Слайд 1Корпускулярно-хвильовий дуалізм
Чувтаєва Л.О.
Слайд 2
Геометрична оптика – граничний випадок хвильової оптики.
Геометрична оптика не вивчає
природу світла,а описує закони поширення світла, виходячи з узагальнених емпіричних
даних.
Слайд 3
Вивчаючи теорію зорових променів,
Евкілд відкрив закони відбивання світла
1)
промінь падаючий і промінь відбитий лежать одній площині з перпендикуляром
до межі двох середовищ, поставленим у точку падіння променя;
2) кут падіння світлового променя дорівнює куту його відбивання;
3) падаючий і відбитий промені оборотні.
Слайд 4Існують переконливі експерименти, в яких світло виявляє хвильові властивості, так
само як існують досліди, в яких світло поводиться як потік
квантів (фотонів).
Слайд 5 «Практика про світло Гюйгенса»
У “Практиці про світло”
Гюйгенс висловив думку про те, що світло – це хвильовий
рух в ефірі.
Слайд 6Основні положення хвильової теорії світла Гюйгенса.
Світло - це поширення пружних
аперіодичних імпульсів в ефірі. Ці імпульси поздовжні й подібні на
імпульси звуку в повітрі.
Ефір - гіпотетичне середовище, що заповнює небесний простір і проміжки між частинками тіл. Воно невагоме, не підкоряється закону всесвітнього тяжіння, має велику пружність.
Принцип поширення коливань ефіру такий, що кожна його точка, до якої доходить збурення, є центром вторинних хвиль. Ці хвилі слабкі, і ефект спостерігається тільки там, де проходить їхня поверхня, що огинає, - фронт хвилі (принцип Гюйгенса).
Чим далі хвильовий фронт від джерела, тим більше плоским він стає.
Світлові хвилі, що приходять безпосередньо від джерела, викликають зорові відчуття.
Слайд 7
Дуже важливим пунктом теорії Гюйгенса з'явилося припущення максимально можливої швидкості
поширення світла. Використовуючи свій принцип, ученому вдалося пояснити багато явищ
геометричної оптики:
- явище відбивання світла і його закони;
- явище заломлення світла і його закони;
- явище повного внутрішнього відбивання;
- явище подвійного променезаломлення;
- принцип незалежності світлових променів.
Теорія Гюйгенса давала такий вираз для показника заломлення середовища:
З формули видно, що швидкість світла повинна залежати обернено пропорційно від абсолютного показника середовища. Цей висновок був протилежний висновку, що випливає з теорії Ньютона. Невисокий рівень експериментальної техніки XVII століття виключав можливість установити, яка з теорій правильна.
Слайд 8
А
А1
В
В1
С
С1
D
N
M
D1
υ1
υ2
α
β
α
β
Причиною заломлення є різна швидкість поширення світла в різних середовищах.
Слайд 10Природа світла
Світло - це електромагнітні хвилі високої частоти, що випромінюються
атомами речовини, а також частинками, які мають електричний заряд і
рухаються з величезним прискоренням.
Слайд 11Дисперсія світла
Дослід Ньютона по розкладанню сонячного світла у спектр, а
також фотографія реального досліду з призмою.
Явище розкладання у спектр цілком
визначається дисперсією показника заломлення призми в залежності від довжини хвилі. При нормальній дисперсії показник заломлення більший для коротких хвиль (violet) і менший для довгих (red). Тому і кут заломлення також різний: менший для червоних і більший для фіолетових променів.
Слайд 12Дисперсiя свiтла
Залежність показника заломлення світла
(а отже, і швидкості) від
його кольору.
(від лат, dispergo – розкидаю; spectrum – марево)
Слайд 14Інтерференція світла
Інтерференція - додавання двох світлових хвиль у просторі, внаслідок
чого спостерігається стійка в часі картина підсилення або послаблення результуючих
світлових коливань у різних точках простору.
Слайд 16Спостереження інтерференції
У природних умовах інтерференцію світла можна спостерегати на тонких
мильних бульбашках, плівках бензіну,розлитому на мокрому асфальті
Світло частково відбивається и
частково заломлюється
Обидві хвилі когерентні, оскільки створені одним джерелом
Спостерігається стійка інтерференційна картина – райдужно забарвлена
Слайд 17Інтерференція світла
Лабораторна робота з відтворення інтерференційних кілець Ньютона , які
утворюються при освітлення паралельними променями лінзи, яка лежить на склі.
Інтерферують поміж собою промені відбиті від різних поверхонь.
В центрі картини спостерігається темна зона.
