Меню Рубрики

Что представляет собой свет с волновой точки зрения

Свет — это форма энергии, видимая человеческим глазом, которую излучают движущиеся заряженные частицы.

Солнечный свет играет важную роль в жизни живой природы. Он необходим для роста растений. Растения преобразуют энергию солнечного света в химическую форму с помощью процесса фотосинтеза. Нефть, уголь и природный газ являются остатками растений, живших миллионы лет назад. Можно сказать, что это энергия преобразованного солнечного света.

Ученые с помощью экспериментов доказали, что время от времени свет ведет себя как частица, а в другое время как волна. В 1900 году квантовая теория Макса Планка объединила две точки зрения ученых на свет. И в современной физике свет рассматривают как поперечные электромагнитные волны, видимые человек, которые излучаются квантами света (фотонами) — частицами не имеющими массы и движущимися со скоростью

Характеристики света

Как любую волну, свет можно охарактеризовать длиной (λ), частотой (υ) и скоростью распространения в какой-либо среде (v). Связь между этими величинами демонстрирует формула:

Видимый свет лежит в диапазоне длин волн электромагнитного излучения от м (в порядке возрастания длины волны: фиолетовый, синий, зеленый, желтый, оранжевый, красный). Частота световой волны связана с его цветом.

Когда световая волна переходит из вакуума в среду, то происходит уменьшение ее длины и скорости распространения, частота световой волны остается неизменной:

n — показатель преломления среды, с — скорость света в вакууме.

Необходимо помнить, что скорость света:

  • в вакууме является универсальной постоянной во всех системах отчета;
  • в среде всегда меньше скорости света в вакууме;
  • зависит от среды, через которую он проходит;
  • в вакууме всегда больше скорости любой частицы, обладающей массой.

Волновая природа света

Волновая природа света была впервые проиллюстрирована с помощью экспериментов по дифракции и интерференции. Как и все электромагнитные волны, свет может проходить через вакуум, отражаться и преломляться. Поперечную природу света доказывает явление поляризации.

Интерференция

Световые волны, имеющие постоянную разность фаз и одинаковые частоты, производят видимый эффект интерференции, когда происходит усиление или ослабление результирующей волны.

Исаак Ньютон был одним из первых ученых, изучавших явление интерференции. В своем знаменитом эксперименте «Кольца Ньютона» он соединил выпуклую линзу с большим радиусом кривизны с плоской стеклянной пластиной. Если рассматривать эту оптическую систему через отраженный солнечный свет, наблюдается ряд концентрических светлых и темных сильно окрашенных кругов света. Кольца проявляются из-за тонкого слоя воздуха между линзой и пластиной. Свет, отраженный от верхней и нижней поверхности стекла, интерферирует и дает максимум интерференции в виде светлых, а минимум в виде темных колец.

Дифракция — это огибание световой волной препятствий. Явление можно наблюдать, когда препятствие по своим размерам сравнимо с длиной волны. Если объект намного больше длины волны от источника света, явление практически незаметно.

Результат дифракции — чередующиеся цветные и темные полосы света или концентрические окружности. Этот оптический эффект возникает в результате того, что волны, обогнувшие препятствие интерферируют. Такую картину дает отраженный от поверхности компакт-диска свет.

Что такое свет с точки зрения физики?

На протяжении всей жизни нас окружают удивительные вещи, предметы, места. Мы видим их, но вовсе не потому, что они существуют, а благодаря свету.

Если бы не свет, то у живых существ не было бы зрения как инструмента, и нам пришлось бы довольствоваться другими органами чувств. Как кроты, проживающие под землей, довольствуются слухом. Что же представляет собой свет? Что это за понятие с точки зрения физики и какое значение он имеет для жизни на Земле?

Что такое свет?

Тайну света люди пытались раскрыть в течение многих столетий, однако приблизиться к разгадке удалось только в XVIII веке. Сначала датский физик Ганс Эрстеда выяснил, что электроток способен оказывать влияние на стрелку в магнитном компасе, а затем британский математик Джеймс Максвелл сумел доказать, что магнитные и электрические поля существуют в виде волн, распространяющихся со скоростью света.

Из этого ученые дали определение света как формы электромагнитного излучения, которое воспринимается глазом человека.

Какова природа света?

Установить природу света помогают оптические явления, изучением которых занимается оптика. Эта наука стала одним из первых разделов физики, установившим двойственную природу света. Согласно корпускулярной теории, свет – это поток частиц, называемых фотонами и квантами.

По волновой теории, свет являет собой совокупность электромагнитных волн, при этом возникающие в природе оптические эффекты становятся результатом сложения данных волн. Что интересно, и теория о потоках частиц, и теория о волнах имеют право на жизнь.

Какие характеристики имеет свет?

