Развитие представлений о природе света

ВОЛНОВАЯ ОПТИКА

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

по теме «Электромагнитные колебания и волны»

1. Определить частоту и период переменного тока, циклическая частота которого равна 314 Гц.

2. В каком диапазоне длин волн может работать приёмник, если ёмкость конденсатора в его колебательном контуре плавно изменяется от 50 до 200 пФ, а индуктивность катушки постоянна и равна 2 мкГн?

3. Конденсатор емкостью 250 мкФ включается в сеть переменного тока с частотой 200 Гц. Определить сопротивление конденсатора.

4. Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 840 витков, повышает напряжение с 220 до 660 В. Каков коэффициент трансформации? Сколько витков содержится во вторичной обмотке?

по теме «Электромагнитные колебания и волны»

1. Что называется электромагнитной индукцией?

2. Как найти ЭДС самоиндукции?

3. В чем измеряется индуктивность?

4. Как определить энергию магнитного поля?

5. Из каких элементов состоит колебательный контур?

6. Как обозначается колебательный контур?

7. Как записывается формула Томсона?

8. Какова стандартная частота переменного тока в электросети в России?

9. Как можно определить активное, емкостное и индуктивное сопротивления в цепи переменного тока?

10. Из каких элементов состоит трансформатор?

11. Как обозначается трансформатор?

Раздел физики, в котором изучаются световые явления, называют оптикой (от греческого слова «optike» - наука о зрительном восприятии).

Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян. По мере изобретения и совершенствования различных оптических приборов (параболических зеркал, микроскопа, зрительной трубы) эти представления развивались и трансформировались. В конце XVII века возникли две теории света: корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (Р. Гук и Х. Гюйгенс).

Согласно корпускулярной теории, свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами. Ньютон считал, что движение световых корпускул подчиняется законам механики. Так, отражение света понималось аналогично отражению упругого шарика от плоскости. Преломление света объяснялось изменением скорости корпускул при переходе из одной среды в другую.

Корпускулярная теория Ньютона содержала в себе элементы волновых представлений.

Волновая теория, в отличие от корпускулярной теории, рассматривала свет как волновой процесс, подобный механическим волнам. В основу волновой теории был положен принцип Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, становится центром вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени. С помощью принципа Гюйгенса были объяснены законы отражения и преломления. Рис. 31 дает представление о построениях Гюйгенса для определения направления распространения волны, преломленной на границе двух прозрачных сред.

Рисунок 31 - Построения Гюйгенса для определения направления преломленной волны.

В 60-е годы XIX века Максвеллом были установлены общие законы электромагнитного поля, которые привели его к заключению, что свет – это электромагнитные волны. Электромагнитная природа света получила признание после опытов Г. Герца (1887–1888 гг.) по исследованию электромагнитных волн. В начале XX века после опытов П. Н. Лебедева по измерению светового давления (1901 г.) электромагнитная теория света превратилась в твердо установленный факт.

Современная лазерная техника позволяет измерять скорость света с очень высокой точностью на основе независимых измерений длины волны λ и частоты света ν (c = λ · ν). Таким путем было найдено значение, превосходящее по точности все ранее полученные значения более, чем на два порядка.

с = 299792458 1,2 м/с

с ≈ 3×10⁸ м/с (используется для решения задач).

По частоте излучения из формулы всегда можно найти длину его волны в вакууме:

, где

l - длина световой волны, м;

n - частота световой волны, Гц.

Связь между волновыми и корпускулярными свойствами света по этой теории выражается формулой Планка:

, где

Е- энергия кванта, Дж;

- частота колебаний электромагнитного излучения, Гц;

h – постоянный коэффициент, одинаковый для всех волн и квантов, который называют постоянной Планкой.

h=6,63 ·10^-34 Дж·с

ЗАДАЧА 4.9

Длина волны жёлтого света в вакууме равна 0,589 мкм. Какова частота колебаний в этой волне?

Дано:	Решение
λ = 0,589 мкм = 0,589·10^-6 м	Т => так как распространяется в вакууме, то м/c Гц
Ответ: частота равна 5·10^14Гц.

ЗАДАЧА 4.10

Чему равна энергия фотона красного света с длиной волны в вакууме 0,72 мкм?

Дано:	Решение
λ = 0,72 мкм = 0,72·10^-6м	E= E = = 27,6·10 ^-20 Дж
E -?
Ответ: энергия равна 27,6 × 10 ^-20 Дж.

Представление о том, что электромагнитные волны состоят из элементарных частиц – фотонов, – является примером корпускулярно-волнового дуализма: в одних экспериментах (интерференция, дифракция) свет проявляет себя как волна, в других (фотоэффект, эффект Комптона) – как частица.

Для объяснения таких явлений, как излучение черного тела, фотоэффект, эффект Комптона и др. потребовалось введение квантовых представлений. Наука вновь вернулась к идее корпускул – световых квантов. Тот факт, что свет в одних опытах обнаруживает волновые свойства, а в других – корпускулярные, означает, что свет имеет сложную двойственную природу, которую принято характеризовать термином корпускулярно-волновой дуализм.

Дата добавления: 2014-11-07