“Işığın doğasına ilişkin görüşlerin gelişim tarihi” konulu ders. Işık hızı." 11. sınıf Khramova Anna Vladimirovna

“Mümkün olan her şekilde çocuklarda bilgi ve beceriye yönelik ateşli bir arzuyu ateşlememiz gerekiyor.”

Y. Kamensky

Konuyla ilgili 11. sınıfta fizik dersi

Ders türü : yeni materyal öğrenme dersi.

Ders formu : ders - teorik araştırma.

Ders hedefleri: Öğrencilere ışığın doğası hakkındaki fikirlerin gelişim tarihi ve ışığın hızını bulma yöntemleri hakkında bilgi vermek.

Ders hedefleri:

Eğitici:

ışığın temel özelliklerinin tekrarı, ışığın kuantum veya dalga teorisinin kullanımına dayalı olarak fiziksel olayları açıklama becerilerinin oluşturulması, parçacık-dalga düalizmi fikrinin uygulanması.

Eğitici:

Çalışılan materyalin genelleştirilmesi ve sistemleştirilmesi, kuantum fiziğinin gelişiminde deneyim ve teorinin rolünün açıklığa kavuşturulması, teorilerin uygulanabilirliğinin sınırlarının açıklanması, dalga-parçacık düalizminin açıklanması.

Eğitici:

bilgi sürecinin sonsuzluğunu gösterin, bilim adamlarının manevi dünyasını ve insani niteliklerini keşfedin, bilimin gelişim tarihini tanıtın, bilim adamlarının ışık teorisinin gelişimine katkısını göz önünde bulundurun.

Teçhizat : multimedya kurulumu, bildiriler.

Faaliyet türleri: grup çalışması, bireysel çalışma, ön çalışma, bağımsız çalışma,edebiyat veya elektronik bilgi kaynaklarıyla çalışmak, metin, konuşma, yazılı çalışmayla çalışmanın sonuçlarını analiz etmek.

Konuyla ilgili etkileşimli bir dersin yapısı

“Işığın doğasına ilişkin görüşlerin geliştirilmesi. Işık hızı."

Dersin yapısal unsuru	Kullanıyor musun? geleneksel yöntemler	Öğretmen Rolleri	Öğrenci pozisyonları	Sonuç	Zaman
Dalmak	Biliyorum/bilmek istiyorum/öğrendim	Sorunlu bir yaratıcı durumun tasarımcısı ve organizatörü	Yaratıcı aktivitenin konusu	"Biliyorum", "Bilmek istiyorum" sütunlarının bulunduğu tablo	5 dakika
Teorik blok	İki bölümlü günlük	Öğrencilerin eğitim ve araştırma faaliyetlerinin moderatörü	Bağımsız eğitim ve araştırma faaliyetlerinin konusu	Tablo “Işığın doğasına ilişkin görüşlerin geliştirilmesi”	15 dakika
Teorik blok	Grup çalışması (Kayıt Defteri stratejisini kullanarak)	Öğrencilerin eğitim talepleri konusunda danışman	Grup eğitim faaliyetlerinin konusu	Tablo "Işık hızının belirlenmesi"	20 dakika
Refleks	Biliyorum/bilmek istiyorum/öğrendim	Uzman	Bağımsız faaliyetin konusu	“Biliyorum”, “Bilmek istiyorum”, “Ne öğrendim” sütunlarının bulunduğu tablo	5 dakika

Dersin ilerleyişi.

1. Organizasyon anı. Selamlama, öğrencilerin derse hazır olup olmadıklarının kontrol edilmesi.
2. Dersin konusunun duyurulması ve bu konudaki bilgilerin güncellenmesi.

Öğretmen:

Arkadaşlar bu konu hakkında bildiklerimizi hatırlayalım mı?

Doğal ve yapay ışık kaynaklarına örnekler veriniz.

Işın nedir?

Işığın doğrusal yayılım kanunu.

Gölge nedir?

Penumbra nedir?

Işığın yansıması kanunu.

Öğrencilerden ZHU tablosunun ilk sütunu “Biliyorum”u doldurmaları istenir (Ek 1).

Günlük konuşmada "ışık" sözcüğünü çeşitli anlamlarda kullanırız: Işığım, güneşim, söyle bana..., öğrenmek ışıktır, cehalet karanlıktır... Fizikte "ışık" teriminin bir anlamı vardır. çok daha özel bir anlam taşıyor. Peki ışık nedir? Peki ışık fenomeni hakkında ne bilmek istersiniz? Lütfen ZHU tablosunun ikinci sütununu kendiniz doldurun.

1. Dersin amaç ve hedeflerinin belirlenmesi (kimyasal bileşim tablosunun ortak analizinin sonucuna dayanarak).
2. Teorik blok “Işığın doğasına ilişkin görüşlerin geliştirilmesi.”

Öğrencilere “Işığın doğasına ilişkin görüşlerin geliştirilmesi” metni verilir (Ek 2). Görev, metni bağımsız olarak tanımak, analiz etmek ve iki bölümlü bir günlük derlemektir (Ek 3).