Как и любое природное явление, свет обладает множеством уникальных характеристик, среди которых одной из важнейших является цвет. Электромагнитное излучение, воспринимаемое нашим глазом, различается по диапазону длин и частоте волны, что, в свою очередь, влияет на световой спектральный состав. К примеру, фиолетовый цвет видится при длине волн 380–440 нм и частоте 790–680 ТГц, а желтый – при показателях 565–590 нм и 530–510 ТГц.

Помимо цвета, свет обладает способностью перемещаться в пространстве, преломляться и отражаться. Преломление света представляет собой изменение направления электромагнитных волн. В нашей обыденной жизни такое явление встречается повсеместно. Например, если посмотреть на стакан чая, в котором находится ложка, можно заметить, что на границе воздуха и жидкости она будто «преломлена».

Аналогично привычным явлением для нас является отражение света, позволяющее увидеть себя в водной глади, зеркале или на блестящих предметах. К другим характеристикам можно отнести способность света к поляризации и изменению интенсивности.

Какова скорость света?

Скорость света рассчитывается в двух субстанциях – в вакууме и прозрачной среде. В первом случае ее показатели неизменны. В космическом пространстве скорость света является фундаментальной постоянной единицей и составляет 299 792 458 метров в секунду.

Считается, что помимо света, с аналогичной скоростью в природе распространяются электромагнитные излучения (например, рентгеновские лучи или радиоволны) и, возможно, гравитационные волны. Скорость света, находящегося в прозрачной среде, может меняться в зависимости от фазы колебательных движений.

В связи с этим различают фазовую скорость, которая обычно (но необязательно) меньше скорости в вакууме, и групповую – всегда меньше скорости в вакууме.

Как свет воспринимается глазом?

Как говорилось выше, способность человека видеть окружающие предметы существует только благодаря свету. При этом мы не смогли бы воспринимать электромагнитные излучения, если бы в наших глазах не было специальных рецепторов, которые реагируют на данное излучение. Глазная сетчатка человека состоит из двух типов клеток – палочек и колбочек. Первые высоко чувствительны к освещению, поэтому могут работать только при низкой освещенности, то есть отвечают за ночное зрение. При этом они демонстрируют мир исключительно в черно-белых цветах.

Колбочки обладают пониженной чувствительностью к свету и обеспечивают дневное зрение, позволяющее видеть цветное изображение. Спектральный состав света хорошо воспринимается благодаря тому, что в наших глазах существуют 3 вида колбочек, которые различаются между собой распределением чувствительности.

Совет 1: Какими свойствами характеризуется световая волна

Содержание статьи

  • Какими свойствами характеризуется световая волна
  • Как определить частоту света
  • Основные свойства инфракрасного излучения

Длины световой волны, которые воспринимаются человеческим глазом, лежат в интервале от 380 до 780 нанометров. Подобные волны распространяются с постоянной скоростью, равной примерно 300000 км/с. Свет обладает корпускулярно-волновым дуализмом, и его свойства проявляются в зависимости от экспериментов.

Волновая природа света

Свет, как и любая электромагнитная волна, описывается уравнениями Максвелла. В эти уравнения входят векторные величины Е (напряженность электрического поля световой волны) и Н (напряженность магнитного поля). Векторы напряженности направлены перпендикулярно друг к другу. Также они оба перпендикулярны направлению распространения волны, которое задается вектором скорости V.

Вектор Е называется световым вектором. Именно его колебания оказывают влияние на поляризацию световой волны. Это явление характерно только для поперечных волн. Если при распространении световой волны вектор Е сохраняет свою начальную ориентацию, такая волна называется линейно поляризованной. Свет от лампочки или солнца характеризуется постоянным изменением ориентации этого вектора и называется естественным (неполяризованным).

Интерференция — это наложение световых волн, в результате чего возникает усиление или же ослабление амплитуды колебаний. Усиление происходит в том случае, если разность хода световых волн равна четному числу длин полуволн. Ослабление наблюдается, если разность хода равна нечетному числу длин полуволн. Чтобы получить распределение максимумов и минимумов интенсивности, необходимы когерентные источники. Их разность фаз и частота излучения должны быть одинаковы.

Дифракция — это огибание светом препятствий, которые по размеру сравнимы с длиной волны падающего излучения. Дифракция связана с интерференцией. Если световые волны, отклонившиеся от прямого направления, придут в точку на экране в одинаковой фазе, будет наблюдаться интерференционный максимум. В разной фазе — минимум. Явление дифракции широко применяется для различных опытов по астрофизике.

Корпускулярная природа света

Согласно модели, разработанной в 20 веке, свет представляет собой поток частиц (корпускулов). Эта модель хорошо описывает некоторые явления, которые оставались непонятными в рамках волновой природы света.

Читайте также:  Процессов включает деятельность организации с точки зрения технологий

Фотоэффект — одно из них. Свет, падая на поверхность металла, выбивает с нее электроны. Это явления было открыто Г. Герцем и подробно изучено русским ученым А.Г. Столетовым, который выяснил, что количество электронов, выбитых с поверхности металла, зависит от интенсивности падающего света.

