марченко доклад. Реферат по физике по теме Природа света студент группы О33111 Марченко. Д. И
 Скачать 71.83 Kb.
|
Санкт-Петербургский государственный аграрный университетКафедра Прикладной механики, физики и инженерной графики РЕФЕРАТ ПО ФИЗИКЕ по теме: «Природа света» Выполнил: студент группы О33111 Марченко.Д.ИПроверил: Криштанов Е. А. 2022 Содержание 1.История исследования света…………………………………………………….стр-3 2. Свойства света 2.1 Дисперсия света……………………………………стр-4 2.2 Дифракция света………............................................стр-5 2.3 Поляризация света………………………………….стр-6 2.4 Интерференция света……………………………….стр-8 3. Корпускулярно-волновой дуализм……………….....стр-10 4. Свет - электромагнитные волны видимого спектра……………………………………......стр-12 6.Список Литературы……………………………………………..стр-14 История исследования света Свет – это лучистая энергия, воспринимаемая глазом, делающая окружающий мир видимым. Оптика – это раздел в Физике, который изучает световые явления. Древние греки считали, сто свет – это, что-то вроде щупалец, которые дают нам информацию об окружающем мире. В древней Греции был философ Эмпедокл, который утверждал, что человеческий глаз создала Афродита из четырех элементов: воздуха, огня, земли и воды. Она зажгла в глазах людей огонь, благодаря которому человек может видеть. Птолемей описал преломления света, однако придерживался того взгляда, что человек видит благодаря лучам, исходящим из глаза. Так же он написал книгу под названием «Оптика». Арабский ученный Альхазен в своей книге про оптику 1021г. писал про теорию оптических явлений, заявляя, что освещенная поверхность дает свет во всех направлениях, но в глаз попадает только один из таких лучей. Он изобрел камеру-обскуру. По мнению ученного, свет - это множество маленьких частиц, которые распространяются с конечной скоростью. Альхазен описывал и объяснял оптические явления, например, что такое тени, затмения, радуга, проводил эксперименты по разделению света на различные цвета. С 17в. шли споры о природе света между сторонниками волновой и корпускулярной теорий. Рене Декарта, можно считать основателем волновой теории. Он рассматривал свет как возмущения в мировой субстанции - пленуме. Корпускулярную теорию определил Пьер Гассенди и поддержал Исаак Ньютон. Над Волновой теорией света работали Роберт Гук и Христиан Гюйгенс. Христиан Гюйгенс считал, что световые волны распространяются в специальной среде - эфире. В 1675 г. Ньютон выдвинул корпускулярную теорию природы света, согласно которой свет состоит из малых частиц различного вида, формы, размеров, которые излучаются любыми телами и называются корпускулами. Но эта теория не могла объяснить все оптические явления, поэтому в 1690 г. Голландский физик Гюйгенс предложил волновую теорию природы света, согласно которой свет - это механические поперечные волны, которые должны распространяться в упругой среде названной световым эфиром. Но ни одна, ни другая теория не соответствовала действительности. В процессе развития квантовой механики подтвердилась идея Луи де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме, согласно которой свет в одно и тоже время имеет волновые свойства, чем объясняется его способность к дифракции и интерференции, и корпускулярные свойства, его поглощения и излучения квантами. Дисперсия света Дисперсия - это зависимость скорости света в веществе от частоты прохождения света или длины волны. Впервые это явление наблюдал и объяснил английский физик Исаак Ньютон. Если тонкий пучок солнечного света направить на стеклянную призму, после преломления в ней можно наблюдать разложения белого света в цветной спектр: семь основных цветов - красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый - плавно переходят один в один. Меньше отклоняются от первоначального направления падения красные лучи, больше всего - фиолетовые. Поскольку белый свет представляет собой совокупность различных цветов, можно объяснить возникновение окраски предметов. Например, зеленый цвет листьев растения обусловлен тем, что листья поглощает лучи всех цветов, а зеленые отражают. Поэтому мы видим зеленый цвет листьев. Разнообразный мир цветов вызывает у каждого человека индивидуальные ощущения. Прибор для наблюдения спектров и разложения света в спектр называется спектроскопом. Среда реагирует на изменение внешнего электрического поля изменением приведенной в нем поляризации. Поляризация возникает благодаря смещению связанных зарядов, например, смещение электронов относительно ядер атомов. Процессы смещения не происходят мгновенно, а требуют определенного времени. Кроме того, смещение могут быть разными по величине, и становиться особенно значительными тогда, когда частота смены внешнего поля попадает в резонанс с колебаниями, характерными для системы. Когда электрическое поле световой волны, которая распространяется в среде, меняется медленно, среда успевает полностью отреагировать на изменение поля. Если же электрическое поле меняется очень быстро, электроны не успевают отслеживать его изменения. Этим объясняются разные значения показателя преломления при различных частотах электромагнитных волн. Благодаря дисперсии белый свет можно разложить в спектр с помощью призмы. Дифракция В геометрической оптике широко пользуется понятие светового луча, то есть узкого пучка света, который прямолинейно распространяется. Прямолинейное распространение света в