Transcript File - Физика за всички

Силвия Боянова
ПГ „Акад. С. П. Корольов“
Гр. Дупница
1
Животът на Земята е невъзможен без светлина
Чрез фотосинтеза разстенията преобразуват
слънчевата светлинна енергия в химична
енергия
Със зрението си човек получава над 80 % от
информацията за околната среда.
2
3
Древните гърци смятали, че
светлината се състои от фини
частички, които се изпускат
от източниците на светлина и
след като попаднат в окото
предизвикват
зрителни
усещания.
Гръцкият философ Евклид, живял през ІІІ в. пр. н.е.
пръв изследва разпространението на светлината.
Той открива два основни закона- закон за
праволинейното разпространение на светлината
и закона за отражение на светлината при плоско и
сферично огледало.
4
Факти:
1) светлината се
движи по права линия;
n1
n2
2) отразява се от огледало
под ъгъл, равен на ъгъла на
падане на лъча към
огледалото;
 
'
3) светлинният лъч се
“ огъва” ( пречупва), когато
преминава от въздух в стъкло, вода или друга прозрачна среда
sin  1
n2

n1
sin  2
5
Първите важни експерименти
върху естеството на светлината
били проведени от Исак
Нютон през 1666 г.
Дисперсия на светлината
Исак Нютон 6
1. Корпускулярна теория на Нютон
1. Светлината е съставена от малки частици
( “ корпускули”), които се движат с невероятна
скорост.
2. Светлината се отразява от огледало, защото
частиците отскачат от него
3. Светлината се пречупва при разпространение
от въздух във вода, защото частиците се движат
по- бързо в нея, отколкото във въздуха.
7
Проблеми
1. Скоростта на светлината във вода ( или в стъкло)
трябва да е по- голяма от скоростта на светлината
във въздуха.
2. Необяснени въпроси:
1. Защо частиците на зелената светлина се пречупват по- силно от тези на жълтата?
2. Защо два светлинни лъча могат да се пресичат,
без да си оказват влияние, т.е. без частиците да се
сблъскват?
8
Христиан Хюйгенс- холандски физик, роден през
14 април 1629 г. в Хага (Нидерландия)
През 1654 г. Хюйгенс концентрира
вниманието
си
върху
конструкцията на телескопа – той
усъвършенства
обектива
на
астрономическата тръба, през 1655
г. открива спътника Титан на
планетата Сатурн,
През 1690 г. завършва знаменития
си труд “Трактат за светлината,
където е изложена вълновата
теория на светлината.
9
2. Вълнова теория на Хюйгенс
1. светлината се състои от малки вълни
2. Светлината се движи по- бавно през пречупващата
среда, отколкото във въздуха. Следователно
колкото е по- къса вълната, толкова по- голямо ще е
пречупването.
3. Ако светлината се състои от вълни, двата лъча
могат да се пресичат, без каквито и да било
затруднения, подобно на звуковите и водните вълни.
10
Проблеми
1. Не обяснява защо светлинните лъчи се движат по
права линия и хвърлят контрастна сянка.
2. Не обяснява защо светлинните вълни не могат да
заобиколят препятствия за разлика от водните и
звуковите вълни.
3. Ако светлината се състои от вълни, как успява да
премине през вакуум, тъй като пристига към нас през
космическото пространство от Слънцето и звездите?
4. Коя среда я прави вълнообразна?
11
Томас Юнг- английски физик, роден на 13 юни 1773
в графство Самърсет
През 1801 г. Томас Юнг наблюдава за първи път интерференция насветлината
12
Интерференция
13
Чрез явлението интерферинция може да се определи
дължината на вълната на светлинната вълна.
λ - от 400 nm до 700 nm
Причината
светлинните
вълни да се движат по права
линия
и
да
хвърлят
констрасна
сянка е,
че
тяхната дължина на вълната
е несравнимо по- малка от
размерите на обикновените
тела.
14
1818 г. - френският физик Огюстен Жан Френел показал, че ако една преграда е достатъчно малка, светлината действително ще я заобикаля.
Дифракция
на
светлината15
Дифракция
16
1893 г.- американският физик Албърт Майкелсън
изобретява т. нар. интерферометър- уред за измерване
на дължини на светлинни вълни.
Майкелсън определя, че
дължината на вълната на
червената светлина е
λ = 1/ 1 553 164 m
Очевидно, че светлината
се движи с невъобразима
17
скорост.
Скорост на светлината
Първи опити за измерване скоростта
на светлината прави Галилео Галилей.
Той открива, че няма промяна в измерваното време и неговият извод е, че
светлината се движи много бързо,
за да може да се измери по този начин.
