Презентация "Световые явления" 11 класс

Как вы представляете жизнь человечества без света?

Чудесный дар природы вечной,Дар бесценный и святой. В нём источник бесконечный Наслажденья красотой.
Солнце, небо, звёзд сиянье,Море в блеске голубом,Всю природу и созданьеМы лишь в свете познаём. “Иоланта”

Неодинаково
видим днём

и ночью

Искусственные

свет

от

400 нм до 800 нм

Свет - основа жизни на нашей планете. Отвечая на вопросы "Почему небо голубое?" и "Почему трава зелёная?" можно давать однозначный ответ - "Благодаря свету".Это неотъемлемая часть нашей жизни, но мы всё ещё стараемся понять феномен света. Многие известные учёные, начиная с Аристотеля, Галилео Галилея, Ньютона и Леонардо да Винчи, и включая Эйнштейна, прилагали все силы чтобы раскрыть все тайны света.

Первые представления о том, что такое свет, относятся также к древности. В древности представления о природе света были весьма примитивными, фантастическими и к тому же весьма разнообразными. Однако, несмотря на разнообразие взглядов древних на природу света, уже в то время наметились три основных подхода к решению вопроса о природе света. Эти три подхода в последующем оформились в две конкурирующие теории – корпускулярную и волновую теории света.
Подавляющее большинство древних философов и ученых рассматривало свет как некие лучи, соединяющие светящееся тело и человеческий глаз.
При этом выделялось три основных взгляда на природу света.
Глаз->предмет
Предмет->глаз
Движение

Одни из древних ученых полагали, что лучи исходят из глаз человека, они как бы ощупывают рассматриваемый предмет. Эта точка зрения имела сначала большое число последователей. Такие крупнейшие ученые и философы, как Евклид, Птолемей и многие другие придерживались ее. Однако позже, уже в средние века, такое представление о природе света теряет свое значение. Все меньше становится ученых, следующих этим взглядам. И к началу XVII в. эту точку зрения можно считать уже забытой.

Евклид

Птоломей

Другие философы, наоборот, считали, что лучи испускаются светящимся телом и, достигая человеческого глаза, несут на себе отпечаток светящегося предмета. Такой точки зрения держались атомисты Демокрит, Эпикур, Лукреций. Эта точка зрения на природу света уже позже, в XVII в., оформилась в корпускулярную теорию света, согласно которой свет есть поток каких-то частиц, испускаемых светящимся телом.

Демокрит

Эпикур

Лукреций

Третья точка зрения на природу света была высказана Аристотелем. Он рассматривал свет не как истечение чего-то от светящегося предмета в глаз и тем более не как некие лучи, исходящие из глаза и ощупывающие предмет, а как распространяющееся в пространстве (в среде) действие или движение. Мнение Аристотеля в его время мало кто разделял. Но в дальнейшем, опять же в XVII в., его точка зрения получила развитие и положила начало волновой теории света.

Аристотель

Наиболее интересной работой по оптике, дошедшей до нас из средневековья, является работа арабского ученого Альгазена. Он занимался изучением отражения света от зеркал, явления преломления и прохождения света в линзах. Ученый придерживался теории Демокрита и впервые высказал мысль о том, что свет обладает конечной скоростью распространения. Эта гипотеза явилась крупным шагом в понимании природы света.

Альгазен

На базе многочисленных опытных фактов в середине XVII века возникают две гипотезы о природе световых явлений:

Корпускулярная теория Ньютона, которая предполагала, что свет есть поток частиц, выбрасываемых с большой скоростью светящимися телами.
Волновая теория Гюйгенса, которая утверждала, что свет представляет собой продольные колебательные движения особой светоносной среды (эфира), возбуждаемой колебаниями частиц светящегося тела.

