Tund teemal “Valguse olemust puudutavate vaadete kujunemise ajalugu. Valguse kiirus." 11. klass Khramova Anna Vladimirovna

"Peame igal võimalikul viisil lastes sütitama tulihingelist soovi teadmiste ja oskuste järele."

Y. Kamensky

Füüsikatund 11. klassis teemal

Tunni tüüp : õppetund uue materjali õppimiseks.

Tunni vorm : tund - teoreetiline uurimus.

Tunni eesmärgid: Tutvustada õpilasi valguse olemuse alaste ideede kujunemislooga ja valguse kiiruse leidmise meetoditega.

Tunni eesmärgid:

Hariduslik:

valguse põhiomaduste kordamine, füüsikaliste nähtuste seletamise oskuste kujundamine valguse kvant- või laineteooria kasutamisel, laine-osakeste duaalsuse idee rakendamine.

Hariduslik:

Õpitava materjali üldistamine ja süstematiseerimine, kogemuse ja teooria rolli selgitamine kvantfüüsika arengus, teooriate rakendatavuse piiride selgitamine, laine-osakeste dualismi avalikustamine.

Hariduslik:

näidata teadmiste protsessi lõpmatust, avastada teadlaste vaimset maailma ja inimlikke omadusi, tutvustada teaduse arengulugu, kaaluda teadlaste panust valgusteooria arengusse.

Varustus : multimeedia paigaldus, jaotusmaterjalid.

Tegevused: rühmatöö, individuaalne töö, frontaaltöö, iseseisev töö,kirjanduse või elektrooniliste teabeallikatega töötamine, tekstiga töötamise tulemuste analüüsimine, vestlus, kirjalik töö.

Teema interaktiivse tunni ülesehitus

“Valguse olemuse vaadete kujunemine. Valguse kiirus."

Tunni struktuurne element	Kas kasutate tavapärased meetodid	Õpetaja rollid	Üliõpilaste positsioonid	Tulemus	Aeg
Sukeldumine	Ma tean/tahan teada/sain teada	Probleemse loomeolukorra kujundaja ja korraldaja	Loomingulise tegevuse teema	Tabel täidetud veergudega "Ma tean", "Ma tahan teada"	5 minutit
Teoreetiline blokk	Kaheosaline päevik	Õpilaste õppe- ja teadustegevuse moderaator	Iseseisva õppe- ja teadustegevuse aine	Tabel "Valguse olemuse vaadete areng"	15 minutit
Teoreetiline blokk	Rühmatöö (kasutades logiraamatu strateegiat)	Konsultant õpilaste haridustaotluste alal	Rühma õppetegevuse teema	Tabel "Valguse kiiruse määramine"	20 minutit
Peegeldus	Ma tean/tahan teada/sain teada	Asjatundja	Iseseisva tegevuse subjekt	Tabel täidetud veergudega "Ma tean", "Ma tahan teada", "Mida ma õppisin"	5 minutit

Tundide ajal.

1. Aja organiseerimine. Tervitamine, õpilaste tunniks valmisoleku kontrollimine.
2. Tunni teema väljakuulutamine ja selleteemaliste teadmiste täiendamine.

Õpetaja:

Poisid, meenutagem, mida me sellel teemal teame?

Tooge näiteid looduslike ja kunstlike valgusallikate kohta.

Mis on tala?

Valguse sirgjoonelise levimise seadus.

Mis on vari?

Mis on penumbra?

Valguse peegelduse seadus.

Õpilastel palutakse täita ZHU tabeli esimene veerg “Ma tean” (lisa 1).

Igapäevakõnes kasutame sõna "valgus" erinevates tähendustes: minu valgus, mu päike, ütle mulle..., õppimine on valgus ja teadmatus on pimedus... Füüsikas on mõistel "valgus" palju spetsiifilisem tähendus. Mis on siis valgus? Ja mida sa tahaksid valgusnähtuste kohta teada? Palun täitke ZHU tabeli teine ​​veerg ise.

1. Tunni eesmärkide ja eesmärkide püstitamine (keemilise koostise tabeli ühisanalüüsi tulemuse alusel).
2. Teoreetiline plokk “Valguse olemuse vaadete arendamine”.

Õpilastele antakse tekst „Valguse olemuse vaadete kujunemine“ (lisa 2). Ülesandeks on iseseisev tekstiga tutvumine, selle analüüs ja kaheosalise päeviku koostamine (lisa 3).

1. Arutelu tekstiga töötamise tulemuste üle.
2. Probleemsituatsiooni formuleerimine "Kuidas mõõta valguse kiirust?"

Kuulus Ameerika teadlane Albert Michelson pühendas peaaegu kogu oma elu valguse kiiruse mõõtmisele.

Ühel päeval uuris teadlane valguskiire oletatavat teed mööda raudteed. Ta tahtis luua veelgi täpsema seadistuse valguse kiiruse mõõtmiseks veelgi täpsema meetodi jaoks. Ta oli selle probleemiga juba varem tegelenud

mitu aastat ja saavutanud selle aja kõige täpsemad väärtused. Ajalehereporterid hakkasid teadlase käitumise vastu huvi tundma ja küsisid hämmeldunult, mida ta siin teeb. Michelson selgitas, et mõõdab valguse kiirust.

Milleks? - järgnes küsimusele.

Sest see on kuratlikult huvitav,” vastas Michelson.

Ja keegi poleks osanud arvata, et Michelsoni katsetest saab vundament, millele rajatakse majesteetlik relatiivsusteooria ehitis, mis annab täiesti uue arusaama maailma füüsilisest pildist.