Теоретические сведения. С точки зрения электромагнитной теории свет представляет собой поперечную электромагнитную волну, в которой колебания векторов напряженности электрического и

С точки зрения электромагнитной теории свет представляет собой поперечную электромагнитную волну, в которой колебания векторов напряженности электрического и магнитного полей происходят перпендикулярно направлению распространения света (рис. 2.2).

Е и Н – вектора напряженности соответственно электрического и магнитного полей; С – вектор скорости распространения волны.

Вектор напряженности электрического поля волны Е часто называют световым вектором. Это обусловлено тем, что физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и другие действия света вызываются колебаниями электрического вектора.

Излучение светящегося тела слагается из волн, испускаемых отдельными атомами тела. Излучение отдельного атома продолжается 10 –8 с. От каждого атома распространяются колебания Е и Н, происходящие в определенной плоскости (рис. 2.2). Мы же наблюдаем всегда суммарное действие многих атомов, а именно: множество всех возможных ориентировок Е и Н и быструю смену этих возможных ориентировок. Таким образом, свет, испускаемый обычными источниками, не имеет преимущественного направления колебаний, в нем представлены все направления колебаний Е, перпендикулярные к лучу. На рис. 2.3 показаны некоторые из возможных направлений колебаний вектора Е (вектор Н не указан).

Свет со всеми возможными ориентировками вектора Е (а следовательно, и вектора Н) называется естественным (рис. 2.3а). В естественном свете колебания различных направлений представлены с равной вероятностью (рис. 2.3).

Поляризованный свет – свет, в котором направления колебания вектора E каким-либо образом упорядочены.

Частично поляризованный свет (рис. 2.3б) – свет с преимущественным направлением колебаний вектора E.

Свет, в котором Е (а следовательно, и Н) имеет одно единственное направление, называется плоскополяризованным (рис. 2.3в).

Плоскость, проходящая через направление колебаний светового вектора Е и направление распространения волны, называется плоскостью поляризации.

На рис. 2.4 показано направление колебания вектора Е в плоскополяризованном свете. Из сказанного следует, что естественные источники света излучают волны не поляризованные.

Естественный свет можно преобразовать в плоскополяризованный, используя так называемые поляризаторы, пропускающие колебания только определенного направления.

Любой поляризатор может служить и анализатором, который предназначен для определения, поляризован свет или нет. В качестве поляризаторов и анализаторов используются пластина турмалина, поляроидные пленки, стопа Столетова, призма Николя и др.

Поставим на пути естественного света два поляроида, оси пропускания которых развернуты друг относительно друга на угол φ.

Вектор EI световой волны после первого поляроида будет параллелен PP. Этот поляроид называют поляризатором, так как после него естественный свет стал поляризованным.

Рис. 2.5. Поляризация естественного света с помощью поляроида

После второго поляроида останется лишь вектор EII, параллельный P’P’ его плоскости пропускания: E׀׀ = E1cosj. Так как интенсивность света I

E 2 , то после второго поляроида интенсивность будет

где E1 – интенсивность перед вторым поляроидом. Полученное соотношение между интенсивностями носит название закона Малюса. Если E1 выразить через I, то закон Малюса примет вид

. (2.2)

Закон Малюса строго выполняется лишь для идеальных поляроидов – поляризатора и анализатора.

Если эти поляроиды частично пропускают свет с вектором E, перпендикулярным осям пропускания, то после поляризатора свет будет частично поляризован. Идеальный поляризатор при PP параллельном P’P’ пропустит свет интенсивностью Imax, а при PP перпендикулярной P’P’ – свет интенсивностью Imin.

Степенью поляризации частично-поляризованного света называется величина . При идеальном поляризаторе Imin = 0 и P = 1, свет плоскополяризован.

Если естественный свет падает на границу раздела двух диэлектриков, то отраженный и преломленный лучи являются частично поляризованными. В отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения, а в преломленном – колебания, лежащие в плоскости падения.

Рис. 2.6.Поляризация отраженного и преломленного лучей на границе раздела двух сред

Если угол падения равен углу Брюстера, который определяется соотношением

то отраженный луч является плоскополяризованным. Преломленный луч в этом случае поляризуется максимально, но не полностью. При этом отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны:

, .

Пусть угол падения i таков, что отраженный луч перпендикулярен преломленному, т.е. r = π/2 – iB. Это условие называют условием Брюстера (рис. 2.6), а угол – углом Брюстера (iB).

Рис. 2.7.Схематичное изображение законов отражения и преломления
на границе раздела двух сред

Используя закон преломления , получим формулу, определяющую угол Брюстера: .

При выполнении условия Брюстера тогда из формулы Френеля для получим:

.

Таким образом, при выполнении условия Брюстера, отраженный свет будет полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. Это утверждение носит название закона Брюстера.

