Слайд 1Опыты Лебедева по измерению давления света
Слайд 2Петр Николаевич Лебедев
ЛЕБЕДЕВ Петр Николаевич (1866-1912), российский физик, создатель первой
русской научной школы физиков;
Профессор Московского университета (1900-11), ушел в отставку
в знак протеста против притеснений студенчества;
Впервые получил (1895) и исследовал миллиметровые электромагнитные волны;
Открыл и измерил давление света на твердые тела (1900) и газы (1908);
Количественно подтвердил электромагнитную теорию света. Имя Лебедева носит Физический институт РАН.
Слайд 3Опыт Лебедева
Одинаковые световые потоки направлялись на два легких металлических диска;
подвешенных на тонкой нити;
Один диск был зеркальным и отражал
падающий на него свет, второй был черным и поглощал падающий свет;
При одновременном освещении двух дисков происходил их поворот вокруг вертикальной оси;
По углу закручивания упругой нити подвеса можно было измерить момент сил, вызывающих этот
поворот. Закручивание нити подвеса происходило в таком направлении, которое соответствует большей силе давления света на зеркально отражающий диск.
Слайд 4Выводы из опытов Лебедева
1. Доказана справедливость следствий из электромагнитной теории
Максвелла, согласно которой электромагнитные волны обладают импульсом, а потому образуют
давление р=Е/с. Где: Е — плотность потока излучения (или интенсивность света), равная энергии излучения, падающей в 1 сек на 1 м2, полностью поглощающей поверхности. Единицей этой величины является 1 Дж/м2 *с. Отношение же — представляет собой объемную плотность энергии излучения (Дж/м3), численно равную давлению света (Н/м2).
2. Между массой М и энергией света Е существует связь Е = Мс2. Эта связь, впервые введенная в теорию относительности для любого физического объекта, является универсальной и представляет собой фундаментальный закон природы.
Слайд 5Сила светового давления
Обнаружить световое давление было очень трудно, так как
оно очень мало.
Сила светового давления в природных явлениях не всегда
пренебрежимо мала по сравнению с другими силами.
В недрах звезд потоки светового излучения настолько велики, что сила светового давления становится сравнимой с силой гравитационного взаимодействия и препятствует неограниченному сжатию звезд.
Слайд 6Схема опыта П.Н. Лебедева
На стеклянном стержне 1
прикреплялась легкая крестовина
2 из металлической фольги. На двух ее концах расположено но
небольшому и легкому кружочку 3 (из платины, алюминия, никеля или слюды). Один из них зеркальный, другой — зачернен. Стержень подвешен к сосуду на кварцевой нити 4, на которой в свою очередь закреплено легкое зеркало 5. Из сосуда воздух откачан.
При сильном освещении (от электрической дуги) одного из кружочков кварцевая нить закручивается. Угол поворота измерялся с помощью зеркального отсчета. По величине этого угла вычислялось давление света.
Опытами подтверждено, что давление света на зеркальную поверхность вдвое больше, чем на зачерненную.
Слайд 7
В одном из опытов П. Н. Лебедева было обнаружено световое
давление в 3,08 • 10 -10 Н.
Обнаружение и измерение
в лабораторных условиях столь малых сил светового давления представляло собой исследование высокого экспериментального искусства.
С. И. Вавилов писал: «Опыты П. Н. Лебедева доставили ему мировую славу и навеки вписали его имя в историю экспериментальной физики».
Слайд 8Лебедев писал…
«1) падающий пучок света производит давление как на поглощающие,
так и на отражающие поверхности; эти пондеромоторные силы не связаны
с уже известными вторичными конвекционными и радиометрическими силами, вызываемыми нагреванием;
2) силы давления света прямо пропорциональны энергии падающего света и не зависят от цвета;
3) наблюденные силы давления света, в пределах погрешностей наблюдений, количественно равны максвелл-бартолиевым силам давления лучистой энергии».
Слайд 9Объяснение давления света
Волновая картина. При падении световой волны по нормали
к поверхности тела (рис. 2) электрическая составляющая Е электромагнитной волны
действует на электрический заряд q с силой F=qE. Эта переменная по величине и направлению сила вызывает в поверхностном слое тела переменный электрический ток — направленное перемещение электронов в поверхностном слое металла (или ток поляризации в диэлектрике — смещение зарядов в атомах и молекулах).
Слайд 10Волновая картина
Перемещение электронов под действием силы F направлено в сторону,
противоположную направлению вектора Е.
Магнитная составляющая В электромагнитной волны действует
на движущийся со скоростью v электрический заряд q с силой Лоренца: Fm=Bqv. Ее направление определяется по правилу левой руки. Сила Лоренца направлена перпендикулярно векторам магнитной индукции В и скорости v электрических зарядов, т. е. по направлению вектора скорости с распространения электромагнитной волны — внутрь тела.
Магнитное поле выталкивает проводник с током и отклоняет поток электронов в вакуумной трубке. Действие на электрические заряды передается на атомы и молекулы. Так создается давление электромагнитной волны на тело. Свет производит механическое действие.
Слайд 11Квантовая картина.
Падая на тело, фотоны поглощаются или отражаются.
Фотоны обладают
массой и импульсом.
При поглощении света импульсы фотонов передаются телу.
Поэтому оно и испытывает давление со стороны света.
При отражении света направление скорости и импульса каждого фотона меняется на противоположное. При этом тело приобретает импульс, равный изменению суммарного импульса фотонов.
Происходит явление отдачи. Тело испытывает световое давление.
Давлением света на газы объясняется образование кометных хвостов.
Слайд 13Решите задачи…
1. Почему хвост кометы направлен в сторону противоположную Солнцу?
2. Определите силу давления солнечного излучения на 1м2 земной поверхности
при отвесном падении лучей, если солнечная постоянная 1,4 *10 3 Вт/м2. Отражением света пренебрегите.
3. С., № 2510
Д/З: § 90,92 ; № 2518,2514 (С),