Viiskümmend aastat hiljem jätkas Michelson ikka veel valguse kiiruse mõõtmisi.

Kord esitas suur Einstein talle sama küsimuse,

Sest see on kuradi huvitav! - vastasid Michelson ja Einstein pool sajandit hiljem.

Õpetaja esitab küsimuse: "Kas valguse kiiruse tundmine on oluline peale selle, et see on lihtsalt "kuratlikult huvitav"?

Kuulatakse õpilaste arvamusi, kus rakendatakse teadmisi valguse kiiruse kohta.

1. Teoreetiline plokk "Valguse kiiruse mõõtmine".

Õpetaja jagab klassi eelnevalt loovrühmadesse, et uurida erinevaid valguse kiiruse mõõtmise meetodeid:

1. Rühm "Roemeri meetod"
2. Grupp "Meetod Fizeau"
3. Grupp "Foucault' meetod"
4. Rühm "Bradley meetod"
5. Grupp "Michelsoni meetod"

Iga rühm esitab kava kohaselt õpitud materjali kohta ettekande + ettekande:

1. Katse kuupäev
2. Eksperimenteerija
3. Eksperimendi olemus
4. Valguse kiiruse leitud väärtus.

Ülejäänud õpilased täidavad rühmaesinemiste ajal tabelit iseseisvalt (lisa 4). Tabeli paigutus koostatakse eelnevalt.

Õpetaja teeb kokkuvõtte.

Mis oli peamine raskus valguse kiiruse mõõtmisel?

Kui suur on ligikaudu valguse kiirus vaakumis?

Kaasaegne füüsika kinnitab kindlalt, et valguse kiiruse ajalugu pole veel lõppenud. Selle tõestuseks on viimastel aastatel tehtud töö valguse kiiruse mõõtmisel.

Kindel tulemus valguse kiiruse mõõtmisel mikrolainepiirkonnas oli Ameerika teadlase K. Frumi töö, mille tulemused avaldati 1958. aastal. Teadlane sai tulemuseks 299792,50 kilomeetrit sekundis. Pikka aega peeti seda väärtust kõige täpsemaks.

Valguse kiiruse määramise täpsuse suurendamiseks oli vaja luua põhimõtteliselt uued meetodid, mis võimaldaksid mõõta kõrgete sageduste ja vastavalt ka lühemate lainepikkuste piirkonnas. Võimalus selliste meetodite väljatöötamiseks tekkis pärast optiliste kvantgeneraatorite – laserite – loomist. Valguse kiiruse määramise täpsus on võrreldes Froomi katsetega kasvanud ligi 100 korda. Laserkiirguse abil sageduste määramise meetod annab valguse kiiruseks 299792,462 kilomeetrit sekundis.

Füüsikud jätkavad valguse kiiruse ajas püsivuse küsimuse uurimist. Valguse kiiruse uurimine võib anda palju rohkem uut teavet looduse mõistmiseks, mis on oma mitmekesisuses ammendamatu. Põhikonstandi 300-aastane ajalugu Koos näitab selgelt selle seoseid füüsika olulisemate probleemidega.

Õpetaja: - Millise järelduse saame teha valguse kiiruse tähtsuse kohta?

Õpilased: - Valguse kiiruse mõõtmine võimaldas füüsikat kui teadust edasi arendada.

1. Peegeldus. ZHU tabeli veeru „Õpitud” täitmine.

Kodutöö.Lõige 59 (G.Ja. Mjakišev, B.B. Bukhovtsev “Füüsika. 11”)

Probleemi lahendamine

1. Vana-Kreeka legendist Perseusest:

"Koletis ei olnud kaugemal kui noole lend, kui Perseus lendas kõrgele õhku. Tema vari langes merre ja koletis tormas raevukalt kangelase varju poole. Perseus tormas ülevalt julgelt koletise kallale ja torkas oma kõvera mõõga sügavale talle selga..."

Küsimus: mis on vari ja millise füüsikalise nähtuse tõttu see tekib?

2. Aafrika jutust “Juhi valimine”:

"Vennad," ütles toonekurg rahulikult ringi keskele kõndides. - Oleme hommikust saati vaielnud. Vaata, meie varjud on juba lühenenud ja kaovad varsti täielikult, sest keskpäev läheneb. Nii et tehkem mingi otsus enne, kui päike oma seniidi ületab..."

Küsimus: miks hakkasid inimeste heidetud varjude pikkused lühenema? Selgitage oma vastust joonisega. Kas Maal on kohta, kus varju pikkuse muutus on minimaalne?

3. Itaalia muinasjutust “Mees, kes otsis surematust”:

"Ja siis nägi Grantesta midagi, mis tundus talle hullem kui torm. Orule lähenes koletis, kes lendas kiiremini kui valgusvihk. Sellel olid nahkjad tiivad, tüükakas pehme kõht ja tohutu väljaulatuvate hammastega suu...”

Küsimus: Mis on selles lõigus füüsiliselt vale?

4. Vana-Kreeka Perseuse legendist:

"Perseus pöördus kiiresti gorgonide eest ära. Ta kardab näha nende ähvardavaid nägusid: ju üks pilk ja ta muutub kiviks. Perseus võttis Pallas Ateena kilbi - kuna gorgonid peegeldusid peeglist. Kumb on Medusa?

Nii nagu kotkas kukub taevast oma ohvrile, tormas Perseus magava Meduusa juurde. Ta vaatab selgesse kilpi, et täpsemalt lüüa...”

Küsimus: Millist füüsilist nähtust kasutas Perseus Medusa pea maharaiumiseks?

Lisa 1.

