Суд над видимым излучением. Характеристика света

1. Суд над видимым излучением

Автор: Огнева Марина Владимировна,
учитель физики МОУ ООШ № 269
ЗАТО Александровск, Мурманская обл.
2011 год

2. Проблема:

самое темное в науке - это свет!

3. Характеристика света

Свет - электромагнитное излучение, испускаемое нагретым или
находящимся
в
возбужденном
состоянии
веществом,
воспринимаемое человеческим глазом.
Длина волны ≈ 380—760 нм (от фиолетового до красного)
Скорость света в вакууме с
≈ 299 792 458 м/с
Физические величины, связанные со светом:
• яркость;
• освещённость;
• световой поток.

4. Шкала электромагнитных излучений

College.ru.
College.ru.

5. Философы Древней Греции

Аристотель
Демокрит
До 16 века многие философы считали, что свет это нечто исходящее из глаз
и ощупывающее предметы.
Даже Архимед не дал объяснения, хотя и знал о законе отражения и
успешно его применял.
Демокрит считал, что свет – это поток частиц, обладающих определёнными
физическими свойствами.

6. Развитие взглядов на теорию света

Ньютон Исаак
(1643-1727)
-
основоположник
корпускулярной теории света,
объяснил явление радуги в 1666
году. При прохождении луча под
некоторым углом через границу
раздела
двух
сред
может
наблюдаться разложение белого
света на цветные компоненты
(в
спектр).
Это
явление
называется дисперсией.
Максвелл
Джеймс
Клерк (1831-1879 ) сторонник электромагнитной
теории света,
автор трёхкомпонентной теории
цветного зрения и цветной
фотографии, создал прибор
для количественного измерения
цвета
(диск
Максвелла).
(

7. Гипотеза

Цель:
выяснить природу видимого излучения.
Гипотеза
Если
видимое
излучение
имеет
свойства
непрерывности, характерные для электромагнитного
поля и дискретности, характерные для корпускул –
фотонов,
то
свет
обладает
двойственностью свойств.
дуализмом,
т.е.

8. Распространение света

Скорость света в вакууме –
фундаментальная физическая постоянная.
с = 299 792 458 м/с =1 079 252 848.8 км/час.
Распространение светового луча в масштабной модели Земля Луна
В среде, обладающей дисперсией, различают:
• фазовую скорость;
• групповую скорость.

9. Фазовая скорость

• Фазовая скорость Vф связывает частоту и длину волны
монохроматического света в среде (λ=c/۷).
• Отношение фазовой скорости света в вакууме к скорости света в
среде называется показателем преломления среды.
Фазовая скорость Vф может превышать скорость
фазового фронта Vфф вдоль волнового вектора
при рассмотрении первой вдоль оси, отклонённой
от направления волнового вектора на угол α:
Поэтому, если Vфф = с ( у электромагнитных волн в вакууме),
то Vф оказывается больше скорости света.

10. Групповая скорость

V= с/n,n,
где n — показатель преломления, зависящий от n n — показатель преломления, зависящий от — n — показатель преломления, зависящий от показатель n — показатель преломления, зависящий от преломления, n — показатель преломления, зависящий от зависящий n — показатель преломления, зависящий от от n — показатель преломления, зависящий от
частоты. n — показатель преломления, зависящий от
Физические объекты могут двигаться в среде со
скоростью больше скорости света в среде, но
меньше скорости света в вакууме.
Так n — показатель преломления, зависящий от происходит n — показатель преломления, зависящий от в n — показатель преломления, зависящий от охлаждающей n — показатель преломления, зависящий от жидкости n — показатель преломления, зависящий от ядерного n — показатель преломления, зависящий от
реактора, n — показатель преломления, зависящий от когда n — показатель преломления, зависящий от через n — показатель преломления, зависящий от воду n — показатель преломления, зависящий от проходят n — показатель преломления, зависящий от электроны n — показатель преломления, зависящий от со n — показатель преломления, зависящий от
скоростью n — показатель преломления, зависящий от больше n — показатель преломления, зависящий от скорости n — показатель преломления, зависящий от света n — показатель преломления, зависящий от в n — показатель преломления, зависящий от воде.