Закон Брюстера имеет простое объяснение. Отраженная световая волна появляется за счет излучения электронов среды, совершающих вынужденные колебания под действием вектора преломленной волны. Это излучение имеет направленный характер: его интенсивность равна нулю в направлении колебаний зарядов. Направим под углом Брюстера на границу раздела плоскополяризованную волну с вектором , лежащим в плоскости падения.

Рис. 2.8.Диаграмма направленности излучения

На рис. 2.8 изображена диаграмма направленности излучения, возбужденного вектором . Нулевой минимум этой диаграммы при выполнении условия Брюстера совпадает по направлению с отраженным лучом.

Если вектор падающей волны направить перпендикулярно плоскости падения (рис. 2.9), то направление колебаний электронов будет перпендикулярно плоскости падения. Тогда диаграмма направленности будет развернута своим максимумом в направлении отраженного луча (рисунок ниже). Напомним, что пространственная форма диаграммы похожа на бублик без дырки.

Рис. 2.9.Диаграмма направленности излучения

Задание I.Проверка закона Малюса

1. Установить приборы на оптической скамье согласно рис. 2.10.

Рис. 2.10.Установка приборов на оптической скамье:

1 – осветитель, 2 – поляризатор, 3 – анализатор, 4 – фоторезистор

2. Подключить фоторезистор к микроамперметру.

3. Включить осветитель на максимальную мощность.

4. Установить угол между осями поляризации (пропускания) поляризатора и анализатора j = 0 0 . Для этого, вращая анализатор, добиться максимального значения фототока. При этом величины углов на угловой шкале поляризатора и анализатора должны быть одинаковыми.

5. Вращая анализатор, менять угол через каждые 10 0 до 180 0 , записать соответствующие показания микроамперметра в табл. 2.1.

6. Построить график экспериментальной зависимости отношения от угла между осями пропускания j.

7. Построить график зависимости от .

8. Сделать выводы.

j I, мкА

Задание II.Проверка закона Брюстера

Поскольку отраженный от диэлектрической пластинки свет частично (или даже полностью) поляризован, проходящий свет также частично поляризуется и становится смешанным светом. Преимущественные колебания электрического вектора в прошедшем свете будут совершаться в плоскости падения. Максимальная, но не полная поляризация проходящего света достигается при падении под углом Брюстера. Для увеличения степени поляризации проходящего света используют стопу стеклянных пластинок, расположенных под углом Брюстера к падающему свету. В этом случае можно получить практически полностью поляризованный проходящий свет, так как каждое отражение ослабляет пропущенные колебания, перпендикулярные плоскости падения.

Упражнение 1. Проверка закона Брюстера с помощью черного зеркала.

1. Установить на оптической скамье приборы на уровне луча согласно рис. 2.11.

Рис. 2.11.Расположение приборов на оптической скамье:

1 – осветитель, 2 – поляризатор, 3 – анализатор, 4 – черное зеркало с фоторезистором

2. Подключить фоторезистор черного зеркала к микроамперметру.

3. Включить осветитель на максимальную мощность.

4. Установить углы на угловой шкале поляризатора и анализатора на 0 ° .

5. Установить угловую шкалу на черном зеркале на отметке 90 ° .

6. Вращая угловую шкалу на черном зеркале с изменением угла a через каждые 10 ° , зафиксировать значения тока I1 на микроамперметре.

7. Не меняя расположения приборов, установить 90 ° на угловой шкале поляризатора и анализатора.

8. Вращая угловую шкалу на черном зеркале, изменяя угол a через каждые 10 ° , зафиксировать значения тока I2 на микроамперметре.

9. Результаты измерений занести в табл. 2.2.

10. Построить график зависимости фототока I1 и I2 от угла падения i на одном графике.

11. Определить угол Брюстера и рассчитать показатель преломления стекла черного зеркала.

12. Сделать соответствующие выводы.

a i = 90 ° – a I1, мкА I2, мкА

Дополнительное задание к упражнению 1

1. Установить на оптической скамье приборы согласно рис. 2.12.

Рис. 2.12.Приборы на оптической скамье:

1 – осветитель, 2 – поляризатор, 3 – черное зеркало с фоторезистором

2. Подключить фоторезистор черного зеркала к микроамперметру.

3. Включить осветитель на максимальную мощность.

4. Установить на угловой шкале поляризатора угол 180 ° .

5. Установить угловую шкалу на черном зеркале под углом Брюстера.

6. Вращая угловую шкалу поляризатора, изменяя угол b через каждые 10 ° , фиксируя значения фототока на микроамперметре.

7. Результаты измерений занести в табл.2.3.

8. Построить график зависимости от угла b.

9. Построить график зависимости от .

10. Сделать соответствующие выводы.

b I, мкА

Упражнение 2. Исследование поляризации света с помощью стеклянных пластин.

1. Установить на оптической скамье приборы согласно рис. 2.13.

Рис. 2.13. Расположение приборов на оптической скамье:

1 – осветитель, 2 – поляризатор, 3 – стопа пластин, 4 – фоторезистор

Читайте также:  Присоединение крыма с юридической точки зрения

2. Подключить фоторезистор к микроамперметру.