сходной среде такое привычное, что кажется очевидным. Образование тени за непрозрачным препятствием, которое стоит на пути света и излучается точечным источником является подтверждением этого закона. С позиций волновой теории, прямолинейность распространения света не так очевидна. Ведь по правилу Гюйгенса рассматривать как источник вторичных волн можно каждую точку поля волны, которые распространяются вперед по всем направлениям, в том числе и в область геометрической тени препятствия. Кроме того, опыты показали, что закон прямолинейного распространения света не является универсальным. Он особенно заметно нарушается при прохождении света сквозь довольно узкие щели и отверстия, а также при освещении небольших непрозрачных препятствий. В этих случаях на экране, размещенном за отверстием или препятствием, вместо четко разграниченных областей света и тени наблюдается система интерференционных максимумов и минимумов освещенности. Например, если на небольшой непрозрачный диск падает свет от точечного источника S, размещенного против центра О диска, то на установленном за диском экране наблюдается система концентрических темных и светлых колец. Парадоксально то, что в центре колец, который лежит в точке пересечения прямой SO с экраном, будет светлое пятно. С увеличением радиуса диска интенсивность этого пятна и других светлых колец постепенно уменьшается, и за диском образуется область геометрической тени. Однако даже для препятствий и отверстий больших размеров нет резкого перехода от тени к свету. Всегда есть некоторая переходная область, в которой можно обнаружить слабые интерференционные максимумы и минимумы. Все эти явления, возникающие при распространении света в среде с резко выявленными неоднородностями, является дифракцией света. Явления интерференции и дифракции света не содержат существенных различий. В каждом из этих явлений происходит перераспределение интенсивности. Различают два вида дифракций, дифракция Френеля и дифракция Фраунгофера. С помощью принципа Гюйгенса-Френеля легко объяснить с точки зрения волновых свойств света закон прямолинейного распространения света в однородной среде. Рассмотрев взаимную интерференцию вторичных волн, Френель применил прием, который получил название метода зон Френеля. Поляризация Сроком поляризация электромагнитной волны или поляризация света описывается пространственная ориентация электрической составляющей электромагнитной волны - вектора напряженности электрического поля. В пустоте электромагнитная волна всегда будет поперечной, то есть вектор напряженности электрического поля перпендикулярен направлению распространения волны. Но при этом есть еще две независимые, разные возможности ориентации напряженности. Более того, этот вектор может менять свою ориентацию с течением времени. Поляризация света широко применяется в научных исследованиях и в технике. Часто нам нужно плавно отрегулировать освещение разных объектов. Если поставить перед источником света поляризатор и анализатор это поможет нам плавно менять освещение объекта от максимально светлого и до полной темноты если мы будем медленно поворачивать анализатор. Для приглушения зеркально отраженных бликов можно использовать поляризационные фильтры. Например, при фотографировании картин, воды или изделий из стекла и фарфора. Для того чтобы совсем погасить блики нужно поместить поляроид между источником света и отражательный поверхностью. Чтобы усилить насыщенность цветов на фотографии можно тоже использовать поляризационный фильтр. С помощью этого фильтра можно усилить контраст на фото сделанное при ярком солнце.  Поляризация света при отражении и преломлении Если естественный свет падает на отражающую поверхность диэлектрика (стекла, слюды) под, углом, α который удовлетворяет условию Брюстера  отраженная волна оказывается плоскополяризованный, причем вектор E в отраженном свете колеблется в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. Угол α, который удовлетворяет условию Брюстера, называется углом полной поляризации, или углом Брюстера. Можно доказать, что при выполнении условия Брюстера отражены и загнутые лучи оказываются перпендикулярными друг к другу. Действительно, согласно закону преломления света  согласно условию Брюстера значит ф о  ткуда следует, что, тогда  Загнутый луч в этом случае оказывается максимально частично поляризованным в плоскости падения. Недостатком поляризации при отражении является малая доля отраженного от диэлектрика излучения (3-5% при отражении от стеклянной пластинки). Именно поэтому на практике используют многократное отражение от стопы пластинок. Луч, проходящий через стопу, постепенно освобождаясь от колебаний, перпендикулярных к плоскости падения, становится практически плоскополяризованным в плоскости падения. Интерференция Интерференцией света называют суперпозицию световых волн, идущих от двух или более когерентных источников, приводит к перераспределению интенсивности света в пространстве. Когерентными считают источники, которые: - излучают свет одинаковой частоты ω1 = ω2; - излучают свет одинаковой поляризации; в - интерферирующее волны имеют постоянную во времени разность фаз. Интерференция характеризуется интерференционной картиной - чередованием светлых и темных полос (максимумов и минимумов интенсивности). Ф ы с Условием стабильности интерференционной картины является суперпозиция когерентных волн. ф