11. Опыт Ремера (1675)

Рёмер Оле Кристенсен
(1644-1710) установил факт конечной
величины скорости света.
Свету требуется 22 минуты, чтобы пройти расстояние от ближайшего к
Юпитеру положения Земли на орбите до положения, наиболее отдаленного от
Юпитера, где Земля оказывается через полгода. Рёмер получил, что скорость
света равна
с ≈ 222 000 км /с [6].

12. Физо Арман Ипполит Луи (1819 -1896)

с ≈ 3,13*10**5 км/с
[16]
Ссылка на интернет-ресурс опыт Физо. Метод вращающего затвора (1849 г. )

13. II опыт Физо (1851г.)

скорость света V в среде равна
где с‫ י‬n — показатель преломления, зависящий от = с/n n — скорость света в неподвижной среде;
n — показатель преломления среды;
u
—
скорость
движения
среды
относительно
наблюдателя,
находящегося в лабораторной системе координат. Опыт подтвердил
полученную в 1818 Френелем теоретически формулу:
Ссылка на интернет-ресурс Опыт Фуко

14. Опыт Майкельсона (1887г.)

Цель: доказать что светоносный эфир реально существует и служит средой,
в которой распространяются свет и электромагнитные волны.
Альберт
Майкельсон
[16]
с = 299796 ± 4 км/с
(1926)
Вывод: скорость света всегда одинакова; следовательно, эфирного
ветра не существует.
Ссылка на интернет-ресурс
Опыт Майкельсона

15. Солнечное затмение [16] ссылка на интернет-ресурс объясняется прямолинейным распространением света.

friends-club.info
agarti.ucoz.ru

16. Применение камеры-обскуры

[10]
"Приобретение любого знания всегда
полезно для интеллекта, так как он
сможет отбросить бесполезные вещи и
удержать хорошие. Ибо ничто нельзя ни
любить, ни ненавидеть, прежде чем не
имеешь об этом ясного представления".
Леонардо да Винчи.
[11]
Римские пинии на фоне церкви
Санта-Мария ин Космедин.

17. Ян Вермер Делфтский (применение камеры-обскуры)

[9]
"Вид Делфта" 1661
[10]
"Девушка в красной шляпе"
1667

18. Лунное затмение

«Кровавая» Луна
Ссылка на интернет-ресурс
[3]
Луна полностью или частично перестаёт быть видимой для земного
наблюдателя, т.к. тень Земли падает на неё и скрывает за собой.
Объясняется прямолинейным распространением света.

19. Мираж сверхдальнего видения

Жители бельгийского городка Вервье
со страхом и удивлением
наблюдали
однажды
утром
изображение на небе сражения
при Ватерлоо (июнь,
По прямой между
1815 г.).
Вервье и Ватерлоо
более 100 км. Облако пыли и дыма с
поля боя послужило экраном, видимым
далеко.

20. Закон преломления света (Снеллиус , 1621 г.)

[1]
Образование верхнего миража
[1]
Образование нижнего миража
Падающий,
преломленный
лучи
и
перпендикуляр к границе раздела двух
сред, восстановленный в точке падения
луча, лежат в одной плоскости.
Отношение синуса угла падения α к синусу
угла преломления β есть величина,
постоянная для двух данных сред:

21. Бриллиант чистой воды

При угле падения α=0º
преломление не происходит.
[14]
[13]
Российский
царский
бриллианта
с
скипетр
несколькими
имеет
венец
из
названиями:«Орлов»,
«Дерианор», «Амстердам», «Лазарев».
Если опустить его в стакан с водой – бриллиант
как будто бы растворится, исчезнет. Почему?
http:/n /n brilliant-invest.ru/n informatsiya
Ссылка на интернет-ресурс
[14]
Явление полного отражения света

22. Свободное «парение»

Дэвид
Копперфилд
опирается на знание
физических законов и
применяет
самую
современную
оптическую технику.
Щелкните здесь.
[10]
[9]
Падающий и отраженный лучи и перпендикуляр к границе раздела двух
сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
Угол отражения
β равен углу падения α.
Ссылки на интернет-ресурсы
Закон отражения света
Плоское зеркало

23. Человек-невидимка

Сзади видеокамера, спереди проектор. Вид камеры в зависимости от
поворота обрабатывает компьютер.