3. Включить осветитель на максимальную мощность.

4. Установить на угловой шкале поляризатора угол 0 ° .

5. Установить угловую шкалу на стопе стеклянных пластин под углом 90 ° .

6. Вращая угловую шкалу стопы стеклянных пластин с изменением угла a через каждые 10 ° , фиксировать значения фототока I1 на микроамперметре.

7. Результаты измерений занести в табл. 2.4.

8. Установить на угловой шкале поляризатора угол 90 ° .

9. Повторить пункт 6, фиксируя значения фототока I2 на микроамперметре.

10. Результаты измерений занести в табл. 2.4.

11. Построить зависимости фототоков I1, I2, DI от угла падения луча i на стопу стеклянных пластин на одном графике.

12. По графику определить угол Брюстера и рассчитать показатель преломления для стекла стопы пластин.

13. Сделать соответствующие выводы.

a i = 90 ° – a I1, мкА I2, мкА DI = (I2 – I1), мкА

1. Охарактеризуйте свет как электромагнитные волны. Что понимается под поперечностью световых волн.

2. Что такое интенсивность света?

3. В чем отличие естественного света, частично поляризованного света, плоскополяризованного света.

4. Какая плоскость называется плоскостью поляризации?

5. Что такое поляризатор? Что такое анализатор?

6. Сформулируйте закон Малюса.

7. Каковы способы поляризации естественного света?

8. Как формулируется Закон Брюстера?

9. Сделайте выводы по полученным результатам.

Список литературы

1. Савельев, И. В. Курс общей физики: учеб. пособие: в 3 т. Т. 3: Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. / И. В. Савельев – Спб. и др.: Лань, 2008. – 317 с.

2. Курс физики: учеб. пособие для вузов по техн. специальностям и направлениям: в 2 т. / В.В. Арсентьев и др.; под ред. В.Н. Лозовского. –СПб. и др.: Лань. – т.1. – 2009. – 572 с.; т.2. – 2009. – 600 с.: ил.

3. Трофимова, Т. И. Курс физики: учеб. пособие для инж.-техн. специальностей вузов / Т. И. Трофимова. – М.: Academia, 2008. – 557 с.

4. Трофимова, Т. И. Краткий курс физики: учеб. пособие для вузов / Т. И. Трофимова. – М.: Высш. шк., 2009. – 531 с.

5. Детлаф, А.А. Курс физики: учеб. пособие для втузов / А. А. Детлаф, Б. М. Яворский. М.: Высш. шк., 2002. – 717 с.

6. Детлаф, А. А. Курс физики: учеб. пособие для вузов / А. А. Детлаф, Б. М. Яворский. – М.: Высш. шк., 2000. – 717 с.

7. Пронин, В. П. Практикум по физике для студентов сельскохозяйственных вузов / В. П. Пронин – СПб.: Лань, 2005. – 256 с.: ил.

8. Лабораторный практикум по физике: учеб. пособие для студентов втузов / А. С. Ахматов, В. М. Андреевский, А. И. Кулаков и др.; под ред. А. С. Ахматова. – М.: Высш. школа, 1980. – 360 с.

Оглавление

ОБЩИН ПОЛОЖЕНИЯ О РАБОТЕ В ОПТИЧЕСКОЙ

1. ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКЕ……………………………………. 6

2. ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО

Методические указания к выполнению лабораторных работ

для студентов всех специальностей

Составители ГОГЕЛАШВИЛИ Гоча Шотаевич

СТАВЕР Елена Юрьевна

ЦЕЛИЩЕВА Лариса Владимировна

Редактор П. Г. Павловская

Компьютерная набор и верстка Л. В. Целищева,

Подписано в печать Формат 60×84/16

Бумага офсетная. Печать офсетная.

Тираж __700__экз. Заказ № . С- .

Марийский государственный технический университет

424000 Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3

Марийского государственного технического университета

424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17

Дата добавления: 2015-10-18 ; просмотров: 1301 . Нарушение авторских прав

Что есть свет с точки зрения физики?

Свет — это только небольшая видимая частица огромнейшего электромагнитного спектра излучения. В последний входят радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолет, рентгеновское излучение и гамма-лучи. Только единственный видимый свет человек может разглядеть в виде цветов, которые он образует на поверхности предметов. Разные цвета возникают из-за различных частот световых волн, которые путешествуют сквозь пространство.

Дабы разглядеть всю прелесть цветов, которые может образовывать видимый спектр излучения, достаточно фонарика, экрана телевизора или солнечного дня. Также надо найти ровную поверхность, отражающей свет. Сложно переоценить важность цвета в жизни. Без него люди не могли бы отличать вещи друг от друга.

