Оптика развитие представлений о природе света




Скачать 368.88 Kb.
НазваниеОптика развитие представлений о природе света
страница1/4
Дата конвертации21.12.2012
Размер368.88 Kb.
ТипДокументы
  1   2   3   4
ОПТИКА
1. Развитие представлений о природе света.
Термин «оптика» происходит от греческого optos – видимый, зримый. Оптика – раздел физики, в котором изучаются природа света, законы его распространения и взаимодействия с веществом. В этой сложной для познания области пройден долгий и извилистый путь. Ньютон предложил корпускулярную теорию света, согласно которой частицы света (корпускулы) истекают из светящихся тел. Позже возникла волновая теория света (Гюйгенс, Юнг и др.), успехи которой были столь значительны, что корпускулярная теория света была отброшена и забыта более чем на сто лет. Была установлена электромагнитная природа световых волн, их родство с невидимыми электромагнитными волнами; например – с тепловым изучением.

Однако в начале 20 века стало ясно, что электромагнитные излучения вообще, и свет - в частности, все же обладают свойствами потока частиц. Эти «частицы» называются квантами (кванты излучений светового диапазона иногда называют фотонами). Так что Ньютон, хотя бы формально, оказался прав.

Одним из выдающихся достижений физики 20 века явилось осознание того факта, что свет по своей природе и свойствам – это одновременно и волны, и поток частиц, и что эти два начала не взаимно исключаемы, а взаимно дополняют друг друга.

Однако какими бы близкими к истине или далекими от нее ни являлись прежние представления о природе света, на протяжении многих веков известны и широко применяются четыре опытных закона, составляющие основу геометрической оптики. Базовое понятие геометрической оптики – световой луч.

Законы геометрической оптики изучаются в курсе физики средней школы, но очень важны для понимания как многих явлений окружающего мира, так и для понимания того, как работает наша зрительная система. Эти законы рассматриваются в четырех ниже следующих разделах.
2. Закон прямолинейного распространения света в однородной среде.
Здесь название закона полностью раскрывает его смысл. Подчеркнем лишь, что среда должна быть однородна, т.е. одинакова по своим свойствам во всей обсуждаемой области пространства. И тогда световой луч становится эталоном прямой линии как понятия геометрического: прямая – это кратчайшее расстояние между двумя точками.

Но если такая среда, как земная атмосфера, имеет неодинаковую температуру (а значит, и плотность) в различных слоях, то лучи перестают быть прямолинейными. Отклонившиеся в таких обстоятельствах лучи, попадая в наши глаза, способны порождать иллюзии: миражи, блуждающие огни, НЛО, и т.п. Эти иллюзии доступны для фотографирования – ведь принципы работы глаза и фотоаппарата весьма близки, по крайней мере в части получения изображений.

3. Закон независимости световых лучей.
Световые лучи при пересечении не меняют свойств друг друга и не меняют своих направлений.

В свое время такая «невозмутимость» световых лучей при их пересечении рассматривались как сильнейший аргумент против ньютоновской корпускулярной теории света, поскольку сами «световые корпускулы» привычно уподоблялись упругим шарикам. А независимость световых лучей как волновых процессов никого не удивляла. Аргумент схоластический; следовало бы изначально признать, что «корпускулы» не сталкиваются.

Если мы вынуждены признать существование квантов света, то есть частиц, то они, следовательно, совершенно не похожи на упругие шарики и при пересечении траекторий «не замечают» друг друга.

Закон независимости световых лучей проверяется экспериментально и поныне. Удалось убедиться, что даже мощнейшие световые потоки современных лазеров при пересечении в вакууме не вызывают взаимного рассеяния.

Что касается распространения сверхмощных световых потоков в веществе, в обстоятельствах, когда энергетические характеристики светового потока сопоставимы с энергетикой атомов, то тут, цитируя Шекспира, «… есть многое на свете, друг Горацио, что и не снилось нашим мудрецам!..», и составляет предмет современной области физики – нелинейной оптики.
4. Закон отражения света.

Отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке падения; угол отражения равен углу падения.

Если луч света падает на плоскую отражающую поверхность, то нормаль – это перпендикуляр к отражающей поверхности (рис. 1)






Рисунок 1
Если луч падает на изогнутую поверхность, то нормаль – это продолжение радиуса, проведенного из центра кривизны в точку падения (или – перпендикуляр к касательной плоскости); см. рис.2.





Рисунок 2
Мы видим большинство предметов окружающего мира благодаря световым лучам, отраженным от их поверхностей. Реже приходится иметь дело с предметами, которые сами являются источниками света.

Очень часто отражающие поверхности имеют мелкомасштабные неровности, не заметные для «невооруженного» глаза. Например, на листе бумаги с помощью лупы легко обнаруживаются повсеместные неровности. Поэтому свет, падающий на лист бумаги, отражается в самых разнообразных направлениях, и лист бумаги виден с разных направлений. В этом примере – отражение от поверхности с микронеровностями.

При изготовлении зеркал стеклянные поверхности полируются, и на них наносится тонкий слой металла. Именно металл выполняет функции отражателя, а полированное стекло, на которое он нанесен, гарантирует «правильное», а не диффузное отражение, и защищает металл от окисления.