1. Metinle çalışmanın sonuçlarının tartışılması.
2. Problem durumunun formülasyonu “Işık hızı nasıl ölçülür?”

Ünlü Amerikalı bilim adamı Albert Michelson neredeyse tüm yaşamını ışık hızını ölçmeye adadı.

Bir gün bir bilim adamı, demiryolu hattı boyunca bir ışık ışınının sözde yolunu inceledi. Işık hızını ölçmenin daha doğru bir yöntemi için daha da gelişmiş bir düzenek oluşturmak istiyordu. Daha önce bu sorun üzerinde zaten çalışmıştı.

birkaç yıl sürdü ve o zaman için en doğru değerlere ulaştı. Gazete muhabirleri bilim adamının davranışıyla ilgilenmeye başladı ve şaşkınlıkla onun burada ne yaptığını sordu. Michelson ışık hızını ölçtüğünü açıkladı.

Neden? - soruyu takip ettim.

Çünkü bu son derece ilginç," diye yanıtladı Michelson.

Ve hiç kimse, Michelson'un deneylerinin, görelilik teorisinin görkemli yapısının üzerine inşa edileceği temel haline geleceğini ve dünyanın fiziksel resmine dair tamamen yeni bir anlayış sunacağını hayal edemezdi.

Elli yıl sonra Michelson hâlâ ışık hızı ölçümlerine devam ediyordu.

Büyük Einstein ona aynı soruyu sorduğunda,

Çünkü çok ilginç! - Michelson ve Einstein yarım yüzyıl sonra cevap verdi.

Öğretmen şu soruyu sorar: "'Şeytani derecede ilginç' olmasının yanı sıra, ışığın hızını bilmek önemli mi?

Işık hızına ilişkin bilgilerin uygulandığı yerlerde öğrencilerin görüşleri dinlenir.

1. Teorik blok “Işık hızının ölçülmesi.”

Öğretmen, ışık hızını ölçmeye yönelik çeşitli yöntemleri incelemek için sınıfı önceden yaratıcı gruplara ayırır:

1. Grup "Roemer Yöntemi"
2. Grup "Yöntem Fizeau"
3. Grup "Foucault Yöntemi"
4. Grup "Bradley Yöntemi"
5. Grup "Michelson Yöntemi"

Her grup, plana göre çalışılan materyal hakkında bir rapor + sunum sunar:

1. Deney tarihi
2. Deneyci
3. Deneyin özü
4. Işık hızının bulunan değeri.

Grup performansları sırasında öğrencilerin geri kalanı bağımsız olarak tabloyu doldurur (Ek 4). Masa düzeni önceden hazırlanır.

Öğretmen özetliyor.

Işık hızını ölçmenin temel zorluğu neydi?

Işığın boşluktaki hızı yaklaşık olarak nedir?

Modern fizik, ışık hızının tarihinin henüz bitmediğini güçlü bir şekilde ileri sürüyor. Bunun kanıtı son yıllarda ışık hızının ölçülmesine yönelik yapılan çalışmalardır.

Mikrodalga aralığında ışığın hızını ölçmenin kesin bir sonucu, sonuçları 1958'de yayınlanan Amerikalı bilim adamı K. Frum'un çalışmasıydı. Bilim adamı saniyede 299792,50 kilometrelik bir sonuç elde etti. Uzun bir süre boyunca bu değerin en doğru olduğu kabul edildi.

Işık hızının belirlenmesinin doğruluğunu arttırmak için, yüksek frekanslar ve buna bağlı olarak daha kısa dalga boyları bölgesinde ölçüm yapmayı mümkün kılacak temelde yeni yöntemler oluşturmak gerekiyordu. Bu tür yöntemlerin geliştirilmesi olasılığı, optik kuantum jeneratörlerinin (lazerler) yaratılmasından sonra ortaya çıktı. Işık hızını belirlemenin doğruluğu Froom'un deneylerine göre neredeyse 100 kat arttı. Lazer radyasyonu kullanarak frekansları belirleme yöntemi, ışığın hızını saniyede 299792.462 kilometreye eşit olarak verir.

Fizikçiler ışık hızının zaman içindeki sabitliği sorununu incelemeye devam ediyorlar. Işık hızına ilişkin araştırmalar, çeşitliliği tükenmez olan doğayı anlamak için çok daha fazla yeni bilgi sağlayabilir. Temel sabitin 300 yıllık tarihiİle fiziğin en önemli problemleriyle olan bağlantılarını açıkça ortaya koymaktadır.

Öğretmen: - Işık hızının önemi hakkında ne gibi bir sonuca varabiliriz?

Öğrenciler: - Işık hızının ölçülmesi, fiziğin bir bilim olarak daha da gelişmesini mümkün kıldı.