24.

Интерференция
Интерференция света - сложение световых
волн, при котором наблюдается
пространственное распределение
интенсивности света в виде чередующихся
ens.tpu.ru
светлых и тёмных полос.
Ссылки на интернет- ресурсы
Интерференционный опыт Юнга
Кольца Ньютона
afisha.livekuban.ru
www.hometheatervibe.co
m

25.

Опыт Юнга
Впервые в истории Юнг определил длины световых волн.

26.

Применение интерференции
• Приборы—интерферометры. Назначение : точное измерение длин световых волн, измерение показателя преломления газов и других веществ;
• проверка качества обработки поверхностей;
• просветление оптики;
• голография.
www.adslclub.ru
fizikabsk.on.ufanet.ru

27. Дисперсия (ссылка на интернет-ресурс)

Это явление зависимости абсолютного
показателя преломления вещества от
длины волны света.
У красного цвета максимальная
скорость в среде и минимальная степень
преломления ;
у фиолетового цвета минимальная
скорость света в среде и максимальная
степень преломления.
В вакууме скорости света разного цвета одинаковы.

28. Опыт Ньютона по дисперсии света (ссылка на интернет-ресурс)

Мы видим, что nф>nк.
n=c/v, где c - скорость света в вакууме, v - скорость света в среде.
Поэтому vк>vф.
Скорость света в веществе зависит от его длины волны.
В вакууме скорость света не зависит от его цвета.

29. Дифракция волны

Дифракция
(от лат.
diffractus — разломанный) – явление отклонения
распространения волны от законов геометрической оптики.
Гюйгенс Христиан
Принцип Гюйгенса-Френеля
(1629-1695) - основоположник
волновой теории света.
«Трактат о свете» (1690 г.)
Свет – электромагнитная волна, способная огибать препятствия.

30. Огюст Френель «Мемуар о дифракции света» (1818г) (ссылка на интернет-ресурс)

В центре тени от шарика на экране было светлое пятно.
Факт, подтверждающий волновую природу света.

31. Поляризация

Поляризация – это пространственная упорядоченность направления
колебаний частиц среды в поперечной волне.
[2]
Э. Бартолин (1669 г. )
При прохождении через кристалл исландского шпата, луч света
расщепляется на два: «обыкновенный» луч соответствует закону
преломления, «необыкновенный» же словно нарушает его.

32. Поляризатор [17] – непреодолимое препятствие для проникновения гармонической поперечной волны, линейно – поляризованной [19] в

плоскости XZ.
[3]
[5]
[3]
Ссылка на интернет-ресурс Поляризация электромагнитных волн

33. Применение поляризации

Солнечные очки из поляризованного стекла пропускают только вертикальные
колебания, поэтому яркость света уменьшается. Также используется
для
создания стереокино.
Выявление напряжения в деталях
конструкций
на
моделях,
прозрачных
подвергнутых
механическим деформациям.
[2]

34. Голография

Голография от греческого holos – полный и grapho- пишу.
Первые попытки получения голограмм предпринимались Д. Габором.
.
Схема записи голограммы
http:/n /n is.park.ru/n doc.jsp?urn=44364218
Ссылка на интернет-ресурс Принципы голографии. Метод Ю.Н.Денисюка

35. LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

Лазер
-
устройство,
использующее
квантово-механический
вынужденного излучения для создания когерентного потока света.
ссылка на интернет-ресурс Двухуровневая модель лазера
эффект

36. Квантовая теория. Гипотеза Планка

E = hν - энергия квантаν - энергия кванта
Постоянная Планка:
hν - энергия кванта=6,63*10-34 Дж *с
Макс Планк
(1858-1947) - основоположник квантовой теории.
Ввел (1900) квант действия и, исходя из идеи квантов, вывел закон
излучения.