Свет состоит из малых частичек вещества, испускаемых во всех направлениях по прямым линиям, или лучам, светящимся телом, например, горящей свечой. Если эти лучи, состоящие из корпускул, попадают в наш глаз, то мы видим их источник.
Световые корпускулы имеют разные размеры. Самые крупные частицы, попадая в глаз, дают ощущение красного цвета, самые мелкие – фиолетового.
Белый цвет – смесь всех цветов: красного, оранжевого, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.
Отражение света от поверхности происходит вследствие отражения корпускул от стенки по закону абсолютного упругого удара.

Явление преломления света объясняется тем, что корпускулы притягиваются частицами среды. Чем среда плотнее, тем угол преломления меньше угла падения.
Явление дисперсии света, открытое Ньютоном в 1666 г., он объяснил следующим образом. «Каждый цвет уже присутствует в белом свете. Все цвета передаются через межпланетное пространство и атмосферу совместно и дают эффект в виде белого света. Белый свет – смесь разнообразных корпускул – испытывает преломление, пройдя через призму».
Ньютон наметил пути объяснения двойного лучепреломления, высказав гипотезу о том, что лучи света обладают "различными сторонами" – особым свойством, обуславливающим их различную преломляемость при прохождении двоякопреломляющего тела.

Корпускулярная теория Ньютона удовлетворительно объяснила многие оптические явления, известные в то время. Ее автор пользовался в научном мире колоссальным авторитетом, и в скоре теория Ньютона приобрела многих сторонников во всех странах. Крупнейшие ученые придерживающиесяэтой теории: Араго, Пуассон, Био, Гей-Люссак.
На основе корпускулярной теории было трудно объяснить, почему световые пучки, пересекаясь в пространстве, никак не действуют друг на друга. Ведь световые частицы должны сталкиваться и рассеиваться (волны же проходят друг сквозь друга, не оказывая взаимноговлияния)

Ньютон

Араго

Гей-Люссак

Свет – это распространение упругих периодичных импульсов в эфире. Эти импульсы продольны и похожи на импульсы звука в воздухе.
Эфир – гипотетическая среда, заполняющая небесное пространство и промежутки между частицами тел. Она невесома, не подчиняется закону всемирного тяготения, обладает большой упругостью.
Принцип распространения колебаний эфира таков, что каждая его точка, до которой доходит возбуждение, является центром вторичных волн. Эти волны слабы, и эффект наблюдается только там, где проходит их огибающая  поверхность – фронт волны (принцип Гюйгенса).
Чем дальше волновой фронт от источника, тем более плоским он становится.
Световые волны, приходящие непосредственно от источника, вызывают ощущение видения.
Очень важным пунктом теории Гюйгенса явилось допущение конечности скорости распространения света.

С помощью теории объясняются многие явления геометрической оптики:
– явление отражения света и его законы;
– явление преломления света и его законы;
– явление полного внутреннего отражения;
– явление двойного лучепреломления;
– принцип независимости световых лучей.
Теория Гюйгенса давала такое выражение для показателя преломления среды:

Из формулы видно, что скорость света должна зависеть обратно пропорционально от абсолютного показателя среды. Этот вывод был противоположен выводу, вытекающему из теории Ньютона.

Многие сомневались в волновой теории Гюйгенса, но среди малочисленных сторонников волновых взглядов на природу света были М. Ломоносов и Л. Эйлер. С исследований этих ученых теория Гюйгенса начала оформляться как теория волн, а не просто апериодических колебаний, распространяющихся в эфире.
Трудно было объяснить прямолинейное распростронение света, приводящее к образованию за предметами резких теней (по корпускулярной теории прямолинейное движение света является следствием закона инерции)
Явление дифракции (огибания светом препятствий) и интерференции (услиление или ослабление света при наложении световых пучков друг на друга) можно объяснить только с точки зрения волновой теории.

Гюйгенс

Ломоносов

Эйлер

Во второй половине XIX  века Максвелл показал, что свет есть частный случай электромагнитных волн. Работами Максвелла были заложены основы электромагнитной теории света.
После экспериментального обнаружения электромагнитных волн Герцем никаких сомнений в том, что при распространении свет ведет себя как волна, не осталось. Нет их и сейчас.
Однако в начале XX века представления о природе света начали коренным образом изменяться. Неожиданно выяснилось, что отвергнутая корпускулярная теория все же имеет отношение к действительности. Оказалось, что при излучении и поглощении свет ведет себя подобно потоку частиц.