Слайд 18Умови когерентності
Хвилі повинні мати однакову частоту;
Різниця початкових фаз цих хвиль
має бути постійною
Δφ = const
Слайд 19Умови max и min
Посилення (max)
Послаблення (min)
Слайд 20 Умови max и min
k = 0; 1; 2; 3;
4; … (целое) - max
k =
0,5; 1,5; 2,5; … (полуцелое) - min
Слайд 21 Умови max и min (задача)
Два когерентних джерела світла випускають
монохроматичне світло з довжиною хвилі 0,5 мкм. Визначте, посилення чи
послаблення світла відбувається в точках А і В.
Слайд 22Задача
Два когерентних джерела світла випускають монохроматичне світло з довжиною хвилі
600 нм. Визначити, на який відстані від точки О буде
перший максимум освітленості, якщо відстань між джерелами світла 1 мм, ОС = 4м.
Слайд 23Явище інтерференції можна спостерігати в природних умовах. Райдужне забарвлення тонких
плівок бензину на поверхні води, пояснюється інтерференцією хвиль (променів), відбитих
від передньої та задньої стінок тонких плівок, як це показано на схемі.
Інтерференція на мильних бульбашках та плівках змінної товщини показана на інших фотографіях
Слайд 24Кільця Ньютона - це інтерференція білого світла в тонкому шарі
повітря між скляними пластинками – плоскою та опуклою сферичною. Спостерігаємо
інтерференційні смуги, забарвлені всіма кольорами веселки, у вигляді концентричних кілець (кільця Ньютона).
Слайд 26Реальна інтерференційна картина: так звані кільця Ньютона на поверхні краплі
води, яка лежить на склі.
Слайд 27Кільця Ньютона - це інтерференція білого світла в тонкому шарі
повітря між скляними пластинками – плоскою та опуклою сферичною. Спостерігаємо
інтерференційні смуги, забарвлені всіма кольорами веселки, у вигляді концентричних кілець (кільця Ньютона).
Слайд 28Дослід Юнга ( 1773 – 1820 )
йому належить і термін
«інтерференція»
Світло від джерела світла проходить через першу щілину
Потім ще крізь
дві щілини,
( когерентні джеререла)
Юнг побачив цілу серію яскравих і темних ліній (інтерференційну картину).
Пояснити це можна тільки на основі хвильової природи світла ( якщо світло є потоком частинок, то на екрані повинні спостерегатися дві яскраві лінії
Слайд 29Ці хвильові властивості світла у наш час широко використовуються для
:
Просвітлення оптики (фотоапарати, телескопи, проекційна апаратура);
Контролю якості обробки металевих та
інших поверхонь;
Вимірювання швидкості світла (інтерферометри)
Слайд 30Практичне застосування інтерференції
Просвітлення оптики
Лінзу покривають тонким шаром певного матеріалу(плівка)
nпл< nстекла
Погасити
відбиті хвилі всіх частот падаючого на об'єктив білого світла неможливо.
Тому товщину плівки добирають так, щоб за нормального падіння цілком гасилися хвилі середньої частоти спектра. Товщина має дорівнювати чверті довжини хвилі у плівці.
Слайд 31.
Це відкриття зробив український вчений Олександр Смакула (1900-1983) 1935
року, будучи директором дослідної лабораторії в німецькій оптичній фірмі "Цайсс"
(місто Єна).
У сучасних фотооб'єктивах відбивних поверхонь понад 10, а в перископах підводних човнів - до 40.
Якщо світло падає перпендикулярно до поверхні, то від кожної поверхні відбивається 5-9 % усієї енергії.
Тому через прилад часто проходить тільки 10 - 20 % світла, що надходить до нього.
Це спричиняє погіршення якості зображення. Неприємні наслідки відбиття світла від поверхонь оптичних стекол можна усунути, якщо зменшити ту частину енергії, яка відбивається.
Тоді зображення, що його забезпечує прилад, буде яскравішим, "просвітленим". Від цього і походить термін "просвітлення" оптики.
Слайд 32Відбиття світла крайніх ділянок спектра - червоного і фіолетового -
послаблюється мало. Тому об'єктив (наприклад, фотоапаратів) у відбитому світлі має
бузковий відтінок.
Гасіння світла світлом не означає перетворення світлової енергії в інші види, так само, як під час інтерференції механічних хвиль. Гасіння хвиль одна одною в довільній ділянці простору означає, що світлова енергія сюди просто не доходить.
Отже, гасіння відбитих хвиль означає, що все світло проходить через об'єктив.
Слайд 34Компакт-диск – це не тільки сотні мегабайт інформації, або музики.
Це ще і дифракційна гратка: у ролі її штрихів (перешкод,
на яких відбувається дифракція) виступають кільцеві доріжки, на яких записані дані. Оскільки доріжок багато, падаючий промінь світла дробиться на окремі джерела, які інтерферують.