37. История создания лазера

Принципиальная схема лазера
История создания лазера
1917 г.
1951 г. В. А. Фабрикант А.Эйнштейн - http:/n /n www.srv.cr-mp.ru/n phy-497.html.
представление о
вынужденном
испускании.
принцип усиления
электромагнитного излучения
лежащий в основе квантовой
электроники.
1952 г. создан первый
Н. Г. Басов А. М. Прохоров Ч. Таунс
1960 г.
квантовый генератор — мазер.
Т. Майман создан первый рабочий лазер.

38. Применение лазера

Лазерное
оборудование в
промышленности
ГАИ вышла на дороги с
лазерным радаром
m.3dnews.ru
yaltatv.com.ua
www.remontgruzovikov.com.u
a
www.newlaser.ru
Лазерная сварка
u
belball.ucoz.r
Лазерное шоу
Использование
лазеров для борьбы
с различными
ракетами
fai.org.ru
Лазерная резка
золота и серебра
www.newlaser.ru

39. Применение лазера в медицине

Косметология
Хирургия глаза
www.medp
aleksandri.livejournal.com
www.stomlaser.ru
Стоматология

40. Открытие фотоэффекта (1857) Ссылка на интернет-ресурс

Генрих
Герц
(1857-1894)
немецкий
физик.
Электрометр
действием
излучения,
отрицательно
пластинку.
разряжался
Цинковая
пластинка
Излучатель
под
ультрафиолетового
направленного
заряженную
на
цинковую
Полученные результаты
явились открытием фотоэффекта [18].
.
.
Электрометр

41. Опыт Столетова

Излучение
A
А.Г.Столетов
V
(1839- 1896) российский физик.
В 1889 году Столетов исследовал явление вырывания электронов из
твердых и жидких тел под действием света - фотоэффект.

42. Законы фотоэффекта (ссылки на интернет-ресурсы)

1)
Максимальная начальная скорость фотоэлектронов
определяется частотой света и не зависит от его интенсивности.
2) Сила фототока (число фотоэлектронов, вырываемых из катода за 1
секунду) прямо пропорциональна интенсивности света.
3)
Для
каждого
вещества
существует
фотоэффекта,т.е. наименьшая частота света
еще возможен внешний фотоэффект.
4) Фотоэффект практически безинерционен.
красная граница
νmin, при которой

43. Выводы Эйнштейна

Электромагнитная волна состоит из отдельных порций-
квантов.
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта :
hν - энергия квантаν = Aвых+mv²/2
Из формулы следует, что максимальная кинетическая энергия
фотоэлектрона, а следовательно и его начальная скорость
зависят от частоты света и работы выхода электрона из
вещества,но не зависят от интенсивности света.

44. Эффект Комптона

[17]
www.krugosvet.ru
Комптон Артур
(1892- 1962), американский физик
Изменение длины волны электромагнитного
излучения
вследствие
рассеивания
его
электронами.
λ' - λ = (h/mhν - энергия кванта/mоc)(h/m1 - cos Θ).
Спектр первичных и рассеянных лучей

45. Выводы Комптона

При рассеянии фотона на покоящемся
электроне частоты фотона
ν
и
ν'
(до и
после рассеяния соответственно) связаны
соотношением:
что
доказывает
квантование
электромагнитной волны, т.е. подтверждает
существование фотонов.
Согласно классической электродинамике
электромагнитная
изменяет.
волна
частоту
не
Схема столкновения
фотона с электроном.

46. Опыт Боте (1925)

Боте
Вальтер
(1891- 1957) –
немецкий физик
Фольга Ф облучалась рентгеновским излучением. При этом
сама источником вторичного излучения.
становилась
Согласно волновой теории,
энергия излучения должна распределяться в пространстве равномерно.
Однако, счетчики Сл и Сп срабатывали неодновременно.
Опыт
доказал
существование
квантовом характере излучения.
фотонов,
что
свидетельствует
о

47. Гипотеза де Бройля

Согласно идее корпускулярно-волнового дуализма,
корпускулярные,
и
волновые черты присущи всем видам материи [15]
без исключения.
Луи де Бройль предположил, что энергия
E = hν - энергия квантаν и импульс p = hν - энергия кванта/ λ
характерны для любых частиц.
Луи де Бройль
( 1892-1987) –
французский физик.
Формула де Бройля:
λ=hν - энергия кванта/р.
Любой частице, обладающей импульсом р , сопоставляют волновой
процесс с длиной волны λ.