Максвелл

Герц

Были обнаружены прерывистые (квантовые) войства света. Возникла необычная ситуация: явления интерференции и дифракции по-прежнему можно было объяснить, считая свет волной, а я вления излучения и поглощения – считая свет потоком частиц.
Поэтому ученые сошлись на мнении о корпускулярно-волновом дуализме (двойственности) свойст света. В наши дни теория света продолжает развиваться.

В физике скорость света является одной из фундаментальных констант. Её определение связано с целыми эпохами в развитии физики: волновой оптикой (Т. Юнг, О. Френель), электродинамикой (Дж. К. Максвелл, Г. Герц, П. Н. Лебедев), квантовой теорией (М. Планк, А. Эйнштейн, Н. Бор), специальной теорией относительности (А. Эйнштейн).

Согласно представлениям современной физики, свет обладает одновременно свойствами непрерывных электромагнитных волн и свойствами дискретных частиц, которые называют фотонами или квантами света.

Двойственность свойств света называется корпускулярно – волновым дуализмом.

На рисунке показана схема опыта, с помощью которого Галилей предлагал измерить скорость света. Открывая заслонку фонаря, нужно было определить, через сколько времени вернется свет, отразившись от зеркала.

Первое экспериментальное определение скорости света выполнил датский астроном Олаф Рёмер в 1675 году.

Орбита Земли

Земля

Орбита спутника
Ио

Орбита Юпитера

S2

Разделив диаметр земной орбиты на время запаздывания, было получено значение скорости света:
с = 3*1011м / 1320с
с=2,27*108м/с
Полученный результат имел большую погрешность.

В его опыте свет от источника S проходил через прерыватель К (зубья вращающегося колеса) и, отразившись от зеркала З, возвращался опять к зубчатому колесу.

Величина, больше полученной из астрономических наблюдений, но близкая к ней.

с=299792458+1,2 м/c

В настоящее время с помощью лазерной техники скорость света определяется по измерениям длины волны и частоты радиоизлучения независимыми друг от друга способами и вычисляется по формуле:

с=299792456,2 ±1,1 м/с

Вычисления дают

Пока указаний на изменение с с течением времени нет, но физика не может безоговорочно отбросить такую возможность. Что ж, остается ждать
сообщений о новых измерениях скорости света. Эти измерения могут дать еще много нового для познания природы, неисчерпаемой в своем разнообразии.

Сформулирован в 1660 году: Каждая точка среды, до которой дошло возмущение, является источником вторичных сферических волн, огибающая которых показывает новое положение волнового фронта

Христиан Гюйгенс (1629 – 1695)

Каждая точка среды, до которой дошло возмущение, сама становится источником вторичных волн.

Этот раздел рассматривает вопросы, решение которых возможно на основе построения изображений в зеркалах и линзах и при расчёте оптических приборов.

Основными понятиями геометрической оптики являются ПУЧОК и ЛУЧ
ПУЧОК света можно наблюдать, а ЛУЧ только чертить.

Первое

Второе

У Козьмы Пруткова есть афоризм: «Если у тебя спрошено будет: что полезнее, Солнце или месяц? – ответствуй: месяц. Ибо Солнце светит днём, когда и без того светло, а месяц – ночью». Прав ли Козьма Прутков? Почему?
Почему в разные дни месяца Луна на небе видна по-разному: иногда в виде узкого серпа, а иногда в виде яркого диска?
Чем отличается математический луч света от физического?
Как распространяется свет в однородной прозрачной среде?
Объясните в каком случае предмет отбрасывает резкую тень, а в каком тень и полутень?