Tabel "Ma tean / tahan teada / sain teada"

2. lisa

Valguse olemuse vaadete kujunemise ajalugu

Esimesed ideed valguse olemuse kohta pandi paika iidsetel aegadel. Kreeka filosoof Platon (427–327 eKr) lõi ühe esimesi valguse teooriaid.

Euclid ja Aristoteles (300–250 eKr) kehtestasid eksperimentaalselt sellised optiliste nähtuste põhiseadused nagu valguse sirgjooneline levimine ning valguskiirte, peegelduse ja murdumise sõltumatus. Aristoteles oli esimene, kes selgitas nägemise olemust.

Hoolimata asjaolust, et iidsete filosoofide ja hilisemate keskaja teadlaste teoreetilised seisukohad olid ebapiisavad ja vastuolulised, aitasid need kaasa õigete vaadete kujunemisele valgusnähtuste olemuse kohta ja panid aluse valguse teooria edasisele arengule. valgust ja erinevate optiliste instrumentide loomist. Uute valgusnähtuste omaduste uurimise kuhjudes on vaatenurk valguse olemusele muutunud. Teadlased usuvad, et valguse olemuse uurimise ajalugu peaks algama 17. sajandil.

17. sajandil mõõtis Taani astronoom Roemer (1644–1710) valguse kiirust, itaalia füüsik Grimaldi (1618–1663) avastas difraktsiooninähtuse, geniaalne inglise teadlane I. Newton (1642–1727) töötas välja korpuskulaarse. valgusteooria, avastas dispersiooni ja interferentsi nähtused, E. Bartholin (1625–1698) avastas Islandi sparis kaksikmurdumise, pannes sellega aluse kristalloptikale. Huygens (1629–1695) algatas valguse laineteooria.

17. sajandil tehti esimesed katsed vaadeldavaid valgusnähtusi teoreetiliselt põhjendada. Newtoni välja töötatud korpuskulaarne valgusteooria seisneb selles, et valguskiirgust käsitletakse väikeste osakeste – kehakeste pideva vooluna, mida valgusallikas kiirgab ja mis lendavad suurel kiirusel homogeenses keskkonnas sirgjooneliselt ja ühtlaselt.

Valguse laineteooria seisukohalt, mille rajajaks on H. Huygens, on valguskiirgus laineliikumine. Huygens käsitles valguslaineid kui kõrge sagedusega elastseid laineid, mis levivad spetsiaalses elastses ja tihedas keskkonnas - eetris, mis täidab kõik materiaalsed kehad, nendevahelised ruumid ja planeetidevahelised ruumid.

Valguse elektromagnetilise teooria lõi 19. sajandi keskel Maxwell (1831–1879). Selle teooria kohaselt on valguslained elektromagnetilise iseloomuga ja valguskiirgust võib pidada elektromagnetiliste nähtuste erijuhuks. Ka Hertzi ja hiljem P.N.Lebedevi uuringud kinnitasid, et kõik elektromagnetlainete põhiomadused langevad kokku valguslainete omadustega.

Lorentz (1896) tegi kindlaks seose kiirguse ja aine struktuuri vahel ning arendas välja valguse elektroonilise teooria, mille kohaselt aatomites sisalduvad elektronid võivad teadaoleva perioodiga võnkuda ning teatud tingimustel valgust neelata või kiirata.

Maxwelli elektromagnetiteooria koos Lawrence'i elektroonika teooriaga selgitas kõiki sel ajal tuntud optilisi nähtusi ja näis paljastavat täielikult valguse olemuse probleemi.

Valgusemissioone käsitleti kui elektri- ja magnetjõu perioodilisi võnkumisi, mis levivad läbi ruumi kiirusega 300 000 kilomeetrit sekundis. Lawrence uskus, et nende vibratsioonide kandjal, elektromagnetilisel eetril, on absoluutse liikumatuse omadused. Loodud elektromagnetiteooria osutus aga peagi vastuvõetamatuks. Esiteks ei võtnud see teooria arvesse reaalse keskkonna omadusi, milles elektromagnetvõnkumised levivad. Lisaks oli selle teooria abil võimatu seletada mitmeid optilisi nähtusi, millega füüsika 19. ja 20. sajandi vahetusel kokku puutus. Need nähtused hõlmavad valguse emissiooni ja neeldumise protsesse, musta keha kiirgust, fotoelektrilist efekti ja muud.

Valguse kvantteooria tekkis 20. sajandi alguses. See sõnastati 1900. aastal ja põhjendati 1905. aastal. Valguse kvantteooria rajajad on Planck ja Einstein. Selle teooria kohaselt kiirgavad ja neelavad aineosakesed valguskiirgust mitte pidevalt, vaid diskreetselt, st eraldi osadena - valguskvantidena.

Kvantteooria justkui taaselustas valguse korpuskulaarteooria uuel kujul, kuid sisuliselt oli see laine ja korpuskulaarsete nähtuste ühtsuse arendamine.

Ajaloolise arengu tulemusena on kaasaegsel optikal hästi põhjendatud valgusnähtuste teooria, mis suudab selgitada kiirguse erinevaid omadusi ja võimaldab vastata küsimusele, millistel tingimustel võivad valguskiirguse teatud omadused avalduda. Kaasaegne valguse teooria kinnitab selle kahetist olemust: laine ja korpuskulaarne.