Затова той смята, че светлината се
движи над 10 пъти по-бързо от звука.
18
1676 г. – датският астроном Олав Рьомер успял да определи
скоростта на светлината, изучавайки затъмненията на
Юпитер от четирите му големи спътника.
V = 296 000 km/s
През 1728 г. английският физик
Джеймс Брадли успява да определи
скоростта на светлината във вакуум
на около 301 000 км/секунда с
помощта на звездна аберация
(отклонение) – новооткрито явление, характеризиращо видимото
преместване на положението на
звезда заради земното движение по
орбитата около Слънцето.
19
1849 г.- френският физик Луи Физо предложил нов начин за
определяне на скоростта на светлината с помощта на бързовъртящи се зъбни колела
V= 313 000 km/s
20
1850 г. – френският физик Леон Фуко подобрява
системата на Физо и определя за скоростта на
светлината във въздуха стойност
V = 296 796 km/s
Леон Фуко експериментално показва, че във вода
светлината се разпространява с по- малка скорост
отколкото във въздух- пълно съответствие с
вълновата теория на светлината.
1879г. Майкелсън определя,
светлината във вакуум е
че
скоростта
на
V= 299 731 km/s
и показал, че скоростта на светлините вълни във
вакуум е една и съща независимо от техните
21
дължини.
Как светлината преминава през вакуум?
3. Електромагнитна теория за светлината
1873 г.- английският физик Джеймс Кларк Максуел
теоретично доказва, че светлината е
електромагнитна вълна.
1877 г.- немският физик
Хайнрих Херц експериментално доказва теорията на Максуел
като открива електромагнитните вълни.
Хайнрих
Херц
открива
явлението фотоефект, което
обаче
не
може
да
бъде
обяснено с тази теория за
светлината.
22
Проблеми
1. Не обяснява закономерностите на фотоефекта.
2. 1879 г. австрийският физик Йозеф Стефан показва,
че мощността на излъчване на абсолютно черно тяло
пропорционално на четвъртата степен на неговата
абсолютна температура:
P = σST4
3. 1893 г. немският физик Вилхелм Вин установява, че
произведението от дължината на вълната и абсолютната температура на черно тяло е:
λmaxT= cоnst
Досега известните теории не могат да обяснят пълно
23
и тези две закономерности.
4. Квантова теория за светлината
1900 г.- немският физик Макс Планк изказва хипотезата, че
светлината се излъчва на порциикванти.
1905 г.- Алберт Айнщайн- светлинатасе излъчва и се поглъща на
порции- фотони
24
Фотоните са особен вид частици, които винаги се
движат със скоростта на светлината с = 3.108 m/s.
Поток монохроматична светлина представлява поток
от еднакви фотони. Те имат двойнствена природа–
проявяват се хем като вълни, хем като частици.
Свойства на вълна, c=λ.ν
Фотоните имат честота
“ν” на вълната
Фотоните имат дължина
“λ” на вълната
Свойства на частица,
Е=h.ν.
Фотоните имат точно
определена енергия.
Излъчват се и се
поглъщат само цели
фотони.
25
Как да се съгласува електромагнитната
вълнова теория за светлината с предствата за
фотоните?
Класическа частица
Класическа вълна
1. Нейното положение в
пространството е винаги
точно определено
2. Движи се по строго
определена траектория
3. При удар с друга
частица за кратко време
обменя с нея енергия
4. Явленията
интерференция и
дифракция- невъзможни
1. Енергията на вълната
се разпределя в цялото
пространство
2. Разпространяват се
във всички посоки
3. Могат да
интерферират и
дифрактират
26
P
A
S
B
E
Явленията интерференция и дифракция не могат да
се обяснят, ако фотоните се разглеждат като класически частици, движещи се по точно определени
траектории.
27
Корпускулярно- вълнов дуализъмдвойственост в свойствата на светлината
1. При разпространението на светлината се проявяват
вълновите свойства на фотоните: светлината се разпространява като електромагнитна вълна.
2. При взаимодействие с веществото ( излъчване или
поглъщане) фотоните се проявяват като частици, т.е.
обособени обекти с точно определена енергия.
28
3. През 20- те години
на ХХ век е открита
двойственост в
свойствата на
електроните и другите
микрочастици:
- колкото по- малка е
дължината на вълната
на даден обект,
толкова по- близки са
неговите свойства до
свойствата на
класическите частици;
- обратно, при голяма
дължина на вълната
преобладават
вълновите свойства.
Дифракция на рентгенови
лъчи и на електрони
29
Благодаря
за
вниманието
30