Закони заломлення світла та оптичні прилади. Дифракція рентгенівських променів та дисперсія світла. Квантова природа електромагнітного випромінювання. Короткохвильова границя гальмового рентгенівського випромінювання. Теорія воднеподібного атома за Бором.
Геометрична оптика розглядає світло на основі уявлень про нього як сукупність світлових променів - ліній, уздовж яких розповсюджується енергія світлових електромагнітних хвиль.
Світло - одне з дивних явищ природи. Під дією світла і тепла розвивається і підтримується життя на Землі. Світло дає можливість одержати інформацію про навколишній світ. Що ж таке світло? Перша наукова теорія світла була створена Ньютоном. За теорією Ньютона, світні тіла випускають дрібні частки - корпускули, які летять з великою швидкістю.
Гіпотеза Ньютона пояснила широко відомі в той час світлові явища, наприклад, прямолінійне поширення, відбиття і заломлення світла.
Майже одночасно з Ньютоном Гюйгенс висунув хвильову гіпотезу про природу світла. Відповідно до цієї гіпотези, світло - це поперечна хвиля. Такі хвилі можуть існувати тільки в пружному середовищі. Тому Гюйгенс припустив, що Всесвіт заповнений невидимим пружним середовищем - світловим ефіром. Пізніше цю гіпотезу уточнив Френель.
Теорія Френеля пояснила такі явища, як прямолінійність поширення і дифракція світла. Однак ця теорія також мала ряд протиріч. У середині 19 ст. на зміну теорії Гюйгенса приходить електромагнітна теорія Максвелла.
За теорією Максвелла, світло - електромагнітна хвиля яка розповсюджується у вакуумі зі швидкістю м/с. Світло однієї частоти називається монохроматичним. Таке світло наші очі сприймають як певні кольори. Наприклад, частота світла Гц викликає відчуття червоних кольорів, а частота Гц - фіолетового.
Наприкінці XIX - на початку XX ст. був відкритий ряд таких явищ, як фотоефект, ефект Комптона, у яких світло проявляло корпускулярні властивості. Електромагнітна теорія Максвелла не могла пояснити природи теплового випромінювання.
Німецький учений М. Планк для пояснення природи теплового випромінювання у 1900 р. висунув гіпотезу про те, що атоми випромінюють світло порціями - квантами. Енергія кванта світла визначається формулою Планка. Гіпотеза Планка була розвинена А. Эйнштейном.
Эйнштейн показав, що світло випромінюється, поширюється і поглинається порціями (квантами) - фотонами. Сучасна квантово-хвильова теорія враховує ці властивості світла. Для пояснення процесу поширення пружних хвиль Гюйгенс висунув загальний принцип, що одержав назву принципу Гюйгенса: кожна точка середовища, до якого дійшла хвиля, стає джерелом вторинних сферичних хвиль, а обвідна цих хвиль указує нове положення фронту хвилі (рис. 1).
Геометричне місце точок, які коливаються в однакових фазах, називається хвильовою поверхнею, а передня поверхня - фронтом хвилі. Напрямок поширення хвилі називають променем.
Якщо знехтувати малою величиною довжини світлової хвилі, то ряд оптичних явищ можна пояснити з погляду геометричної оптики. Основні закони геометричної оптики такі: 1) закон прямолінійного поширення;
2) закон незалежності світлових пучків;
3) закони відбиття світла;
4) закони заломлення світла.
Швидкість світла у вакуумі вперше виміряв датський астроном Рьомер у 1675 р. під час спостереження затьмарення одного із супутників Юпітера. Перші досліди з визначення швидкості світла на Землі провів Фізо у 1849 р., а більш точні виміри були виконані американським ученим Майкельсоном за допомогою інтерферометра. Сучасні вимірювання швидкості світла базуються на дуже точних вимірах частоти випромінювання лазера.
1.2 Закони відбиття світла
Якщо світловий потік падає на поверхню будь-якого тіла, то частина падаючого світла відбивається. Закони відбиття світла були встановлені експериментально.
1. Відбитий промінь лежить у тій же площині, у якій лежать падаючий промінь і перпендикуляр, відновлений у точці падіння променя.
2. Кут відбиття дорівнює куту падіння = (рис. 18.1, а).
Таким чином, падаючий і відбитий промені оборотні. Якщо падаючий промінь направити по шляху відбитого, то відбитий промінь піде по шляху падаючого. Бачити предмети ми можемо тільки в тому разі, коли від них до нас в око попадає світло. Якщо промені, що падають на поверхню, паралельні і залишаються паралельними після відбиття, то таке відбиття є дзеркальним. Якщо поверхня шорсткувата - відбиття дифузне.
Швидкість світла у вакуумі є максимально можливою швидкістю в природі. Швидкість світла в різних середовищах зменшується. Вона залежить від оптичної щільності середовища. Мірою оптичної щільності є абсолютний показник заломлення. При переході світла з одного середовища в інше довжина хвилі змінюється прямо пропорційно швидкості світла в цьому середовищі: (18.1)
Контрольні запитання
1. Хто дав перше наукове пояснення світла? Що являє собою світло відповідно до цієї теорії?
2. Хто перший запропонував хвильову гіпотезу про природу світла?
3. Хто створив електромагнітну теорію світла?
4. Електромагнітні хвилі якої частоти можна віднести до видимого світла?
5. Яке світло називається монохроматичним?
6. Дайте визначення довжини світлової хвилі
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