48. Вывод

Идея
корпускулярно
-
волнового
дуализма
заключается
не
в
механическом соединении двух взаимоисключающих моделей, а в
признании такой сложности свойств света и микрообъектов, для полного
описания которых не пригодны только одни корпускулярные или
только одни волновые представления.
Что вы видите на этом рисунке?
Этот пример наглядно, образно демонстрирует
возможность
дуализма свойств
у одного объекта [21].

49. Дизайн-петля – алгоритм проектной деятельности

Шаг 8 .Оценка
(рефлексия)
Шаг 1.
Определение
потребности
Шаг 3 .
Требования к
объекту
Шаг 7.
Изготовление
Шаг 6.
Планирование
Шаг 2.
Исследование
объектов
Шаг 5. Анализ
идей. Выбор
одной
Шаг 4.
Выработка
первоначальных
идей

50. «Объекты микромира как кентавры, сочетают несочетаемое, имея свойства и частицы, и волны»

"Наука и жизнь", 1997, N9
Ссылки на интернет-ресурсы
Дифракция электронов на щели (модель-практикум);
дифракция электронов на решетке (модель-практикум);
истинный кентавр микромира;
пятно Пуассона и Шерлок Холмс.

51. Проверь себя!

Ссылки на интернет-ресурсы
Корпускулярные и волновые свойства света (задачи);
"Квантово-волновые" ребусы;
Эффект Комптона в рентгеновской трубке (интерактивное задание)

52. Список использованных источников

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
Блудов М.И. Беседы по физике.Часть II– М.: «Просвещение»,1984.
Варламов А.А. Поляризация света. – М.: «Бюро Квантум». Квант – 1, 1987.
Касьянов В.А. Физика 10 класс.– М.: Дрофа, 2007.
Леонович А. А так ли хорошо знакомы вам зрительные иллюзии? – М.: «Бюро Квантум». Квант – 5. – 2006.
Митрофанов А. Поляризация света. Простейшие опыты – М.: «Бюро Квантум». Квант – 4. – 1999.
Википедия — свободная энциклопедия [www документ] — http:/n /n ru.wikipedia.org
http:/n /n jointantra.com/n publ/n drugie_materialy/n kak_vesti_sebja_v_period_lunnogo_zatmenija/n 5-1-0-38
golovolomka.hobby.ru
http:/n /n darksage.narod.ru/n gen3-kop perfild.htm
http:/n /n yakub-b.narod.ru/n grafika/n Vermeer/n Vermeer.htm
http:/n /n allphysics.ru/n kurs-fiziki/n fotonnyi-gaz-i-ego-svoistva
http:/n /n prophotos.ru/n history/n 3096-kamera-obskura-ot-antichnosti-k-vozrozhdeniyu
http:/n /n www.nsad.ru/n index.php?issue=47&section=&article=1000&print=1
http:/n /n www.fmclass.ru/n phys.php?id=485fb1065d9a9
Единая коллекция ЦОР.— http:/n /n school-collection.edu.ru/n catalog/n ext
physik.ucoz.ru
Сайт «Библиотека звуковых эффектов». — http:/n /n www.tatarovo.ru/n sound.html
Л.К. Мартинсон, Е.В. Смирнов. Квантовая физика. [www документ] — URL: http:/n /n fn.bmstu.ru/n phys/n bib/n physbook/n tom5/n
ch1/n texthtml/n ch1_5.htm
8014_didakt_igri_fiz\didakt igri fizika\
Портал Клякс@.net. Раздел «Копилка». [www документ] —http:/n /n www.klyaksa.net/n htm/n konkurs1/n krosswords/n index.htm
Сайт «Физика в анимациях» — http:/n /n physics.nad.ru/n physics.htm
Сайт подготовки к ЕГЭ. Рубрикатор «Анимации». — http:/n /n college.ru/n fizika/n
Российский общеобразовательный портал. —http:/n /n experiment.edu.ru/n catalog.asp?cat_ob_no=12331