Природа света. Скорость света

Тема: Оптика

Урок: Природа света. Скорость света

 

1. Введение

Оптика – раздел физики, который изучает световые явления и законы, установленные для них, а также взаимодействие света с веществом, природу света.

Информация о мире приходит к человеку посредством зрения. При помощи света мы получаем большую часть информации об окружающем мире.

Первые сведения о свете появились 2,5 тысячи лет назад.

Пифагор был одним из первых ученых, кто дал научную гипотезу относительно природы света (см. Рис. 1). Он первый не только догадался, но и доказал, что свет распространяется прямолинейно. Он, а затем и другие геометры, вплоть до Евклида, использовали световые явления отражения и преломления для построения основ геометрии. Недаром один из разделов оптики так и называется – геометрическая оптика.

Рис. 1. Пифагор

Пифагор: «Свет – поток частиц, которые излучают предметы, проникая в глаз человека, они приносят информацию о том, что же нас окружает».

В XVII веке сторонником этой теории стал Исаак Ньютон (см. Рис. 2). Он объяснял много световых явлений, основываясь на том, что свет – это поток специальных частиц.

Рис. 2. Исаак Ньютон

Ньютон не был столь категоричен в суждении о корпускулярной природе света и давал свои утверждения весьма обтекаемо, оставляя место сомнениям.

«Корпускула» происходит от лат. corpusculum – частица. Поэтому теория Ньютона стала называться корпускулярной теорией света.

Факты:

1. Прямолинейное распространение света.

2. Закон отражения.

3. Закон образования тени от предмета.

В это же время появилась другая теория – волновая теория света.

Сторонником этой теории был Христиан Гюйгенс (см. Рис. 3). Он пытался объяснить те же явления, что и Ньютон, только с той позиции, что свет – это волна.

Рис. 3. Христиан Гюйгенс

Гюйгенс построил волновую теорию света по аналогии с волновыми процессами на воде и в воздухе и потому считал, что световые волны также должны распространяться в какой-то упругой среде, которую назвал световым эфиром. Эта идея прослужила основой волновой оптики вплоть до начала XX века.

В те времена уже было замечено, что свет распространяется не только прямолинейно.

1. Свет может огибать препятствия – дифракция (см. Рис. 4).

Рис. 4. Дифракция

2. Волны могут складываться – интерференция (см. Рис. 5).

Рис. 5. Интерференция

 

Эти явления свойственны только волнам, поэтому Гюйгенс считал, что свет – это волна.

Корпускулярная теория не могла объяснить, как один луч проходит через другой. Если рассматривать свет как поток частиц, то должно наблюдаться взаимодействие, а его не наблюдалось, и это говорило в пользу того, что свет – волна.

В середине XIX века была создана теория Максвелла. Он доказал, что электромагнитное поле распространяется со скоростью 300 тысяч км в сек.

Вследствие проведенных опытов было выяснено, что с такой скоростью распространяется и свет.

Свет – частный случай электромагнитной волны.

 XVII в. – датский ученый Ремер провел эксперимент, в котором выяснилось, что скорость распространения света равна примерно 300 тысяч км в сек.

1848 г. – Ипполит Физо доказал, что скорость света составляет 300 тысяч км в сек.

Это все подтверждало тот факт, что свет является электромагнитной волной.

В XIX веке Генрих Герц (см. Рис. 6) изучал свойства электромагнитных волн и показал, что свет может быть частицей. Герц открыл явление фотоэффекта.

Рис. 6. Генрих Герц

Генрих Герц изучал электромагнитные волны, изначально считая, что их не существует, и проявил настоящее мужество, первым признав их реальность как природного объекта.

Фотоэффект: под действием света из металлической пластины, заряженной отрицательно, выбиваются электроны.

Это может выполняться только в том случае, если свет – поток частиц.

В XX веке пришли к окончательному решению, введя понятие корпускулярно-волнового дуализма света.

Свет ведет себя при распространении как волна (волновые свойства), а при излучении и поглощении – как частица (со всеми свойствами частиц). То есть свет имеет двойную природу.

Поэтому все явления рассматриваются с позиций этих двух теорий.

 

Список рекомендованной литературы

1. Физика. 11 класс: Учебник для общеобразоват. учреждений и шк. с углубл. изучением физики: профильный уровень / А.Т. Глазунов, О.Ф. Кабардин, А.Н. Малинин и др. Под ред. А.А. Пинского, О.Ф. Кабардина. Рос. акад. наук, Рос. акад. образования. – М.: Просвещение, 2009.
2. Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений. – М.: Дрофа, 2005.
3. Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 2010.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Санкт-Петербургская Школа (Источник).
2. Realphys.com (Источник).
3. ОАО «Энергия» (Источник).

 

Рекомендованное Домашнее задание

Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10–11 кл. – М.: Дрофа, 2010. – № 1019, 1021

1. Какие факты, связанные с распространением света, использовались сторонниками корпускулярной теории природы света?
2. Фотоэффект подтверждал волновую или корпускулярную концепцию о природе света?
3. Как называется концепция двойственной природы света?
4. В каких случаях свет нужно рассматривать как поток частиц?