Слайд 35Дифракція света
від лат. Diaraktus - РОЗЛАМАНИЙ
Дифракція світла – це явище
відхилення прямолінійного поширення світла в однорідному середовищі при його проходженні
повз перешкоди чи крізь отвори, проникнення світла в область геометричної тіні.
Слайд 36Відкриття дифракції
Дослід Пуассона
Світло проходит через перешкоду
На межі перешкод виникають когерентні
вторинні хвилі
Бачимо дифракційну картину – систему світлых коілец,які змінюються на
радужні (наслідок интерференії)
Слайд 37Спостереження дифракции
ДИФРАКЦІЙНІ КАРТИНИ ВІД РІЗНИХ ПЕРЕШКОД
- невеликого непрозорого
екрана-світлі і темні
концентричні кільца, в центрі тіні – світла кругла пляма (
пляма Пуассона)
- зменшуючи діаметр отвору – отримаємо в центрі темну пляму
Слайд 38Застосування дифракції
Межі застосування законів геометричної оптики
не дозволяє отримати чіткі зображення
дрібних тіл ( світло огинає )
не можно спостерігати за як
завгодно віддаленими об’єктами (роздільня здатність)
умови обмеження
Слайд 39Умови обмеження ГО (задача)
Як визначити відстань, на який можна
побачити монету в телескоп? Діаметр монети 1 см? Довжина світлової
хвилі 500 нм.
Розв΄зання:
Слайд 40Дифракційна гратка
Дифракційна решітка – це скляна тонка пластинка, на яку
нанесені паралельні штрихи з проміжками між ними. Ширина щілини і
штриха позначається d і називається сталою решітки або періодом решітки.
d – період решітки
Особливо чітку дифракційну картину утворюють дифракційні гратки. Дифракційні гратки - це сукупність дуже вузьких щілин, розділених непрозорими проміжками
Слайд 41Дифракційні спектры
Спрямуємо на грати паралельний пучок променів. Кожна точка щілини
буде відхиляти промені у всіх напрямах, зокрема, і під кутом
ϕ від початкового напряму. Якщо ці промені зібрати на екрані, наприклад, за допомогою збиральної лінзи, то можна отримати підсилення чи послаблення світла - дифракційний максимум чи мінімум освітленості.
Слайд 42Внаслідок дифракції на дифракційних гратках білого світла всі головні максимуми,
крім центрального нульового максимуму, будуть забарвленими. Зі збільшенням довжини хвилі
головні максимуми всередині розміщуються під великим кутами від центрального. Райдужна полоска, що містить сім кольорів - від фіолетового до червоного (підрахунок ведеться від центрального максимуму), називають дифракційним спектром.
Якщо a - ширина прозорої частини,
b – непрозорої,
l - ширина грат;
N - кількість щілин.
Слайд 46Поляризація
Ця пара фотографій ілюструє застосування циркулярно поляризаційних фільтрів (фото
праворуч)
Слайд 4814 грудня на засіданні Фізичного товариства Макс Планк оголосив, що
явище випромінювання абсолютно чорного тіла можна пояснити, виходячи з того,
що світло – це потік частинок-квантів кожна з яких має енергію, пропорційну частоті випромінювання.
Слайд 49Зовнішній фотоефект
Кванти ультрафіолетового випромінювання виривають електрони з поверхні цинкової пластини,
внаслідок чого негативний заряд зменшується,що й показує електрометр.
Слайд 50Відкриття явища фотоефекту дало можливість сконструювати фотоелементи, які широко використовують
в кіно, на виробництві, в побуті
Слайд 51
Починаючи з 1932 року фільми почали озвучувати за допомогою фотоелементів
Слайд 52
А це, в свою чергу, ще один крок до отримання
екологічно чистої електричної енергії, який дасть змогу людям раціональніше використовувати
мінеральні ресурси і зробити атмосферу Землі чистішою
Слайд 53Такі батареї вже протягом багатьох років працюють на космічних супутниках
та
кораблях. Їх ККД складає приблизно 10% та, як показують
теоретичні розрахунки його можна збільшити до 22%, що відкриває великі перспективи їх використання у якості джерел для побутових та виробничих потреб.
Сонячні батареї
Слайд 55Перші фотографії були виготовлені в 1842 році.
Слайд 56Із року в рік їх якість ставала все кращою.
Але
теорії самого процесу не було до 1900 р. Тільки коли
була створена квантова теорія світла, все стало на свої місця.
Слайд 57
Велике значення має фотографія в техніці й особливо в астрономії
Слайд 58За цими фотографіями можна визначити хімічний склад планети, її температуру
наявність атмосфери та багато інших даних
Слайд 59Висновок:
Світло – це електромагнітне випромінювання , яке під час випромінювання
і поглинання поводиться як потік частинок, а під час поширення
у просторі – як електромагнітна хвиля.
Слайд 60Далі буде…
Свет – это самое темное место в физике.