Но если слой металла будет достаточно тонким, то он будет отражать не весь падающий свет, а лишь 50%, или 10%, или еще как-то, и мы получим полупрозрачное зеркало. Такие зеркала нашли применение в лазерах.
5. Закон преломления света.
Этот закон выполняется в тех случаях, когда свет проходит из одной прозрачной среды в другую, и состоит в следующем: преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке падения. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных веществ.


Рисунок 3
Величина n2 1 называется относительным показателем преломления второй среды по отношению к первой.

На рисунке 3 пунктиром показан так же луч, отраженный от границы раздела веществ. Так обычно и происходит: на границе раздела прозрачных сред свет частично отражается, частично преломляется.

Явление преломления света известно с незапамятных времен. Клавдий Птолемей в 140 году нашей эры составил таблицу углов отклонения света в воде для целого ряда углов падения из воздуха. Но лишь в 1641 году была установлена математическая связь между этими углами. Это удалось сделать голландскому математику Снеллу через отношение синусов соответствующих углов.

Закон преломления света имеет убедительное обоснование в волновой теории света. При переходе луча из одной среды в другую меняется скорость света, что приводит к повороту фронта световой волны и, соответственно, к резкому изменению направления световых лучей как перпендикуляров к фронту волны. При этом относительный показатель преломления оказывается равным отношению скорости света в этих средах, взятых по ходу луча:



Получается, что этот показатель зависит не только от свойств преломляющего вещества, но так же и от того, из какой среды пришел падающий луч.

Сравнение преломляющих свойств различных веществ существенно упрощается, если падающий луч будет приходить из какой-то общепринятой (стандартной) среды. В качестве такой стандартной среды сравнения был принят вакуум, в котором скорость любых электромагнитных волн одинакова и равна с = 3108 м/с

Абсолютный показатель преломления вещества равен отношению скорости света в вакууме к скорости света в этом веществе:



Можно сказать и так: абсолютный показатель преломления – это показатель преломления относительно вакуума. И он показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в данном веществе.

Если нас интересует преломление света при его переходе из вещества 1 в вещество 2, абсолютные показатели преломления которых равны n1 и n2, то скорости света в этих средах: ; ; тогда относительный показатель преломления второй среды по отношению к первой:



Получили, что относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей, взятых против хода луча: если луч идет из среды 1 в среду 2, то

Явление преломления света может встретиться в литературе под другим названием: рефракция света. Приборы для измерения показателя преломления называются рефрактометрами. Для студента-медика полезно иметь в виду, что для измерения показателя преломления жидкости с помощью рефрактометра достаточно одной капельки этой жидкости.

Насколько по-разному различные вещества преломляют свет, можно почувствовать из таблицы 1.

Таблица № 1.

Усредненные значения абсолютного показателя

преломления различных веществ.

Алмаз 2,42


Вода (жидк.) 1,33

Лед 1,31

Воздух 1,00029

Глицерин 1,42

Кварц 1,54

Кедровое масло 1,52

Плексиглас 1,50


Сероуглерод 1,63

Скипидар 1,47

Спирт этиловый 1,36

Стекло (легкий крон) 1,57

Стекло (тяжелый флинт) 1,66

  1   2   3   4

Похожие:

Оптика развитие представлений о природе света iconСодержание: История развития оптики
Оптика – учение о природе света, световых явлениях и взаимодействии света с веществом. И почти вся ее история – это история поиска...
Оптика развитие представлений о природе света iconОптика. Основы квантовой механики. Физика атома и атомного ядра
Элементы волновой теории света. Интерференция света. Электромагнитная природа света. Когерентность и монохроматичность световых волн....
Оптика развитие представлений о природе света iconКурс лекций, II семестр, 34 часа Оптика. Физика атома
Электромагнитная природа света. Оптический и видимый диапазон электромагнитных волн. Волновое уравнение. Скорость света. Гармоническая...
Оптика развитие представлений о природе света icon"Дисперсия света."
Цель урока: сформировать у обучающихся единое, целое представление о физической природе явления дисперсии света, рассмотреть условия...
Оптика развитие представлений о природе света iconВведение предмет квантовой физики
Первая группа явлений была связана с установлением на опыте двойственной природы света – дуализмом света, вторая – с невозможностью...
Оптика развитие представлений о природе света iconВолновая и квантовая оптика
Какое из явлений: дифракция, интерференция, дисперсия или поляризация света обуславливает: радужную окраску пленок нефти на водной...
Оптика развитие представлений о природе света iconКорпускулярно-волновой дуализм
Уже в древности наметились три основных подхода к решению вопроса о природе света. Эти три подхода в последующем оформились в две...
Оптика развитие представлений о природе света iconПервые художники Земли
Цель урока: формирование представлений о первобытной культуре, особенностях первобытного искусства, развитие навыков анализа представленных...
Оптика развитие представлений о природе света iconАкимкин Сергей Николаевич Начальник отдела отчетности по ценным бумагам ОАО "автоваз"
Оао "нпо "Оптика" (Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Оптика")
Оптика развитие представлений о природе света icon«вода. Круговорот воды в природе. Свойства воды»
Способствовать накоплению у детей конкретных представлений о свойствах, формах и видах воды
Разместите кнопку на своём сайте:
kk.convdocs.org



База данных защищена авторским правом ©kk.convdocs.org 2012-2019
обратиться к администрации
kk.convdocs.org
Главная страница