"Світлові явища". Оптика - розділ фізики, що вивчає світлові явища. Оптика – розділ фізики, що вивчає світлові явища Цікаво рятує життя морський хробак
Що таке світло? Філософи Стародавню Грецію відповіді не знали. Навіть Архімед не дав пояснення, хоч і знав про закон відображення та успішно його застосовував. До 16 століття багато філософів вважали, що зір є щось, що виходить з ока і ніби обмацує предмети.
Але були й інші теорії, згідно з якими світло є потік речовини, що виходить від видимого предмета. Серед цих гіпотез найближче до сучасних уявлень думка Демокрита. Він вважав, що світло – це потік частинок, які мають певні фізичними властивостями. Він писав: «Солодкість існує як умовність, гіркоту – як умовність, колір – як умовність, насправді є лише атоми і порожнеча».
Гюйгенс Христиан () Нідерландський фізик Ньютон Ісаак () Нарешті, виявилося, що відразу дві теорії пояснюють природу світла. Причому обидві теорії фізично обґрунтовані та підтверджуються експериментами.
1690: «Трактат про світло». Світло – електромагнітна хвиля, здатна огинати перешкоди рік: «Оптика». Світло – потік частинок.
Що зибе ясний уночі промінь? Що тонке полум'я в твердиню вражає? Як блискавка без грізних хмар Прагне від Землі до зеніту? Як може бути, щоб мерзла пара? Серед зими народжувала пожежа? М. Ломоносов Про що пише Ломоносов? У природі ще багато цікавих явищ, пов'язаних зі світлом.
Що таке світло? Яка природа світла? Чому біле світло розкладається на кольори? Скільки насправді квітів існує, сім чи мільйони? Подібні питання хвилювали цікавість людини практично всю її історію, від перших мислителів і до XX століття. Але щоб відповісти на ці та інші питання, потрібно зрозуміти природу світла, яка, як виявилося, дуже складна. У ході цього уроку ви познайомитеся з основними науковими концепціями щодо природи світла, дізнаєтеся аргументи прихильників тієї чи іншої наукової теорії.
Оптика
Природа світла. Швидкість світла
Оптика – розділ фізики, який вивчає світлові явища та закони, встановлені для них, а також взаємодію світла з речовиною, природу світла.
Інформація про світ приходить до людини у вигляді зору. За допомогою світла ми отримуємо більшу частину інформації про навколишній світ.
Перші відомості про світлі з'явилися 2,5 тисяч років тому.
Піфагор був одним із перших учених, хто дав наукову гіпотезу щодо природи світла (див. рис. 1). Він перший не тільки здогадався, а й довів, що світло поширюється прямолінійно. Він, а потім інші геометри, аж до Евкліда, використовували світлові явища відображення і заломлення для побудови основ геометрії. Недарма один із розділів оптики так і називається – геометрична оптика.
Мал. 1. Піфагор
Піфагор: «Світло - потік частинок, які випромінюють предмети, проникаючи в око людини, вони приносять інформацію про те, що нас оточує».
У XVII столітті прихильником цієї теорії став Ісаак Ньютон (див. мал. 2). Він пояснював багато світлових явищ, виходячи з того, що світло – це потік спеціальних частинок.
Мал. 2. Ісаак Ньютон
«Корпускула» походить від латів. corpusculum – частка. Тому теорія Ньютона стала називатися корпускулярною теорією світла.
1. Прямолінійне поширення світла.
2. Закон відображення.
3. Закон освіти тіні від предмета.
У цей час виникла інша теорія – хвильова теорія світла.
Прихильником цієї теорії був Християн Гюйгенс (див. рис. 3). Він намагався пояснити ті самі явища, як і Ньютон, тільки з тієї позиції, що світло – це хвиля.
Мал. 3. Християн Гюйгенс
Гюйгенс побудував хвильову теорію світла за аналогією з хвильовими процесами на воді та в повітрі і тому вважав, що світлові хвилі також повинні поширюватися в якомусь пружному середовищі, яке назвав світловим ефіром. Ця ідея прослужила основою хвильової оптики до початку XX століття.
У ті часи вже було помічено, що світло поширюється не лише прямолінійно.
1. Світло може огинати перешкоди – дифракція (див. рис. 4).
Мал. 4. Дифракція
2. Хвилі можуть складатися – інтерференція (див. рис. 5).
Мал. 5. Інтерференція
Ці явища властиві лише хвилях, тому Гюйгенс вважав, що світло – це хвиля.
Корпускулярна теорія не могла пояснити, як один промінь проходить через інший. Якщо розглядати світло як потік частинок, то має спостерігатися взаємодія, яке не спостерігалося, і це говорило на користь того, що світло - хвиля.