1. Refleks. ZHU tablosundaki "Öğrenilenler" sütununun doldurulması.

Ev ödevi.Paragraf 59 (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev “Fizik. 11”)

Sorun çözme

1. Antik Yunan efsanesi Perseus'tan:

“Perseus havaya uçtuğunda canavar bir ok kadar uzaktaydı. Gölgesi denize düştü ve canavar öfkeyle kahramanın gölgesine koştu. Perseus cesurca yukarıdan canavara doğru atıldı ve kavisli kılıcını sırtının derinliklerine sapladı...”

Soru: Gölge nedir ve hangi fiziksel olay nedeniyle oluşur?

2. Afrika masalından “Liderin Seçimi”:

"Kardeşler," dedi Leylek sakin bir tavırla çemberin ortasına doğru yürürken. - Sabahtan beri tartışıyoruz. Bakın gölgelerimiz çoktan kısaldı ve yakında tamamen kaybolacak, çünkü öğle vakti yaklaşıyor. O halde güneş zirveye çıkmadan önce bir karara varalım...”

Soru: İnsanların oluşturduğu gölgelerin uzunlukları neden kısalmaya başladı? Cevabınızı bir çizimle açıklayınız. Dünya üzerinde gölge uzunluğundaki değişimin minimum olduğu bir yer var mı?

3. İtalyan masalından “Ölümsüzlüğü Arayan Adam”:

“Ve sonra Grantesta ona fırtınadan daha kötü görünen bir şey gördü. Bir canavar, ışık huzmesinden daha hızlı uçarak vadiye yaklaşıyordu. Kösele gibi kanatları, siğil gibi yumuşak bir karnı ve çıkıntılı dişleri olan kocaman bir ağzı vardı...”

Soru: Bu parçada fiziksel olarak yanlış olan nedir?

4. Antik Yunan efsanesi Perseus'tan:

“Perseus hızla gorgonlardan uzaklaştı. Tehditkar yüzlerini görmekten korkuyor: Sonuçta bir bakışta taşa dönüşecek. Perseus, Gorgonlar aynaya yansıdığı için Pallas Athena'nın kalkanını aldı. Hangisi Medusa?

Tıpkı bir kartalın amaçlanan kurbanının üzerine gökten düşmesi gibi, Perseus da uyuyan Medusa'ya doğru koştu. Daha isabetli vuruş yapabilmek için şeffaf kalkana bakıyor...”

Soru: Perseus, Medusa'nın kafasını kesmek için hangi fiziksel fenomeni kullandı?

Ek 1.

Tablo “Biliyorum/Bilmek istiyorum/Öğrendim”

Ek 2

Işığın doğasına ilişkin görüşlerin gelişim tarihi

Işığın doğasıyla ilgili ilk fikirler eski zamanlarda ortaya atıldı. Yunan filozof Platon (MÖ 427-327) ilk ışık teorilerinden birini yarattı.

Öklid ve Aristoteles (MÖ 300-250), ışığın doğrusal yayılımı ve ışık ışınlarının bağımsızlığı, yansıma ve kırılma gibi optik olayların temel yasalarını deneysel olarak oluşturdular. Görmenin özünü açıklayan ilk kişi Aristoteles'ti.

Antik filozofların ve daha sonra Orta Çağ bilim adamlarının teorik konumları yetersiz ve çelişkili olmasına rağmen, ışık olaylarının özüne ilişkin doğru görüşlerin oluşmasına katkıda bulunmuşlar ve ışık teorisinin daha da gelişmesinin temelini atmışlardır. ışık ve çeşitli optik aletlerin yaratılması. Işık olgusunun özelliklerine ilişkin yeni araştırmalar biriktikçe ışığın doğasına bakış açısı da değişti. Bilim adamları, ışığın doğasını inceleme tarihinin 17. yüzyılda başlaması gerektiğine inanıyor.

17. yüzyılda Danimarkalı gökbilimci Roemer (1644–1710) ışığın hızını ölçtü, İtalyan fizikçi Grimaldi (1618–1663) kırınım olayını keşfetti, parlak İngiliz bilim adamı I. Newton (1642–1727) parçacık dalga boyunu geliştirdi. ışık teorisi, dağılım ve girişim olaylarını keşfetti, E. Bartholin (1625–1698) İzlanda sparında çift kırılmayı keşfetti ve böylece kristal optiğin temellerini attı. Huygens (1629–1695) ışığın dalga teorisini başlattı.

17. yüzyılda gözlemlenen ışık olayını teorik olarak doğrulamak için ilk girişimlerde bulunuldu. Newton tarafından geliştirilen ışığın parçacık teorisi, ışık radyasyonunun, bir ışık kaynağı tarafından yayılan ve homojen bir ortamda düz bir çizgide ve düzgün bir şekilde yüksek hızda uçan küçük parçacıkların (parçacıklar) sürekli akışı olarak kabul edilmesidir.

Kurucusu H. Huygens olan ışığın dalga teorisi açısından bakıldığında ışık radyasyonu bir dalga hareketidir. Huygens, ışık dalgalarını, tüm maddi gövdeleri, aralarındaki boşlukları ve gezegenler arası boşlukları dolduran özel elastik ve yoğun bir ortam - eter içinde yayılan, yüksek frekanslı elastik dalgalar olarak görüyordu.