Сам по себе свет —это пучок невидимой энергии, проходящий через пространство. Дабы было можно разглядеть его, нужно, чтобы свет проходил через плотные облака пыли или тумана. Также его можно наблюдать через взаимодействие света с окружающим миром, когда он отражается от встречных объектов. Глаза человека улавливают его отраженные волны и преобразуют их в цвета.

Так,ученый Исаак Ньютон открыл, что если луч света пропустить через призму, то он преломляется и распадается на цвета, которые расположены в одном и том же порядке: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.

Сетчатка человека имеет 2 типа светочувствительных клеток: палочки и колбочки. Палочки ответственны за интенсивность света и его яркость,а колбочки- за цветовосприятие. Всего в глазах существует 3 типа колбочек, различающих красный, синий и зеленый цвета соответственно. Именно комбинации этих трех главных цветов и образуют все остальные, вторичные цвета.

ВОЛНОВАЯ ОПТИКА. С точки зрения волновой оптики свет – это электромагнитные волны, имеющие определенный диапазон частот

Читайте также:

  1. III. КОЛЕБАНИЯ. ВОЛНЫ. ОПТИКА.
  2. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
  3. ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
  4. Волновая оптика
  5. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ И ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
  6. Геометрична оптика
  7. Диатермия. УВЧ-терапия. Индуктотермия. Микроволновая терапия.
  8. Модуль 2. Электричество и магнетизм. Волновая оптика. Квантовая механика. Атомная и ядерная физика.
  9. Модуль 4. Оптика.
  10. ОПТИКА И КВАНТОВАЯ ФИЗИКА
  11. Оптика. Квантовая природа излучения

С точки зрения волновой оптики свет – это электромагнитные волны, имеющие определенный диапазон частот.

ЯВЛЕНИЯ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ СВЕТ КАК ВОЛНУ.

1) Дисперсия – зависимость показателя преломления вещества от частоты (длины волны) проходящего через него света Вследствие дисперсии немонохроматический свет при преломлении, интерференции и дифракции может быть разложен в спектр (на монохроматические составляющие).

Монохроматическийсвет – это световая волна определенной частоты (свет одного какого – либо цвета). Немонохроматический свет – сложный свет, состоящий из нескольких монохроматических составляющих.

> , > ,

Ответ:

4) Дифракцию светаможно наблюдать, если препятствие, которое огибает световая волна, очень маленькое (сравнимое с длиной световой волны) или расстояние от препятствия до экрана в огромное число раз превышает размер самого препятствия. В этих случаях законы геометрической оптики не применимы, т. к. свет отклоняется от прямолинейного распространения. Дифракция всегда сопровождается интерференцией.

При дифракции на отверстии в центре экрана находится темное пятно, при дифракции на препятствии в центре экрана образуется светлое пятно.

ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА – совокупность большого числа параллельных прозрачных для света щелей ширины , разделенных непрозрачными промежутками ширины .Период (постоянная) решетки ,где ширина некоторого участка решетки, число штрихов на этом участке. Если на дифракционную решетку падает нормально монохроматический свет, то вследствие дифракции световые волны отклоняются на разные углы .

Если эти волны с помощью линзы собрать на экране, то образуется интерференционная картина, в центре которой расположен центральный (нулевой) максимум, а по обе стороны от него образуются максимумы первого, второго и т. д. порядков.

Если на решетку падает белый свет, то центральный максимум представляет собой белую полоску, по обе стороны от которого наблюдаются цветные спектры разных порядков.

Максимумы образуются при условии . При решении задач для удобства для малых углов ( ) можно заменить на .

Разложение света в спектр с помощью дифракционной решетки или призмы используется при проведении спектрального анализа. С помощью спектрального анализа определяют химический состав вещества (спектр у каждого химического вещества свой, не совпадающий со спектром ни одного другого химического элемента), температуру вещества, скорость движения тел.

Вид спектра излучения Какой вид имеет Какие тела дают
Сплошной Сплошная разноцветная полоса; содержит все длины волн определенного диапазона. Нагретые твердые и жидкие вещества.
Полосатый Состоит из отдельных полос, содержащих большое число близко расположенных спектральных линий, разделенных темными промежутками. Нагретые вещества в газообразном молекулярном состоянии.
Линейчатый Состоит из отдельных светящихся линий, разделенных темными промежутками, т. е. содержит только определенные длины волн. Нагретые вещества в газообразном атомарном состоянии.
Поглощения (может быть сплошной, полосатый, линейчатый). В сплошном спектре содержатся темные линии (линии поглощения).Причем, атомы и молекулы данного вещества поглощают свет тех же длин волн, которые они сами способны излучать. Образуется при прохождении излучения через прозрачное вещество.

5) Поляризация света возможна вследствие того, что свет является поперечной волной. Естественный свет представляет собой волну, в которой колебания вектора происходят в разных плоскостях, если колебания вектора происходят в одной определенной плоскости, то свет оказывается поляризованным. Поляризовать свет можно, например, с помощью кристалла турмалина, который вследствие своей анизотропии пропускает световые волны с колебаниями, лежащими в одной плоскости.