Tulemus (km/s)

1676

Roemer

Jupiteri kuud

214000

1726

Bradley

Tähtede aberratsioon

301000

1849

Fizeau

Käik

315000

1862

Foucault

Pöörlev peegel

298000

1883

Michelson

Pöörlev peegel

299910

1983

Aktsepteeritud väärtus

299 792,458

Lehekülg

Küsimusi valguse olemuse ja levimisseaduste kohta tõstatasid Kreeka filosoofid. Euclid (300 eKr) seletas visuaalset tajumist visuaalsete kiirtega, mis lähtusid silmadest, mis tajusid objekti. Ta sõnastas ka valguse sirgjoonelise levimise seaduse. Optika arenes kiiresti 16. sajandi lõpus ja 17. sajandi alguses, kui Hollandi teadlane Jansen (1590) ehitas esimese kahe läätsega mikroskoobi ja Galileo (1609) tegi oma teleskoobiga mitmeid astroloogilisi avastusi (Wieneri faasid, Jupiteri satelliidid). , mäed Kuul). 1620. aastal kehtestas Hollandi teadlane Snell lõpuks murdumisseaduse, mille kirjutas meile tuttaval kujul prantsuse teadlane Descartes.

Isaac Newton (17. sajandi lõpp) andis suure panuse optika arengusse. Tuginedes valguse sirgjoonelisusele, samuti peegeldus- ja murdumisseadustele, oletas ta, et valgus on helendava keha poolt kiiratud ja mehaaniliste seaduste järgi tohutu kiirusega lendav kehakeste voog. Ta suutis seletada valguse lineaarset levimist homogeenses keskkonnas, kehakesed liiguvad inertsist. Peegeldusseadus: kehakesed peegelduvad 2 keskkonna piirilt nagu kuulid tasasel pinnal. Newton selgitas ka murdumisseadust, kuid mitte vähenemise, vaid kehakeste liikumiskiiruse suurenemisega tihedamas keskkonnas. Newton näitas ka, et valge valgus on komposiit ja sisaldab "puhtaid värve", mille korpusel on mass erinev: violetne korpus on kõige kergem ja punane on kõige raskem (ma ei arvanud).

Koos Newtoni korpuskulaarse valguse kontseptsiooniga tekkis ja arenes 17. sajandil välja ka Hooke-Huygensi laineteooria (pikisuunaliste deformatsioonide levik nn maailmaeetris). Kasutades Huygensi põhimõtet, on iga punkt, kuhu valguslaine on jõudnud, sekundaarsete lainete allikaks, samuti on võimalik selgitada peegeldus- ja murdumisseadust ning difraktsiooni (ümber takistuste painutamine) ja interferentsi (superpositsioon) nähtusi.

Nii oli 17. sajandi lõpuks optikas välja kujunenud kaks vastandlikku vaatesüsteemi valguse olemuse kohta (korpuskulaarne ja laineline), mõlemad teooriad selgitasid geomeetrilise optika põhiseadusi, kuid kummalgi olid omad puudused. Huygens ei suutnud seletada erinevate värvide murdumisnäitajate hajumist (Newton võiks). Kuid Newton, selgitades, et valgus peegeldub osaliselt ja murdub osaliselt, pidi pakkuma, et korpusel kogevad peegeldus- ja murdumishood. Newtoni autoriteet viis aga selleni, et kogu 18. sajandi vältel kaldus enamik füüsikuid valguse korpuskulaarsele teooriale. Kumbki teooria ei suuda seletada 1724. aastal Barthalimuse avastatud topeltmurdumist ega ka valguse korrelatsiooni nähtust. 1717. aastal näitas Newton, et valguse korrelatsiooni saab seletada ainult põiklainetega, mis Newtoni arvates lükkas ümber valguse laineteooria. 19. sajandi alguses töötasid matemaatikud välja võnkumiste ja lainete teooria, mida rakendati edukalt mõnede optiliste nähtuste puhul. Nii kehtestas inglise teadlane Young 1801. aastal interferentsi printsiibi, Fresnel (1815) selgitas Huygensi põhimõtet, lisades sellele, et sekundaarlained segavad, mis võimaldas selgitada valguse interferentsi. Tuginedes Faraday ja Argo katsetele polariseeritud valguse interferentsi kohta, pakkus Young välja, et valgus on põiklaine; eetrile oli vaja omistada elastsed omadused (see tähendab, et eeter ei ole vedelik ega gaas, vaid tahke aine ).

Faraday katsed 1846. aastal interaktsiooni kohta magnetväljaga, samuti Maxwelli uurimus 1845. aastal võimaldasid tõestada, et valgus on elektromagnetlaine. Maxwelli teooria võimaldas selgitada ja kvantifitseerida elektromagnetlainete ja seega ka valguse levimiskiirust erinevates meediumites. Tundus, et laineteooria võitis, kuid absoluutse musta keha kiirguse spektraalsete tunnuste uurimise tulemused, mis ilmnesid 19. sajandi lõpuks. 1901. aastal näitas Planck, et elektromagnetlainete emissioon ja neeldumine ei toimu pidevalt. Elektromagnetlaineid kiirgatakse osadena (kvantidena) ja iga osa energia määrab ainult sagedus E = h v. Einstein selgitas fotoelektrilise efekti seaduspärasusi 1905. aastal, lisades valgusosakesi, mida nimetatakse footoniteks. See tähendab, et Einstein näitas, et valgust mitte ainult ei neeldu ja kiirgavad kvantid, vaid see levib ka osakeste kujul, jäädes samas laineks. Need Plancki ja Einsteini avastused viisid kvantmehaanika tekkeni, mis arenes välja kogu 20. sajandi jooksul.