Işığın elektromanyetik teorisi 19. yüzyılın ortalarında Maxwell (1831-1879) tarafından oluşturuldu. Bu teoriye göre, ışık dalgaları elektromanyetik niteliktedir ve ışık radyasyonu, elektromanyetik olayların özel bir durumu olarak düşünülebilir. Hertz ve daha sonra P.N. Lebedev tarafından yapılan araştırmalar da elektromanyetik dalgaların tüm temel özelliklerinin ışık dalgalarının özellikleriyle örtüştüğünü doğruladı.

Lorentz (1896) radyasyon ile maddenin yapısı arasındaki ilişkiyi kurmuş ve atomların içerdiği elektronların bilinen bir periyotta salınabildiğini ve belirli koşullar altında ışığı emebildiğini veya yayabildiğini öne süren elektronik ışık teorisini geliştirmiştir.

Maxwell'in elektromanyetik teorisi, Lawrence'ın elektronik teorisiyle birleştiğinde, o dönemde bilinen tüm optik olayları açıkladı ve ışığın doğası sorununu tamamen ortaya koyuyor gibi görünüyordu.

Işık emisyonları, uzayda saniyede 300.000 kilometre hızla yayılan elektrik ve manyetik kuvvetin periyodik salınımları olarak kabul edildi. Lawrence, bu titreşimlerin taşıyıcısı olan elektromanyetik eterin mutlak hareketsizlik özelliklerine sahip olduğuna inanıyordu. Ancak oluşturulan elektromanyetik teorinin savunulamaz olduğu kısa sürede ortaya çıktı. Her şeyden önce bu teori, elektromanyetik salınımların yayıldığı gerçek ortamın özelliklerini hesaba katmıyordu. Ayrıca fiziğin 19. ve 20. yüzyılların başında karşılaştığı bir takım optik olayları bu teorinin yardımıyla açıklamak imkansızdı. Bu fenomenler, ışığın emisyonu ve soğurulması süreçlerini, siyah cisim radyasyonunu, fotoelektrik etkiyi ve diğerlerini içerir.

Işığın kuantum teorisi 20. yüzyılın başında ortaya çıktı. 1900'de formüle edildi ve 1905'te kanıtlandı. Işığın kuantum teorisinin kurucuları Planck ve Einstein'dır. Bu teoriye göre, ışık radyasyonu madde parçacıkları tarafından sürekli olarak değil, ayrı ayrı, yani ayrı kısımlarda - ışık kuantumunda yayılır ve emilir.

Kuantum teorisi, ışığın parçacık teorisini yeni bir biçimde yeniden canlandırdı, ancak özünde dalga ve parçacık olaylarının birliğinin gelişmesiydi.

Tarihsel gelişimin bir sonucu olarak, modern optik, radyasyonun çeşitli özelliklerini açıklayabilen ve ışık radyasyonunun belirli özelliklerinin hangi koşullar altında kendini gösterebileceği sorusuna cevap vermemizi sağlayan, sağlam temellere dayanan bir ışık fenomeni teorisine sahiptir. Modern ışık teorisi onun ikili doğasını doğruluyor: dalga ve parçacık.

Sonuç (km/s)

1676

Roemer

Jüpiter'in uyduları

214000

1726

Bradley

Yıldız Sapması

301000

1849

Fizeau

Vites

315000

1862

Foucault

Dönen ayna

298000

1883

Michelson

Dönen ayna

299910

1983

Kabul edilen değer

299 792,458

Sayfa

Işığın doğası ve yayılma yasaları hakkındaki sorular Yunan filozofları tarafından gündeme getirildi. Öklid (MÖ 300) görsel algıyı, bir nesneyi hisseden gözlerden çıkan görsel ışınlarla açıklamıştır. Ayrıca ışığın doğrusal yayılımı yasasını da formüle etti. Hollandalı bilim adamı Jansen'in (1590) ilk iki mercekli mikroskobu yaptığı ve Galileo'nun (1609) teleskopunu bir dizi astrolojik keşif (Wiener evreleri, Jüpiter'in uyduları) yapmak için kullandığı 16. yüzyılın sonlarında ve 17. yüzyılın başlarında optik hızla gelişti. , Ay'daki dağlar). 1620'de Hollandalı bilim adamı Snell nihayet Fransız bilim adamı Descartes tarafından bize tanıdık gelen biçimde yazılan kırılma yasasını oluşturdu.