Дата добавления: 2014-11-16 ; Просмотров: 1671 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Что представляет собой свет с волновой точки зрения

Одной из характеристик света является его цвет, который для монохроматического излучения определяется длиной волны, а для сложного излучения — его спектральным составом.

Читайте также:  Какие капли хорошие для зрение глаз

Свет может распространяться даже в отсутствие вещества, то есть в вакууме. При этом наличие вещества влияет на скорость распространения света.

Скорость света в вакууме с = 299 792 458 м/с (точно, так как с 1983 года единица длины в СИ — метр — определяется как расстояние, проходимое светом за определённый промежуток времени).

Свет на границе между средами испытывает преломление и отражение. Распространяясь в среде, свет поглощается веществом и рассеивается. Оптические свойства среды характеризуются показателем преломления, действительная часть которого равна отношению фазовой скорости света в вакууме к фазовой скорости света в данной среде, мнимая часть описывает поглощение света. В изотропных средах, где распространение света не зависит от направления, показатель преломления является скалярной функцией (в общем случае — от времени и координаты); в анизотропных средах он представляется в виде тензора. Зависимость показателя преломления от длины волны света (дисперсия) приводит к тому, что свет разных длин волн распространяется в среде с разной скоростью; благодаря этому возможно разложение немонохроматического света (например, белого) в спектр.

Как любая электромагнитная волна, свет может быть поляризованным. У линейно поляризованного света определена плоскость (т.н. плоскость поляризации), в которой происходят колебания электрического вектора волны. У циркулярно поляризованного света электрический вектор, в зависимости от направления поляризации, вращается по или против часовой стрелки. Неполяризованный свет является смесью световых волн со случайными направлениями поляризации. Поляризованный свет может быть выделен из неполяризованного пропусканием через поляризатор или отражением/прохождением на границе раздела сред при падении на границу под определённым углом, зависящим от показателей преломления сред (см. угол Брюстера). Некоторые среды могут вращать плоскость поляризации проходящего света, причём угол поворота зависит от концентрации оптически активного вещества; это явление используется, в частности, в поляриметрическом анализе веществ (например, для измерения концентрации сахара в растворе).

Количественно интенсивность света характеризуют с помощью фотометрических величин нескольких видов. К основным из них относятся энергетические и световые величины. Первые из них характеризуют свет безотносительно к свойствам человеческого зрения. Они выражаются в единицах энергии или мощности, а также производных от них. К энергетическим величинам в частности относятся энергия излучения, поток излучения, сила излучения, энергетическая яркость, энергетическая светимость и облучённость.

Каждой энергетической величине соответствует аналог – световая фотометрическая величина. Световые величины отличаются от энергетических тем, что оценивают свет по его способности вызывать у человека зрительные ощущения. Световыми аналогами перечисленных выше энергетических величин являются световая энергия, световой поток, сила света, яркость, светимость и освещённость.

Учёт световыми величинами зависимости зрительных ощущений от длины волны света приводит к тому, что при одних и тех же значениях, например, энергии, перенесённой зелёным и фиолетовым светом, световая энергия, перенесённая в первом случае, будет существенно выше, чем во втором. Такой результат находится в полном согласии с тем, что чувствительность человеческого глаза к зелёному свету выше, чем к фиолетовому.

Скорость света

Скорость света в вакууме определяется в точности 299792458 м/с (около 300 000 км в секунду). Фиксированное значение скорости света в СИ связано с тем, что метр в настоящее время определяется в терминах скорости света. Все виды электромагнитного излучения, как полагают двигаются с точно такой же скоростью в вакууме.

Различные физики пытались измерить скорость света на протяжении всей истории. Галилей пытался измерить скорость света в семнадцатом веке. Ранний эксперимент по измерению скорости света был проведен Оле Рёмером, датским физиком, в 1676 году. С помощью телескопа Рёмер наблюдал движение Юпитера и одной из его лун Ио. Отмечая различия в очевидной период орбиты Ио, он подсчитал, что свету требуется около 22 минут, чтобы пересечь диаметр орбиты Земли. [2] Тем не менее, её размер не был известен в то время. Если бы Рёмер знал диаметр орбиты Земли, он бы получил значение скорости, равное 227000000 м/с.

Другой, более точный способ, измерения скорости света выполнил в Европе Ипполит Физо в 1849 году. Физо направлен луч света в зеркало на расстоянии нескольких километров. Вращающееся зубчатое колесо было помещено на пути светового луча, который путешествовал от источника к зеркалу и затем возвращаося к своему источнику. Физо обнаружил, что при определенной скорости вращения, луч будет проходить через один пробел в колесе на пути и следующий разрыв на обратном пути. Зная расстояние до зеркала, число зубьев на колесе, и скорость вращения, Физо удалось вычислить скорость света 313000000 м/с.