Esitluse kirjeldus üksikute slaidide kaupa:

1 slaid

Slaidi kirjeldus:

2 slaidi

Slaidi kirjeldus:

Valgusallikast (lambipirnist) levib valgus igas suunas ja langeb ümbritsevatele objektidele, põhjustades nende kuumenemise. Kui valgus siseneb silma, tekitab see visuaalse aistingu – me näeme. allika vastuvõtja Valguse levimisel kandub mõju allikalt vastuvõtjale.

3 slaidi

Slaidi kirjeldus:

Mõjutuste edastamiseks on kaks võimalust: aine ülekandmine allikast vastuvõtjasse; kehadevahelise keskkonna oleku muutmisega (ilma aine ülekandmiseta).

4 slaidi

Slaidi kirjeldus:

Valguse teooriad: Newtoni korpuskulaarne valguse teooria: valgus on osakeste voog, mis tulevad allikast igas suunas (aine ülekanne) 2. Huygensi valguse laineteooria: valgus on lained, mis levivad spetsiaalses hüpoteetilises keskkonnas - eetris, mis täidavad kõik ruumi ja tungides kõikidesse telefonidesse 3. Maxwelli valguse elektromagnetiline teooria: valgus on elektromagnetlainete erijuhtum. Kui valgus liigub, käitub see nagu laine. 4. Valguse kvantteooria: kiirgamisel ja neeldumisel käitub valgus nagu osakeste voog.

5 slaidi

Slaidi kirjeldus:

VALGUSE OLEMUS Optika on füüsika haru, mis uurib valgusnähtusi. Mis on valgus? Teadlaste seisukohad valguse olemuse kohta on aja jooksul muutunud. Alates 18. sajandist on füüsikas käinud võitlus laineteooria ja korpuskulaarteooria järgijate vahel. Kuulus teadlane I. Newton uskus: valgus on helendava keha poolt väljutatud kehakeste (osakeste) voog, mis levivad ruumis sirgjooneliselt. Seda oletust kinnitas valguse sirgjoonelise levimise seadus. Inglise teadlane R. Hooke luges: valgus on mehaanilised lained. Seda teooriat kinnitasid H. Huygensi, T. Jungi, O. Fresneli jt tööd Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt on valgusel kahetine olemus (laine-osakeste duaalsus): - valgusel on lainelised omadused ja see on elektromagnetlaine, kuid samas on see ka osakeste – footonite voog. Sõltuvalt valguse vahemikust ilmnevad teatud omadused suuremal määral.

6 slaidi

Slaidi kirjeldus:

7 slaidi

Slaidi kirjeldus:

8 slaidi

Slaidi kirjeldus:

Slaid 9

Slaidi kirjeldus:

Valguse levimisel domineerivad laineomadused.Valguse vastasmõjus ainega domineerivad kvantomadused Laine-korpuskli dualism on kahe füüsika uuritud aine põhivormi – aine ja välja – vahelise seose ilming.

10 slaidi

Slaidi kirjeldus:

11 slaidi

Slaidi kirjeldus:

Geomeetriline optika on optika haru, mis uurib valguskiire kontseptsiooni alusel valgusenergia levimise seadusi läbipaistvas keskkonnas. Valguse kiiruse eksperimentaalne määramine: esimesed katsed määrata valguse kiirust. astronoomiline valguse kiiruse mõõtmise meetod (O. Roemer, 1676) valguse kiiruse mõõtmise laboratoorne meetod (I. Fizeau, 1849) Michelsoni valguskiiruse määramine. valguse kiiruse määramine Esseni ja Froome'i poolt. valguse kiiruse väärtus, mis saadakse selle tänapäevaste mõõtmismeetoditega.

12 slaidi

Slaidi kirjeldus:

Ole Christensen Rømer Sünniaeg: 25. september 1644 Surmaaeg: 19. september 1710 (65-aastane) Riik: Taani Teadusvaldkond: astronoomia Alma mater: Kopenhaageni Ülikool

Slaid 13

Slaidi kirjeldus:

Astronoomiline meetod valguse kiiruse mõõtmiseks 1676 – valguse kiirust mõõtis esmakordselt Taani teadlane O. Roemer. Roemer jälgis päikesesüsteemi suurima planeedi Jupiteri satelliitide varjutusi. Erinevalt Maast on Jupiteril 67 avatud satelliiti. Selle lähim satelliit Io sai Roemeri vaatluste objektiks. Ta nägi, kuidas satelliit möödus planeedi eest, sukeldus seejärel selle varju ja kadus vaateväljast. Siis ilmus ta uuesti välja, nagu vilkuv lamp. Kahe puhangu vaheline ajavahemik osutus 42 tunniks 28 minutiks. Seega oli see "kuu" tohutu taevakell, mis saatis oma signaale Maale korrapäraste ajavahemike järel.

Slaid 14

Slaidi kirjeldus:

1676. aastal määras Roemer valguse kiiruse, jälgides Jupiteri kuu Io varjutust. Meetodi olemus on Jupiteri satelliidi varjutuse aja mõõtmine, kui seda vaadeldakse Maalt positsioonides 1 ja 2. Punktide 1 ja 2 vaheline kaugus võrdub Maa orbiidi läbimõõduga.