Isaac Newton (17. yüzyılın sonları) optiğin gelişimine büyük katkı yaptı. Işığın doğrusallığının yanı sıra yansıma ve kırılma yasalarına dayanarak, ışığın parlak bir cisim tarafından yayılan ve mekanik yasalara göre muazzam bir hızla uçan parçacıklardan oluşan bir akış olduğunu varsaydı. Homojen bir ortamda ışığın doğrusal yayılımını ataletle hareket eden cisimcikleri açıklayabildi. Yansıma kanunu: Tanecikler, düz bir yüzeyden gelen toplar gibi, iki ortamın sınırından yansıtılır. Newton ayrıca kırılma yasasını da açıkladı, ancak bir azalmayla değil, daha yoğun bir ortamda parçacıkların hareket hızındaki bir artışla. Newton ayrıca beyaz ışığın bileşik olduğunu ve taneciklerinin kütleleri farklı olan "saf renkler" içerdiğini gösterdi: mor cisimcik en hafifi, kırmızı olanı ise en ağırıdır (tahmin etmedim).

Newton'un parçacıksal ışık kavramıyla birlikte, Hooke-Huygens dalga teorisi (dünya eteri olarak adlandırılan bölgede uzunlamasına deformasyonların yayılması) 17. yüzyılda ortaya çıktı ve gelişti. Huygens ilkesini kullanarak, ışık dalgasının ulaştığı her nokta ikincil dalgaların kaynağıdır; yansıma ve kırılma yasasını, kırınım (engellerin etrafında bükülme) ve girişim (süperpozisyon) olaylarını da açıklamak mümkündür.

Böylece, 17. yüzyılın sonuna gelindiğinde optikte ışığın doğasına ilişkin iki karşıt görüş sistemi (dalga ve parçacık) gelişti; her iki teori de geometrik optiğin temel yasalarını açıkladı, ancak her birinin kendi eksiklikleri vardı. Huygens farklı renkler için farklı kırılma indislerinin dağılımını açıklayamadı (Newton açıklayabilirdi). Ancak Newton, ışığın kısmen yansıtıldığını ve kısmen kırıldığını açıklarken, cisimciğin yansıma ve kırılma nöbetleri yaşadığını öne sürmek zorunda kaldı. Ancak Newton'un otoritesi, 18. yüzyıl boyunca çoğu fizikçinin ışığın parçacık teorisine yönelmesine yol açtı. Her iki teori de 1724'te Barthalimus tarafından keşfedilen çift kırılmayı ve ışık korelasyonu olgusunu açıklayamaz. 1717'de Newton, ışığın korelasyonunun yalnızca enine dalgalarla açıklanabileceğini gösterdi; Newton, ışığın dalga teorisini çürüttüğüne inanıyordu. 19. yüzyılın başında matematikçiler, bazı optik olaylara başarıyla uygulanan bir salınım ve dalga teorisi geliştirdiler. Böylece 1801'de İngiliz bilim adamı Young girişim ilkesini oluşturdu, Fresnel (1815'te) Huygens ilkesini açıkladı ve buna ikincil dalgaların girişim yaptığını ekleyerek ışığın girişimini açıklamayı mümkün kıldı. Faraday ve Argo'nun polarize ışığın girişimine ilişkin deneylerine dayanarak Young, ışığın enine bir dalga olduğunu öne sürdü; etere elastik özellikler atfetmenin gerekli olduğunu (yani eter bir sıvı veya gaz değil, katıdır). ).

Faraday'ın 1846'da manyetik alanla etkileşime ilişkin deneyleri ve Maxwell'in 1845'teki araştırması, ışığın elektromanyetik bir dalga olduğunun kanıtlanmasını mümkün kıldı. Maxwell'in teorisi, elektromanyetik dalgaların ve dolayısıyla ışığın çeşitli ortamlarda yayılma hızını açıklamayı ve ölçmeyi mümkün kıldı. Dalga teorisi kazanmış gibi görünüyordu, ancak 19. yüzyılın sonunda ortaya çıkan mutlak siyah cismin radyasyonunun spektral özellikleri üzerine yapılan çalışmanın sonuçları. 1901'de Planck, elektromanyetik dalgaların emisyonunun ve soğurulmasının sürekli olarak gerçekleşmediğini gösterdi. Elektromanyetik dalgalar kısımlar (kuanta) halinde yayılır ve her bir kısmın enerjisi yalnızca E = h frekansı ile belirlenir. v. Einstein, 1905 yılında foton adı verilen hafif parçacıkları tanıtarak fotoelektrik etkinin yasalarını açıkladı. Yani Einstein, ışığın yalnızca kuantumlar tarafından emilip yayılmadığını, aynı zamanda bir dalga olarak kalırken parçacık biçiminde yayıldığını da gösterdi. Planck ve Einstein'ın bu keşifleri, 20. yüzyıl boyunca gelişen kuantum mekaniğinin ortaya çıkmasına yol açtı.

Sunumun bireysel slaytlarla açıklaması:

1 slayt

Slayt açıklaması:

2 slayt

Slayt açıklaması:

Bir ışık kaynağından (bir ampulden) gelen ışık her yöne yayılır ve çevredeki nesnelerin üzerine düşerek onların ısınmasına neden olur. Işık göze girdiğinde görsel bir duyuma neden olur; görürüz. kaynak alıcı Işık yayıldığında etki kaynaktan alıcıya aktarılır.