У середині XIX століття було створено теорію Максвелла. Він довів, що електромагнітне поле поширюється зі швидкістю 300 тисяч кілометрів на сік.
Внаслідок проведених дослідів було з'ясовано, що з такою швидкістю поширюється світло.
Світло – окремий випадок електромагнітної хвилі.
XVII ст. - Данський вчений Ремер провів експеримент, в якому з'ясувалося, що швидкість поширення світла дорівнює приблизно 300 тисяч км в сек.
1848 р. – Іполит Фізо довів, що швидкість світла становить 300 тисяч кілометрів на сік.
Це все підтверджувало той факт, що світло є електромагнітною хвилею.
У XIX столітті Генріх Герц вивчав властивості електромагнітних хвиль і показав, що світло може бути часткою. Герц відкрив явище фотоефекту.
Мал. 6. Генріх Герц
Генріх Герц вивчав електромагнітні хвилі, спочатку вважаючи, що їх немає, і виявив справжню мужність, першим визнавши їхню реальність як природного об'єкта.
Фотоефект: під дією світла із металевої пластини, зарядженої негативно, вибиваються електрони.
Це може виконуватися лише у тому випадку, якщо світло – потік частинок.
У XX столітті дійшли остаточного рішення, ввівши поняття корпускулярно-хвильового дуалізму світла.
Світло поводиться при поширенні як хвиля (хвильові властивості), а при випромінюванні та поглинанні – як частка (з усіма властивостями частинок). Тобто світло має подвійну природу.
Тому всі явища розглядаються з цих двох теорій.
- фізика. 11 клас: Підручник для загальноосвіт. установ та шк. з поглибл. вивченням фізики: профільний рівень/А.Т. Глазунов, О.Ф. Кабардін, А.М. Малінін та ін. За ред. А.А. Пінського, О.Ф. Кабардіна. Ріс. акад. наук, Ріс. акад. освіти. - М.: Просвітництво, 2009.
- Касьянов В.А. фізика. 11 кл.: Навч. для загальноосвіт. установ. - М.: Дрофа, 2005.
- Мякішев Г.Я. Фізика: Навч. для 11 кл. загальноосвіт. установ. - М.: Просвітництво, 2010.
- Санкт-Петербурзька Школа ().
- Realphys.com ().
- ВАТ "Енергія" ().
Римкевич А.П. фізика. Задачник. 10-11 кл. - М.: Дрофа, 2010. - № 1019, 1021
- Які факти, пов'язані з поширенням світла, використовували прихильники корпускулярної теорії природи світла?
- Фотоефект підтверджував хвилеву чи корпускулярну концепцію про природу світла?
- Як називається концепція двоїстої природи світла?
- У яких випадках слід розглядати світло як потік частинок?
Згадаймо, які три види теплопередачі ми з вами вивчали цього року.
конвекція;
теплопровідність,
випромінювання.
Світло – це випромінювання, але лише частина, яка сприймається оком.
Джерела світла
- Ти за нею – вона від тебе, ти від неї – вона за тобою?
Тінь – область простору, в яку не потрапляє світло від джерела.
Напівтінь
Напівтінь- Область простору, в яку світло від джерела потрапляє частково.
Затемнення пояснюється законом прямолінійного поширення світла
Місячне затемнення
Цікаво рятує життя морський хробак.
Коли краб перекушує його, задня частина хробака яскраво спалахує. Краб прямує до неї, постраждалий черв'як ховається, і через деякий час на місці відсутньої частини зростає нова.
У Бразилії та Уругваї водяться червонувато-коричневі світлячки з рядами яскраво-зелених вогників уздовж тулуба та яскраво-червоною "лампочкою" на голові.
Відомі випадки, коли ці природні світильники- жителі джунглів – рятували життя людей: під час іспано-американської війни лікарі оперували поранених при світлі світлячків, насипаних у пляшку.
У XVIII столітті на узбережжі куби висадилися англійці, а вночі побачили у лісі міради вогнів. Вони подумали, що остров'ян занадто багато і відступили, а насправді це були світлячки.
Напрямок на північ у північній півкулі визначають, вставши опівдні спиною до Сонця. Тінь, відкинута людиною, наче стрілка, вкаже на північ. У південній півкулі тінь покаже на південь.
Гамбурзький алхімік Бранд все життя шукав секрет отримання "філософського каменю", який перетворював би все на золото. Якось він налив у посудину сечу і почав її підігрівати. Коли рідина випарувалась, на дні залишився чорний осад. Бранд вирішив розжарити його на вогні. На стінках судини почала накопичуватися біла речовина, схожа на віск. Воно світилося! Алхімік думав, що здійснив свою мрію. Насправді він отримав раніше невідомий хімічний елемент - фосфор. (Несе світло).