15 slaidi

Slaidi kirjeldus:

Teades Io ilmumise viivitust ja vahemaad, mille tõttu see on põhjustatud, saate kiiruse määrata, jagades selle vahemaa viivitusajaga. Kiirus osutus ülisuureks, ligikaudu 300 000 km/s. Seetõttu on äärmiselt raske tabada valguse levimise aega kahe Maa kaugema punkti vahel. Lõppude lõpuks läbib valgus ühe sekundi jooksul 7,5 korda suurema vahemaa kui Maa ekvaatori pikkus. "Kui ma saaksin jääda teisele poole maakera orbiiti, tõuseks satelliit varjust iga kord kindlaksmääratud ajal ja seal olev vaatleja näeks Io-d 22 minutit varem. Sel juhul on viivitus tingitud sellest, et valgusel kulub minu esimesest vaatluskohast minu praegusesse asukohta liikumiseks 22 minutit. Jupiteri tiirlemisperiood on 11,86 aastat. 12 aastat - 3600 1 aasta - 3600:12=300 pool aastat - 150

16 slaidi

Slaidi kirjeldus:

VALGUSE KIIRUSE MÕÕTMINE Astronoomiline meetod 1676. aastal mõõtis esmakordselt valgust Taani füüsik O. Roemer. Roemer jälgis Jupiteri kuu Io varjutust. Io - Jupiteri I satelliit - satelliit oli Jupiteri varjus 4 tundi. 28 min. II – satelliit tuli varjust välja 22 minutiks. Hiljem viidi mõõtmised läbi kaks korda: Jupiteri väikseimal kaugusel Maast ja 6 kuu pärast, mil Maa ja Jupiteri vaheline kaugus muutus suurimaks. Sellest tulenevat erinevust varjutuse kestuses seletati asjaoluga, et valgus, mis levis lõpliku kiirusega, pidi läbima täiendava maakera orbiidi läbimõõduga distantsi. Kehva mõõtmistäpsuse tõttu sai Roemer valguse kiiruseks vaid väga ligikaudse väärtuse, 215 000 km/s.

Slaid 17

Slaidi kirjeldus:

Hippolyte Fizeau: 23. september 1819 – 18. september 1896, kuulus prantsuse füüsik, Pariisi Teaduste Akadeemia liige

18 slaidi

Slaidi kirjeldus:

Laboratoorsed meetodid valguse kiiruse mõõtmiseks Prantsuse füüsik I. Fizeau mõõtis valguse kiirust esimesena laborimeetodil aastal 1849. Fizeau katses langes allikast tulev valgus, läbides läätse, poolläbipaistvale plaadile 1 (Joonis 2). Pärast plaadilt peegeldumist suunati fokuseeritud kitsas kiir kiiresti pöörleva hammasratta perifeeriasse. Hammaste vahelt möödudes jõudis valgus peeglini 2, mis asub rattast mitme kilomeetri kaugusel. Peeglist peegeldunud valgus pidi enne vaatleja silma sattumist uuesti hammaste vahelt läbi minema. Kui ratas aeglaselt pöörles, oli näha peeglist peegeldunud valgust. Pöörlemiskiiruse kasvades kadus see järk-järgult. Kui kahe hamba vahelt läbiv valgus läks peeglisse ja tagasi, oli rattal aega pöörata nii, et pesa asendas hammas ja valgus lakkas enam näha olema. Pöörlemiskiiruse edasise suurenemisega muutus valgus taas nähtavaks. Ilmselgelt jõudis ratas sel ajal, kui valgus peeglisse ja tagasi levis, nii palju keerata, et eelmise pilu asemele tuli uus pilu. Teades seda aega ning ratta ja peegli vahelist kaugust, saate määrata valguse kiiruse. Fizeau katses oli vahemaa 8,6 km ja valguse kiiruse väärtuseks saadi 313 000 km/s. Joonis 2

Optiline kiirgus(ehk valgus selle sõna laiemas tähenduses) on elektromagnetlained, mille pikkused jäävad vahemikku 10-11 kuni 10-2 m (ühikutest kümnendikku mm) või mille sagedusvahemik on ligikaudu 3 * 10 11 ... 3 * 10 17 Hz

Nagu iga muu kiirguse puhul, on see olemas optilise kiirguse allikas Ja optilise kiirguse vastuvõtja. Optilise kiirguse vastuvõtjaks võib olla näiteks inimese silm. Inimsilm on võimeline tajuma optilist kiirgust lainepikkusega 400–760 nm. See nähtav kiirgus. Optiline kiirgus hõlmab lisaks nähtavale kiirgusele ka infrapunakiirgus(lainepikkusega 0,75 kuni 2000 µm) ja ultraviolettkiirgust(lainepikkusega 10 kuni 400 nm). Valguslaineid uuritakse optiliste meetoditega, mis ajalooliselt kujunesid välja nähtava valguse seaduspärasuste analüüsimisel.

17. sajandil avaldati esimesed teaduslikud hüpoteesid valguse olemuse kohta. Valgusel on energiat ja see kannab seda ruumis edasi. Energiat saab üle kanda kas kehade või lainete kaudu, seega on valguse olemuse kohta esitatud kaks teooriat.

Valguse korpuskulaarne teooria(ladinakeelsest sõnast corpusculum - osake) pakkus 1672. aastal välja inglise teadlane Isaac Newton (1643 - 1727). Selle teooria kohaselt on valgus osakeste voog, mis kiirgub igas suunas Valgusallikas. Seda teooriat kasutades selgitati optilisi nähtusi nagu näiteks kiirguse erinevad värvid.

Hollandi teadlane Christiaan Huygens (1629 - 1695) lõi samuti 17. sajandil. valguse laineteooria, mille kohaselt on valgusel laineline iseloom. See teooria seletab hästi selliseid nähtusi nagu sekkumine, valguse difraktsioon jne.