3 slayt

Slayt açıklaması:

Tesirleri aktarmanın iki yolu vardır: Maddenin kaynaktan alıcıya aktarılması; cisimler arasındaki ortamın durumunu değiştirerek (madde aktarımı olmadan).

4 slayt

Slayt açıklaması:

Işık teorileri: Newton'un parçacıksal ışık teorisi: ışık, bir kaynaktan her yöne gelen parçacıkların akışıdır (madde aktarımı) 2. Huygens'in dalga ışık teorisi: ışık, özel bir varsayımsal ortamda - eterde, her şeyi dolduran yayılan dalgalardır uzay ve tüm telefonların içine nüfuz ediyor 3. Maxwell'in elektromanyetik ışık teorisi: ışık, elektromanyetik dalgaların özel bir durumudur. Işık ilerledikçe dalga gibi davranır. 4. Işığın kuantum teorisi: Işık yayıldığında ve emildiğinde parçacık akışı gibi davranır.

5 slayt

Slayt açıklaması:

IŞIĞIN DOĞASI Optik, ışık olaylarını inceleyen bir fizik dalıdır. Işık nedir? Bilim adamlarının ışığın doğası hakkındaki görüşleri zamanla değişti. 18. yüzyıldan beri fizikte dalga teorisinin taraftarları ile parçacık teorisinin taraftarları arasında bir mücadele yaşanıyor. Ünlü bilim adamı I. Newton şuna inanıyordu: ışık, uzayda düz bir çizgide yayılan, parlak bir cisim tarafından fırlatılan bir parçacıklar (parçacıklar) akışıdır. Bu varsayım, ışığın doğrusal yayılımı yasasıyla doğrulandı. İngiliz bilim adamı R. Hooke şunu okudu: ışık mekanik dalgalardır. Bu teori, H. Huygens, T. Jung, O. Fresnel ve diğerlerinin çalışmaları ile doğrulanmıştır. Modern kavramlara göre, ışığın ikili bir doğası vardır (dalga-parçacık ikiliği): - ışık, dalga özelliklerine sahiptir ve bir elektromanyetik dalgadır. ama aynı zamanda parçacıkların, yani fotonların akışıdır. Işık aralığına bağlı olarak belirli özellikler daha büyük ölçüde ortaya çıkar.

6 slayt

Slayt açıklaması:

7 slayt

Slayt açıklaması:

8 slayt

Slayt açıklaması:

Slayt 9

Slayt açıklaması:

Işık yayıldığında dalga özellikleri baskındır. Işık maddeyle etkileşime girdiğinde, kuantum özellikleri baskın gelir. Dalga-parçacık ikiliği, maddenin fizik tarafından incelenen iki ana formu arasındaki ilişkinin bir tezahürüdür: madde ve alan.

10 slayt

Slayt açıklaması:

11 slayt

Slayt açıklaması:

Geometrik optik, ışık huzmesi kavramına dayanarak şeffaf ortamlarda ışık enerjisinin yayılma yasalarını inceleyen bir optik dalıdır. Işık hızının deneysel olarak belirlenmesi: İlk olarak ışığın hızının belirlenmesine çalışılır. ışık hızını ölçmeye yönelik astronomik yöntem (O. Roemer, 1676) ışık hızını ölçmeye yönelik laboratuvar yöntemi (I. Fizeau, 1849) ışığın hızının Michelson tarafından belirlenmesi. Essen ve Froome tarafından ışık hızının belirlenmesi. modern ölçüm yöntemleri kullanılarak elde edilen ışık hızının değeri.

12 slayt

Slayt açıklaması:

Ole Christensen Rømer Doğum tarihi: 25 Eylül 1644 Ölüm tarihi: 19 Eylül 1710 (65 yaşında) Ülke: Danimarka Bilimsel alanı: astronomi Mezun olduğu okul: Kopenhag Üniversitesi

Slayt 13

Slayt açıklaması:

Işık hızını ölçmek için astronomik yöntem 1676 – ışığın hızı ilk kez Danimarkalı bilim adamı O. Römer tarafından ölçüldü. Roemer, güneş sistemindeki en büyük gezegen olan Jüpiter'in uydularının tutulmalarını gözlemledi. Jüpiter'in Dünya'dan farklı olarak 67 açık uydusu vardır. En yakın uydusu Io, Roemer'in gözlemlerine konu oldu. Uydunun gezegenin önünden geçtiğini, ardından gölgesine dalıp gözden kaybolduğunu gördü. Sonra yanıp sönen bir lamba gibi yeniden ortaya çıktı. İki salgın arasındaki zaman aralığının 42 saat 28 dakika olduğu ortaya çıktı. İşte bu “ay”, Dünya'ya düzenli aralıklarla sinyal gönderen devasa bir gök saatiydi.

Slayt 14

Slayt açıklaması:

1676'da Roemer, Jüpiter'in uydusu Io'nun tutulmasını gözlemleyerek ışığın hızını belirledi. Yöntemin özü, Dünya'dan 1 ve 2 konumlarında gözlemlendiğinde Jüpiter'in uydusunun tutulma zamanını ölçmektir. 1 ve 2 noktaları arasındaki mesafe dünyanın yörüngesinin çapına eşittir.