Леон Фуко использовал эксперимент, который использовал вращающееся зеркало, чтобы получить значение 298000000 м/с в 1862 году. Альберт А. Майкельсон проводил эксперименты на определение скорости света с 1877 г. до своей смерти в 1931 году. Он улучшил метод Фуко в 1926 году с использованием усовершенствованных вращающихся зеркал для измерения времени которое потребовалось свету, чтобы попутешествовать с горы Уилсон до горы Сан — Антонио в Калифорнии. Точные измерения дали скоростью 299796000 м/с.

Эффективная скорость света в различных прозрачных веществах, содержащих обычную материю, меньше, чем в вакууме. Например, скорость света в воде составляет около 3/4 того, что в вакууме. Тем не менее, замедление процессов в веществе, как полагают, происходит не от фактического замедления частицы света, а от их поглощения и переизлучения заряженными частиц в веществе.

Как крайний пример замедления света, можно сказать, что двум независимым группам физиков удалось «полностью остановить» свет, пропуская ее через конденсат Бозе-Эйнштейна на основе рубидия, [3] Тем не менее слово «остановить» в этих экспериментах относится только к свету, хранящемуся в возбужденных состояниях атомов, а затем повторно излучается в произвольное более позднее время, как вынужденное вторым лазерным импульсом излучение. Во времена, когда свет «остановился», он перестал быть светом.

Световая волна и её характеристики.

Оптика– это раздел физики, который изучает распространение света и взаимодействие его с веществом. Свет представляет собой электромагнитное излучение и обладает двойственной природой. В одних явлениях свет ведёт себя как электромагнитная волна, в других – как поток особых частиц фотонов или квантов света. Волновыми свойствами света занимается волновая оптика, квантовой – квантовая.

Свет– поток фотонов. С точки зрения волновой оптики световая волна – это процесс колебания электрического и магнитного полей, распространяющихся в пространстве.

Оптика занимается световыми волнами, в основном инфракрасного, видимого, ультрафиолетового диапазонов. Как электромагнитная волна свет обладает следующими свойствами (они следуют из уравнения Максвелла):

Вектора напряжённости электрического поля E, магнитного поляHи скорость распространения волныVвзаимно перпендикулярны и образуют правовинтовую систему.

Вектора EиHколеблются в одной фазе.

Для волны выполняется условие:

Уравнение световой волны имеет , где— волновое число,— радиус-вектор,— начальная фаза.

При взаимодействии световой волны с веществом наибольшую роль играет электрическая составляющая волны (магнитная составляющая вне магнитных средах влияет слабее), поэтому Eназываютсветовым вектором и его амплитудуобозначают А.

Уравнение (1) является решением волнового уравнения, которое имеет вид:

(2), где— лапласиан;V– фазовая скоростьV=c/n(3).

Для немагнитных сред =1 =>. Из (3) видно, чтоn=c/v. По виду волновой поверхности различают плоские, сферические, эллиптические и т.д. волны.

Для плоской волны амплитуда светового вектора уравнения (1) постоянна. Для сферического она уменьшается с расстоянием от источника по закону .

Перенос энергии световой волны характеризуется вектором Поинтига .

Он представляет собой плотность потока энергии и направлен по скорости – в сторону его переноса. Вектор Sочень быстро изменяется со временем, поэтому любой приёмник излучения, в том числе и глаз, в течение времени наблюдения, гораздо большего, чем период волны, регистрирует усреднённое по времени значение вектора Поинтига, которое называетсяинтенсивностью световой волны., где . Учитывая (1) и то, что дляHоно имеет такой же вид, можно записать, что(4)

Если усреднить уравнение (4) по времени, то второе слагаемое исчезнет, тогда (5). Из (5) следует, чтоI-(6).

Интенсивность I– это количество энергии переносимое за единицу времени световой волной через единицу площади. Линию, по которой распространяется энергия волны, называетсялучом. Ещё одной характеристикой световой волны является поляризация. Реальный источник состоит из огромного числа атомов, которые излучают, будучи возбуждёнными, в теченииt=10 -8 c, испуская при этом обрывок волны λ=3м.

Эти волны имеют различные направления вектора Eв пространстве, поэтому в результирующем излучении за время наблюдения встречаются различные направления вектораE, т.е. направлениеEдля реального источника изменяется хаотически по времени, и свет от такого источника называетсяестественным (неполяризованным). Если же направление колебаний вектораEупорядочены, то такой свет –поляризованный. Различают свет плоско поляризованный, поляризованный по кругу и эллипсу.

Источники:
  • http://www.vseznaika.org/fizika/chto-takoe-svet-s-tochki-zreniya-fiziki/
  • http://www.kakprosto.ru/kak-888748-kakimi-svoystvami-harakterizuetsya-svetovaya-volna
  • http://studopedia.info/10-708.html
  • http://crazy.casa/news/chto-est-svet-s-tochki-zreniya-fiziki
  • http://studopedia.su/12_38853_volnovaya-optika.html
  • http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/6777
  • http://studfiles.net/preview/4305954/