Mõlemad teooriad eksisteerisid paralleelselt pikka aega, kuna kumbki neist eraldi ei suutnud kõiki optilisi nähtusi täielikult selgitada. 19. sajandi alguseks sai pärast prantsuse füüsiku Augustin Jean Fresneli (1788 - 1827), inglise füüsiku Robert Hooke'i (1635 - 1703) ja teiste teadlaste uurimistööd selgeks, et valguse laineteoorial on eelis. korpuskulaarteooria. 1801. aastal sõnastas inglise füüsik Thomas Young (1773 – 1829) interferentsi põhimõtte (valgustuse suurendamine või nõrgenemine valguslainete üksteise peale asetamisel), mis võimaldas tal selgitada õhukeste kilede värve. Fresnel selgitas, mis on valguse difraktsioon (valguse painutamine ümber takistuste) ja valguse levimise sirgus.

Kuid valguse laineteoorial oli üks oluline puudus. Eeldati, et valguskiirgus on ristsuunalised mehaanilised lained, mis võivad tekkida ainult elastses keskkonnas. Seetõttu loodi hüpotees nähtamatu maailma eetri kohta, mis on hüpoteetiline meedium, mis täidab kogu Universumi (kogu kehade ja molekulide vahelise ruumi). Maailmaeetris pidi olema hulk vastuolulisi omadusi: ta pidi omama tahkete kehade elastsust ja olema samal ajal kaalutu. Need raskused lahendati 19. sajandi teisel poolel inglise füüsiku James Clerk Maxwelli (1831–1879) järjekindla elektromagnetvälja õpetuse väljatöötamisega. Maxwell jõudis järeldusele, et valgus on elektromagnetlainete erijuhtum.

20. sajandi alguses aga katkendlik ehk kvant valguse omadused. Neid omadusi seletati korpuskulaarteooriaga. Seega on valgusel laine-osakeste duaalsus (omaduste kahesus). Levikuprotsessi ajal avaldab valgus lainelisi omadusi (st see käitub nagu laine) ning emissiooni ja neeldumise ajal korpuskulaarseid omadusi (see tähendab, et see käitub nagu osakeste voog).

Valguskiire kontseptsioonil põhinevaid valguse levimise seadusi läbipaistvas keskkonnas käsitletakse optika osas nn. On arusaadav, et sada valguskiirt on joon, mida mööda levib valguse elektromagnetlainete energia.

Valguse sirgjoonelise levimise seadus

Praktikas levib valgus sirgjooneliselt piiratud koonuse piires, mis kujutab endast valguskiirt. Selle valguskiire läbimõõt ületab valguse lainepikkuse.

Kui murdumisnäitaja keskkond on igal pool ühesugune, siis sellist keskkonda nimetatakse optiliselt homogeenne keskkond.

Läbipaistvas homogeenses keskkonnas liigub valgus sirgjooneliselt. See on valguse sirgjoonelise levimise seadus.

Valguse levimise sirgust kinnitavad paljud nähtused, näiteks varjude ilmumine läbipaistmatutelt kehadelt. Kui S on väga väike valgusallikas ja M on läbipaistmatu keha, mis blokeerib sellele langeva valguse S tee, siis moodustub keha M taha varjukoonus. Allikast tulevat valgust viivitab keha M ja koonuse telje suhtes täisnurga all asetseval ekraanil saadakse keha M täpselt määratletud vari (vt joonis 1.1).

Riis. 1.1. Valguse levimise sirgus.

Suured valgusallikad (võrreldes kaugusega valgusallikatest takistuseni) moodustavad pooliku. Penumbra moodustamiseks võib kasutada kahte väikest allikat, mis asuvad üksteisest suure valgusallika suurusega võrdsel kaugusel. Joonisel fig. Joonisel 1.2 on ristlõige valguse mõjul tekkivatest varjukoonustest keha M taga. Läbipaistmatu keha M taha tekib terviklik vari piirkonnas, kuhu valgus ei lange ühestki valgusallikast.

Penumbra(osaliselt valgustatud ruum) moodustub piirkonda, kust läbivad ainult ühe valgusallika kiired. Näiteks piirkonnas, kus läbivad ainult allika S1 kiired ja teise valgusallika S2 varjab keha M. Kui valgusallikas on suur, siis võib iga selle punkti käsitleda punktvalgusallikana. Sel juhul lisandub kiirgava pinna üksikute osade kiirgus. Moodustuvad ka varju- ja poolvarjualad.

Riis. 1.2. Suure valgusallika poolt moodustatud poolumbra.

Varju tekkimine valgusallika kiirte langemisel läbipaistmatule objektile seletab selliseid nähtusi nagu päikese- ja kuuvarjutused.

Vara nagu valguse levimise sirgus, kasutatakse kauguste määramisel maal, merel ja õhus, samuti tootmises toodete ja tööriistade sirguse jälgimisel mööda vaatevälja.

Valguse levimise sirgus selgitab võimalust saada pilte väikese ava abil. Nimetatakse lihtsaimat seadet, mis võimaldab jälgida objektide ümberpööratud kujutist auku kaamera ja on karp, mille esiseinas on väike auk. Sirgelt liikuv valgusvihk tabab camera obscura tagaseina, kuhu ilmub sobiva intensiivsusega valguslaik. Objekti kõikidest punktidest lähtuvate valguslaikude kombinatsioon loob sellest objektist pildi camera obscura tagaseinale.