15 slayt

Slayt açıklaması:

Io'nun ortaya çıkışındaki gecikmeyi ve buna neden olan mesafeyi bildiğimizde, bu mesafeyi gecikme süresine bölerek hızı belirleyebiliriz. Hızın son derece yüksek olduğu, yaklaşık 300.000 km/s olduğu ortaya çıktı. Bu nedenle, Dünya üzerindeki iki uzak nokta arasındaki ışığın yayılma zamanını yakalamak son derece zordur. Sonuçta ışık bir saniyede dünyanın ekvator uzunluğunun 7,5 katı kadar bir mesafe kat eder. “Dünya yörüngesinin diğer tarafında kalabilseydim, uydu her seferinde belirlenen saatte gölgelerin arasından çıkacak ve oradaki bir gözlemci Io'yu 22 dakika daha erken görecekti. Bu durumda gecikme, ışığın ilk gözlem yaptığım yerden şimdiki konumuma kadar 22 dakikada ulaşmasından kaynaklanıyor.” Jüpiter'in yörünge süresi 11,86 yıldır. 12 yıl - 3600 1 yıl - 3600:12=300 yarım yıl - 150

16 slayt

Slayt açıklaması:

IŞIK HIZININ ÖLÇÜLMESİ Astronomik yöntem 1676 yılında Danimarkalı fizikçi O. Roemer ışığı ilk kez ölçtü. Roemer, Jüpiter'in uydusu Io'nun tutulmasını gözlemledi. Io - Jüpiter I'in uydusu - uydu 4 saat boyunca Jüpiter'in gölgesinde kaldı. 28 dakika II – uydu 22 dakika boyunca gölgelerden çıktı. Daha sonra ölçümler iki kez gerçekleştirildi: Jüpiter'in Dünya'dan en küçük mesafesinde ve 6 ay sonra, Dünya ile Jüpiter arasındaki mesafenin en fazla olduğu zamanda. Tutulma süresinde ortaya çıkan fark, sınırlı bir hızla yayılan ışığın, Dünya yörüngesinin çapına eşit ek bir mesafe kat etmesi gerektiği gerçeğiyle açıklandı. Zayıf ölçüm doğruluğu nedeniyle Roemer, ışık hızı için yalnızca yaklaşık bir değer olan 215.000 km/s'yi elde etti.

Slayt 17

Slayt açıklaması:

Hippolyte Fizeau: 23 Eylül 1819 - 18 Eylül 1896, ünlü Fransız fizikçi, Paris Bilimler Akademisi üyesi

18 slayt

Slayt açıklaması:

Işık hızını ölçmek için laboratuvar yöntemleri 1849'da ışığın hızını laboratuvar yöntemini kullanarak ölçen ilk kişi Fransız fizikçi I. Fizeau oldu. Fizeau'nun deneyinde, bir kaynaktan gelen ışık bir mercekten geçerek yarı saydam bir plaka üzerine düştü. (Şekil 2). Plakadan yansıtıldıktan sonra odaklanmış dar bir ışın hızla dönen bir dişli çarkın çevresine yönlendirildi. Dişlerin arasından geçen ışık, tekerleğe birkaç kilometre uzaklıkta bulunan ayna 2'ye ulaştı. Aynadan yansıyan ışığın gözlemcinin gözüne girmeden önce tekrar dişlerin arasından geçmesi gerekiyordu. Çark yavaşça döndüğünde aynadan yansıyan ışık görülebiliyordu. Dönüş hızı arttıkça yavaş yavaş ortadan kayboldu. İki dişin arasından geçen ışık aynaya ve geriye doğru giderken çarkın dönmesi için yeterli zaman vardı ve yuvanın yerini bir diş aldı ve ışık artık görünmez oldu. Dönüş hızının daha da artmasıyla ışık yeniden görünür hale geldi. Açıkçası, ışığın aynaya ve arkaya doğru yayıldığı süre boyunca tekerleğin o kadar çok dönme zamanı vardı ki, önceki yuvanın yerini yeni bir yuva aldı. Bu zamanı ve tekerlek ile ayna arasındaki mesafeyi bilerek ışığın hızını belirleyebilirsiniz. Fizeau'nun deneyinde mesafe 8,6 km olmuş ve ışık hızı için 313.000 km/s değeri elde edilmiştir. Şekil 2

Optik radyasyon(veya kelimenin geniş anlamıyla ışık), uzunlukları 10 -11 ila 10 -2 m (birimlerden mm'nin onda birine kadar) veya frekans aralığı yaklaşık 3 * olan elektromanyetik dalgalardır. 10 11 ... 3*10 17Hz

Diğer radyasyonlarda olduğu gibi, optik radyasyon kaynağı Ve optik radyasyon alıcısı. Optik radyasyonun alıcısı örneğin insan gözü olabilir. İnsan gözü, dalga boyu 400 ila 760 nm arasında olan optik radyasyonu algılayabilir. Bu görünür radyasyon. Görünür radyasyonun yanı sıra optik radyasyon da içerir. kızılötesi radyasyon(dalga boyu 0,75 ila 2000 µm arasında) ve ultraviyole radyasyon(dalga boyu 10 ila 400 nm arasında). Işık dalgaları, tarihsel olarak görünür ışık yasalarının analizinde geliştirilen optik yöntemler kullanılarak incelenir.

