Конспект лекций по УД Физика (1 курс, СПО, технический профиль ). Конспект лекций для студентов 1 курса всех форм обучения Специальность 19. 02. 10 Технология продукции общественного питания
 Скачать 4.41 Mb.
|
|
24.5. Дисперсия света Если пропустить пучок белого света через стеклянную призму, то на экране возникнет полоска с непрерывно меняющейся окраской, которая называется призматическим, или дисперсионным, спектром (см. рис.). Разложение белого света в спектр при прохождении через призму – проявление дисперсии. Дисперсией называют зависимость скорости света в веществе от длины волны, или зависимость показателя преломления вещества от длины волны. П  очему же белый свет, проходя через призму, разлагается в спектр? С точки зрения волновой теории всякий колебательный процесс можно характеризовать частотой колебаний, амплитудой и фазой. Амплитуда колебаний (точнее, ее квадрат) определяет энергию колебаний. Фаза играет основную роль в явлениях интерференции. Цвет всех лучей связан с длиной волны. Дисперсия света характерна для всех сред, кроме вакуума. В вакууме скорость распространения электромагнитных волн любой длины одна и та же (3108 м/c), а в веществе зависит от длины волны. Поэтому отличаются и показатели преломления  для различных волн, входящих в состав белого света. Проходя через призму, составные части белого луча испытывают различное преломление и выходят расходящимся цветным пучком. Явление дисперсии света наблюдается не только при прохождении света через призму, но и во многих других случаях. Так, например, преломление солнечного света в водяных каплях, образующихся в атмосфере, сопровождается разложением его на цветные лучи; этим объясняется образование радуги. Дисперсию называют нормальной, если показатель преломления возрастает с уменьшением длины волны. При сравнении спектров, полученных с помощью призм с равными преломляющими углами, но изготовленных из различных веществ, установлено, что цветные лучи не только отклонены на разные углы, что обусловлено разными значениями n для одной и той же , но и их спектры растянуты на большую или меньшую длину из-за различия в значении дисперсии для разных веществ. Первые экспериментальные исследования дисперсии света принадлежат Ньютону, который показал, что белый свет является сложным и состоит из семи цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего, фиолетового. Собирая линзой в одно место вышедшие из призмы цветные лучи, Ньютон получил на экране, вместо окрашенной, белую полоску. Следовательно, при соединении цветных лучей спектра образуется белый цвет. Белый цвет можно получить при смешении двух (или более) цветов. Такие цвета называют дополнительными. Примером дополнительных цветов являются желтые и синие лучи. Смешивая в различной пропорции излучение трех основных цветов, какими являются красный, зеленый и фиолетовый, можно получить любую окраску лучей. В окраске тел наблюдается большое разнообразие. Цвет тела обусловлен его окраской, свойствами его поверхности, оптическими свойствами источника света и среды, через которую свет распространяется. Цвет прозрачного тела определяется составом того света, который проходит через него. Если пропустить белый свет через окрашенные стекла (например, красное, зеленое и др.), то эти стекла преимущественно пропустят те цвета, в которые они окрашены сами: красные – красный; зеленые – зеленый и т. д. На этом основано применение различных световых фильтров. Цвет непрозрачного тела определяется смесью цветов, которые оно отражает. Некоторые тела кажутся нам только желтыми, другие – синими и т.д. Это значит, что тело преимущественно отражает желтые (синие) лучи. Тело, отражающее в большом количестве все цветные лучи, будет казаться белым. Тело, поглощающее почти все падающие на него лучи, будет казаться черным. В природе не существует ни абсолютно белых, ни абсолютно черных тел. Способность тел поглощать определенные цветные лучи называют избирательным поглощением. От него и зависит окраска тел. Если падающий на окрашенную поверхность свет по своему составу отличается от дневного, то эффекты освещения могут быть совершенно другими. Даже переход от дневного света к искусственному значительно меняет соотношение цветов и оттенков предметов и особенно художественных произведений. Желтые и зеленые цвета кажутся при вечернем освещении более тусклыми, а синий цвет – почти черным. Вопросы для самоконтроля: 1. Что называют интерференцией света? 2. Какие волны называют когерентными? 3. Сформулируйте условие максимумов и минимумов интерференции. 4. Что такое оптический и геометрический путь света? 5. Как объяснить цвета тонких пленок? 6. Что называют дифракцией света? При каких условиях она наблюдается? 7. Объясните дифракцию на круглом отверстии. 8. Объясните дифракцию на одной щели. 9. Какой свет называют естественным? поляризованным? 10. Сформулируйте закон Брюстера. 11. Какие способы получения поляризованного света вам известны? 12. Что называют дисперсией света? 13. Что такое спектр? Лекция № 23. Квантовая оптика Цель: ознакомиться с квантовыми свойствами света; изучить законы фотоэффекта. Основные понятия: Квант – неделимая порция энергии. Фотон – элементарная частица, переносчик электромагнитного взаимодействия, квант света. Фотоэффект – вырывание электронов из атомов или молекул вещества под действием света (излучения). 23.1. Гипотеза Планка. Фотоны В 1900 г. немецкий физик М. Планк предположил следующее: энергия испускается телом не непрерывно, как это предполагалось в классической физике, а отдельными дискретными порциями – квантами, энергия Е которых пропорциональна частоте колебаний:  .Здесь  – постоянная Планка, или квант действия. Любое тело состоит из большого числа атомов. Каждый из атомов излучает электромагнитные волны. Согласно гипотезе Планка, энергия атома может изменяться лишь определенными порциями – квантами, кратными некоторой энергии, т. е. принимать значения E, 2E, 3E,…, nE. Зная постоянную Планка, можно найти кванты энергии для колебаний с различными частотами. Эта энергия очень мала. Даже для частоты 1010 Гц она равна  , так что с макроскопической точки зрения энергия колебаний представляется изменяющейся непрерывно. Однако в микромире, где приходится иметь дело с малыми величинами, эти энергии оказываются весьма заметными. Развитие гипотезы Планка привело к созданию представлений о квантовых свойствах света. Кванты света получили название фотоны. Согласно закону пропорциональности массы и энергии и гипотезе Планка, энергия фотона определяется по формулам  , .Приравняв правые части уравнений, получим выражение для массы фотона:  , или, учитывая, что  , .Импульс фотона – это произведение его массы на скорость:  . С учетом выражения для массы фотона получим  , или  .Масса покоя фотона равна нулю. Квант электромагнитного излучения распространяется со скоростью света, обладая при этом конечными значениями энергии и импульса. В монохроматическом свете с частотой все фотоны имеют одинаковую энергию, импульс и массу. |