1 pikap 7

1.1 Valguse olemuse kohta vaadete kujunemine. Valguslained 7

1.2. Tasapinnalise laine peegeldumine ja murdumine kahe dielektriku pinnal 10

1.3. Täielik sisepeegeldus 11

1.4. Amplituudi ja faasi 11 seos

2 Häired 14

2.1 Häirete nähtus. Vibratsiooni lisamine 14

2.2 Häireribade laius 15

2.3 Meetodid intensiivsuse jälgimiseks laine 17 lainefrondi jagamisel

2.4 Meetodid koherentsete kiirte saamiseks amplituudijaotusega 17

2.5 Häirete rakendamine 20

3 Difraktsioon 23

3.1 Huygensi-Fresneli põhimõte 23

3.2 Valguse levimise sirgus. Fresneli tsoonid 25

3.3 Difraktsioon keskmisest avast 27

3.4. Difraktsioonivõre 29

4 Elektromagnetlainete vastastikmõju ainega 29

4.1 Valguse dispersioon 29

4.2 Valguse hajumise elektrooniline teooria 31

4.3 Neeldumine (valguse neeldumine) 32

4.4 Valguse hajumine 33

5 Valguse kvantomadused 35

5.1 Fotoelektrilise efekti tüübid 35

5.2 Välise fotoefekti seadused (Stoletovi seadused) 37

5.3 Einsteini võrrand välise fotoelektrilise efekti jaoks 38

5.4 Fotoelektrilise efekti rakendamine 39

Järeldus 40

Kasutatud allikate loetelu 41

1 vastus

1.1 Valguse olemuse kohta vaadete kujunemine. Kerged lained

Juba optiliste uuringute esimestel perioodidel tehti eksperimentaalselt kindlaks optiliste nähtuste nelja põhiseaduse tagajärjed:

Valguse sirgjoonelise hajumise seadus.

Valguskiirte sõltumatuse seadus (kehtib ainult lineaaroptikas).

Peegelduse seadus.

Valguse murdumise seadus kahe keskkonna piiridel.

Esiteks: valgus levib optiliselt homogeenses keskkonnas sirgjooneliselt.

Teiseks: ühe kiire tekitatud efekt sõltub sellest, kas ülejäänud talad toimivad samaaegselt või kõrvaldatakse.

Peegeldunud kiir asub langeva kiirga ja langemispunktis kahe keskkonna vahelise liidesega tõmmatud ristiga samal tasapinnal; langemisnurk võrdne nurgaga peegeldused.

Neljandaks: langev kiir, murdunud kiir ja kokkupuutepunktis liidesega tõmmatud rist asetsevad samal tasapinnal; murdumisnurga siinuse suhe on antud keskkonna konstantne väärtus:

Kus - teise keskkonna suhteline murdumisnäitaja esimese suhtes. Kahe keskkonna suhteline murdumisnäitaja on võrdne nende absoluutsete murdumisnäitajate suhtega:

Meediumi absoluutset murdumisnäitajat nimetatakse suuruseks , mis võrdub vaakumis elektromagnetlainete kiiruse ja nende faasikiiruse suhtega keskkonnas

(1.1)

Põhiseadused kehtestati ammu, kuid vaatenurk nendele on paljude sajandite jooksul muutunud.

Niisiis järgis Newton mehaanikaseadustele alluvate valgusosakeste väljavoolu teooriat. Huygens tuli välja teise (korpuskulaarne valguse teooria) valguse teooria. Ta uskus, et valgusergastusi tuleks käsitleda kui elastseid impulsse, mis levivad spetsiaalses keskkonnas – eetris (valguse laineteooria).

18. sajandil oli korpuskulaarteooria domineeriv, kuigi võitlus mõlema teooria vahel ei lõppenud.

Seejärel andsid Youngi ja Fresneli tööd 19. sajandil laineoptikasse suure panuse ja täiendused. Maxwell sõnastas oma teoreetiliste uuringute põhjal järelduse, et valgus on elektromagnetlaine. Elektromagnetlaine kiirus keskkonnas

(1.2)

Kus - valguse kiirus vaakumis, - kiirus dielektrilise konstandiga keskkonnas ja magnetiline läbilaskvus .

Sest
, See

(1.3)

(1.3) annab seose aine optiliste, elektriliste ja magnetiliste konstantide vahel. Optilise vahemiku lainepikkus. Valguslaine poolt ülekantava energiavoo tiheduse ajakeskmise väärtuse moodulit nimetatakse valguse intensiivsuseks.

,
.

,
.

Joone, mida mööda valgusenergia liigub, nimetatakse kiirteks.
suunatud tangentsiaalselt kiirele. Isotroopses keskkonnas
. Maxwelli teooria tagajärg on valguslainete põiksuunalisus: elektrivektorid ja magnetiline väljad on üksteisega risti ja võnkuvad kiirusvektoriga risti levikiir, s.o. risti talaga.

Tavaliselt tehakse optikas kogu arutluskäik valgusvektori - intensiivsuse vektori suhtes elektriväli. Kuna valguse mõjul ainele on peamine tähtsus lainevälja elektrilisel komponendil, mis mõjutab aine aatomites olevaid elektrone.

Valgus on paljude aatomite kogu elektromagnetiline kiirgus. Aatomid kiirgavad valguslaineid üksteisest sõltumatult, seetõttu iseloomustavad keha kui terviku kiirgavat valguslainet kõikvõimalikud võrdselt tõenäolised valgusvektori võnked (vt joon. pildi tasapinnaga risti olev kiir).

Kerge, kõigi võimalike võrdselt tõenäoliste vektororientatsioonidega nimetatakse loomulikuks. Kui on kord, siis nimetatakse valgust polariseeritud. Kui võnkumised toimuvad ainult ühel kiirt läbival tasapinnal, nimetatakse valgust tasapinnaliseks (lineaarselt) polariseeritud.

Tasapinnaline polariseeritud valgus on elliptiliselt polariseeritud valguse piirav juhtum – st. vektori lõpp kirjeldab ellipsi ajas.

; Kus - elliptilisus.