Когерентные волны на практике получают от источника, разделив свет, излучаемый им на два пучка, например, загнутый и отраженный. Оптической длиной пути называют путь света в вакууме, пройденный за то же время, что и в веществе. в Оптическая длина пути численно равна произведению геометрической длины пути света на абсолютный показатель преломления среды: в L = nl. Оптическая разность хода лучей Δ, равна разности их оптических длин пути: Δ = L1 - L2. Разность фаз Δφ интерферирующих лучей пропорциональна их оптической разности хода Δφ = 2π ∙ Δ / λ. Максимум интенсивности света в интерференционной картине наблюдается в тех местах, для которых оптическая разность хода интерферирующих лучей равна четному числу полуволн: Δ = ± kλ (k = 0,1,2, ...). Минимум интенсивности наблюдается при оптической разности хода, равной нечетному числу на полуволн: Δ = ± (2k + 1) λ / 2. Полосы равного наклона Интерференционные полосы равного наклона наблюдаются при отражении рассеянного света от двух поверхностей тонкой плоскопараллельной пластинки. Полосы равного наклона локализованы в бесконечности и для их наблюдения на экране необходима фокусирующая линза.  Корпускулярно-волновой дуализм Де Бройль высказал гипотезу, что справедливо обратное утверждение: любая элементарная частица имеет также волновые свойства. Он оценил длину волны частицы, исходя из энергетических соображений. Если электромагнитная волна с частотой ν имеет энергию h \ nu, где h - постоянная Планка, то подобным образом можно определить также частоту (а следовательно, и длину волны) других частиц, например, электронов. Квант (от лат. Quantus - сколько) - элементарная дискретная неделимая порция определенной физической величины. Общее название определенных порций лучистой энергии, момента количества движения и других величин, которыми характеризуют физические свойства микросистем. Термин употребляется в основном относительно величин, которые считаются в классической физике непрерывными, такими, которые могут иметь произвольно малые значения. в Свет - электромагнитные волны видимого спектра. Видимое излучение - электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом, которые занимают часть спектра длин волн от приблизительно 380 (фиолетовый) до 780 нм (красный). Такие волны занимают диапазон частот от 400 до 790 терагерц. Электромагнитное излучение с такими длинами волн также называют видимым светом или просто светом (в более узком смысле этого слова). Человеческий глаз имеет самую высокую чувствительность к свету в области 555 нм (540 ТГц), в зеленой части спектра. Спектр не содержит всех цветов, которыми отличается человеческий мозг. В спектре видимого излучения нет таких оттенков, как розовый или пурпурный, они образуются путем смешения других цветов. а Видимое излучение также попадает в «оптическое окно», область спектра электромагнитного излучения, которую атмосфера Земли практически не поглощает. Чистый воздух рассеивает синий свет немного сильнее, чем свет с более короткими длинами волн (на красной стороне спектра), поэтому полуденное небо выглядит синим. Многие виды способны видеть излучение, которое не видно человеческому глазу, то есть оно не входит в видимый диапазон. Например, пчелы и многие другие насекомые видят свет в ультрафиолетовом диапазоне, что помогает им находить нектар на цветах. Растения, опыляемые насекомыми, находятся в более выгодном положении с точки зрения размножения, если они светлые в ультрафиолетовом спектре. Птицы также могут видеть ультрафиолетовое излучение (300-400 нм), а некоторые виды даже имеют следы в душе, чтобы привлечь партнера, видимого только в ультрафиолетовом свете. С Ньютон был первым, кто использовал слово спектр (лат. Spektrum - зрение, внешний вид) в печатном виде в 1671 году, описывая свои оптические эксперименты. Он заметил, что, когда луч света попадает на поверхность стеклянной призмы под углом к поверхности, часть света отражается, а часть проходит через стекло, образуя разноцветные полосы. Ученые ф предположили, что свет состоит из потока частиц разного цвета, и что частицы разного цвета движутся с разной скоростью в прозрачной среде. По его предположению, красный свет двигался быстрее фиолетового, поэтому красный луч отражался не так сильно, как фиолетовый. Благодаря этому был создан видимый спектр цветов. ффффф Ньютон разделил свет на семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Он выбрал число семь из убеждения (которое исходит от греческих софистов), что существует связь между цветами, музыкальными нотами, объектами солнечной системы и днем недели. Человеческий глаз относительно слабо восприимчив к частотам индиго, поэтому некоторые люди не могут отличить его от синего или фиолетового. Поэтому после Ньютона часто предполагалось, что индиго не считали независимым цветом, а лишь оттенком фиолетового или синего (однако в западной традиции он все еще включен в спектр). В русской традиции индиго соответствует голубому. Когда белый луч затухает, в призме формируется спектр, в котором излучение с разными длинами волн отражается под другим углом. Цвета, включенные в спектр, то есть те цвета, которые могут быть получены световыми волнами одинаковой длины (или очень узкого диапазона), называются спектральными цветами. Основные спектральные цвета (которые имеют собственное название), а также характеристики излучения этих цветов представлены в таблице:
|