Отражение света - это явление, заключающееся в том, что при падении света из первой среды на границу раздела со второй средой взаимодействие света с веществом приведет к появлению световой волны, распространяющейся от границы раздела обратно в первую среду.

При зеркальном отражении световые лучи, падающие на поверхность параллельно, сохраняют свою параллельность после отражения.
Если же параллельность лучей после отражения не сохранилась, то такое отражение называют рассеянным или диффузным.

ЗЕРКАЛЬНОЕ ДИФФУЗНОЕ





M

N

B

S

O

C

Угол отражения равен углу падения.

Падающий луч, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения, лежат в одной плоскости.





B

S

M

N

O

C

Изображение предметов в плоском зеркале получается мнимым, прямым и равным по размерам предмету.

Явление изменения направления распространения света на границе раздела двух сред при переходе из одной среды в другую называется преломлением света.

Показатель преломления вещества относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления.
n1 = с / V1 n2 = с / V2

Откуда: n2,1 = n2 / n1
n1 и n2 – абсолютные показатели преломления первой и второй сред.

Абсолютный показатель преломления среды - физическая величина, равная отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде:
                               n = с / U

   Абсолютный показатель преломления среды показывает во сколько раз скорость распространения света в данной среде меньше, чем скорость света в вакууме:
U  = n / c

Для любой среды n > 1. Чем больше абсолютный показатель преломления среды, тем меньше скорость распространения в ней.

Это надо знать

Световой луч падает перпендикулярно на границу раздела (α=0)

β2

При прохождении через стеклянную призму свет отклоняется к
основанию призмы.

Преломление белого света в стеклянной призме

α

β

α₀

α

γ

α₀- предельный угол полного отражения света

Полное отражение света происходит, если:
Свет переходит в оптически менее плотную среду
Угол падения α ≥ α₀

Применение полного отражения света

1. При образовании радуги

2. В призмах полного отражения света

В первом случае призма позволяет поворачивать световой пучок на 90 , поэтому ее называют поворотной. Внутри призмы наблюдается однократное внутреннее отражение от грани BC.

В этом случае внутри призмы световой пучок испытывает уже двукратное полное отражение от грани AB и от грани AC. Эта призма может быть использована для разворота светового пучка на 180 , поэтому она тоже называется поворотной.

В третьем случае лучи, падающие на грань AB параллельно основанию BC, испытывают в стекле призмы полное отражение и выходят из призмы параллельно падающим лучам. Заметим, что при выходе из призмы верхний падающий луч становится нижним, а нижний - верхним. Поэтому призму в этом случае называют оборотной.

Эндоскоп (от греч. ένδον — внутри и греч. σκοπέω — осмотр) — группа оптических приборов различного назначения. Различают медицинские и технические эндоскопы. Технические эндоскопы используются для осмотра труднодоступных полостей машин и оборудования при техническом обслуживании и оценке работоспособности (лопатки турбин, цилиндры двигателей внутреннего сгорания, оценка состояния трубопроводов и т. д.), кроме того, технические эндоскопы используются в системах безопасности для досмотра скрытых полостей (в том числе для досмотра бензобаков на таможне).

Медицинские эндоскопы используются в медицине для исследования и лечения полых внутренних органов человека (пищевод, желудок, бронхи, мочеиспускательный канал, мочевой пузырь, женские репродуктивные органы, почки, органы слуха), а также брюшной и других полостей тела.

Внутри цилиндра - клапан двигателя


При погружении серебрянки в воду волоски брюшка, покрытые особым жирным веществом, не смачиваются, между ними задерживается (так как не вытесняется, благодаря силам поверхностного натяжения воды) воздух и потому оно под водой кажется серебряным.

Полное отражение рыбок, если смотреть из-под воды
на поверхность: при определенных углах на границе раздела наблюдается не внешняя часть
(то, что в воздухе), а видно зеркальное отражение объектов, которые находятся в воде.

§
Приготовить сообщение на одну из тем:
Применение закона прямолинейного распространения света
Применение закона отражения света
Применение закона преломления света