при равных амплитудах колебаний волны в любой момент времени полностью гасят друг друга).
В остальных точках колебания также происходят с постоянными амплитудами, значения которых лежат в промежутке от минимальной до максимальной.

4. Как на опыте можно получить интерференционную картину света?

На проволочное кольцо с ручкой, затянутое мыльной пленкой, в затемненном помещении направляется свет желтого цвета.
На пленке образуются горизонтально расположенные чередующиеся желтые и черные полосы.

5. Как объяснить появление на мыльной пленке чередующихся полос?

Свет, падая на пленку, частично отражается от передней поверхности в точке А, а частично проходит внутрь пленки и отражается от задней поверхности в точке В, после чего выходит из пленки в точке С.
Волны, выходящие из точек A и C, являются когерентными, т,к. они образуются от одного и того же источника.
Разность хода длин волн зависит от толщины пленки, которая в разных точках различна.
Если толщина пленки окажется такой, что волны будут выходить из точек А и С, имея одинаковые фазы, то эти волны при сложении усилят друг друга.
В результате возникнет максимум интерференционной картины — желтая полоса.
Если толщина пленки окажется такой, что волны будут выходить из точек А и С в противоположных фазах, то эти волны при сложении будут гасить друг друга.
В результате возникнет минимум интерференционной картины — темная полоса.

6. Что доказывает опыт с освещением мыльной пленки?

Этот опыт доказывает, что раз наблюдается явление интерференции, значит, свет обладает волновыми свойствами.

7. Что можно сказать о частоте (или длине волны) световых волн разных цветов?

Томас Юнг измерил еще и длину световой волны.
Оказалось, что свету разных цветов соответствуют волны разной длины (разной частоты).

Например, красному свету в световом диапазоне соответствует самая большая длина волны ( иначе самая маленькая частота).
Длины волн убывают (а частоты возрастают) в следующей последовательности цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Источник

Adblock
detector