17. yüzyılda ışığın doğasına ilişkin ilk bilimsel hipotezler dile getirildi. Işığın enerjisi vardır ve onu uzaya aktarır. Enerji cisimler veya dalgalar tarafından aktarılabilir, dolayısıyla ışığın doğası hakkında iki teori öne sürülmüştür.

Işığın parçacık teorisi(Latin korpuskulumundan - parçacık) 1672'de İngiliz bilim adamı Isaac Newton (1643 - 1727) tarafından önerildi. Bu teoriye göre ışık her yöne yayılan parçacıklardan oluşan bir akımdır. ışık kaynağı. Bu teoriyi kullanarak, örneğin farklı radyasyon renkleri gibi optik olaylar açıklandı.

Hollandalı bilim adamı Christiaan Huygens (1629 - 1695) da 17. yüzyılda yarattı Işığın dalga teorisi Buna göre ışığın dalga doğası vardır. Bu teori şu gibi olayları iyi açıklıyor: parazit yapmak, ışığın kırınımı vesaire.

Bu teorilerin her ikisi de uzun süre paralel olarak mevcuttu, çünkü hiçbiri ayrı ayrı tüm optik olayları tam olarak açıklayamadı. 19. yüzyılın başlarında Fransız fizikçi Augustin Jean Fresnel (1788 - 1827), İngiliz fizikçi Robert Hooke (1635 - 1703) ve diğer bilim adamlarının araştırmaları sonucunda ışığın dalga teorisinin diğer bilim adamlarına göre avantajlı olduğu ortaya çıktı. parçacık teorisi. 1801 yılında İngiliz fizikçi Thomas Young (1773 – 1829), ince filmlerin renklerini açıklamasını sağlayan girişim ilkesini (ışık dalgaları üst üste geldiğinde aydınlatmanın artması veya zayıflaması) formüle etti. Fresnel, ışığın kırınımının ne olduğunu (ışığın engellerin etrafında bükülmesi) ve ışığın yayılmasının düzlüğünü açıkladı.

Ancak ışığın dalga teorisinin önemli bir dezavantajı vardı. Işık radyasyonunun yalnızca elastik bir ortamda ortaya çıkabilen enine mekanik dalgalar olduğu varsayılmıştır. Bu nedenle, tüm Evreni (cisimler ve moleküller arasındaki tüm boşluk) dolduran varsayımsal bir ortam olan görünmez dünya eteri hakkında bir hipotez oluşturuldu. Dünya eterinin bir takım çelişkili özelliklere sahip olması gerekiyordu: Katıların elastik özelliklerine sahip olması ve aynı zamanda ağırlıksız olması gerekiyordu. Bu zorluklar, 19. yüzyılın 2. yarısında İngiliz fizikçi James Clerk Maxwell (1831 - 1879) tarafından elektromanyetik alan doktrininin tutarlı bir şekilde geliştirilmesiyle çözüldü. Maxwell, ışığın elektromanyetik dalgaların özel bir durumu olduğu sonucuna vardı.

Ancak 20. yüzyılın başlarında süreksiz veya kuantum ışığın özellikleri. Bu özellikler parçacık teorisiyle açıklandı. Dolayısıyla ışığın dalga-parçacık ikiliği (özellik ikiliği) vardır. Işık, yayılma süreci sırasında dalga özellikleri sergiler (yani bir dalga gibi davranır), emisyon ve soğurma sırasında ise parçacık özellikleri sergiler (yani bir parçacık akışı gibi davranır).

Işık demeti kavramına dayanan şeffaf ortamlarda ışığın yayılma yasaları, optik adı verilen bölümde tartışılmaktadır. Yüz ışık ışınının, ışık elektromanyetik dalgalarının enerjisinin yayıldığı bir çizgi olduğu anlaşılmaktadır.

Işığın doğrusal yayılımı yasası

Pratikte ışık, bir ışık ışınını temsil eden sınırlı bir koni içerisinde düz bir çizgide yayılır. Bu ışık ışınının çapı ışığın dalga boyunu aşıyor.

Eğer kırılma indisi ortam her yerde aynı ise böyle bir ortama denir optik olarak homojen ortam.

Şeffaf homojen bir ortamda ışık düz bir çizgide ilerler. Bu Işığın doğrusal yayılımı kanunu.

Işığın yayılmasının düzlüğü, örneğin opak cisimlerden gölgelerin ortaya çıkması gibi birçok olayla doğrulanır. Eğer S çok küçük bir ışık kaynağıysa ve M, üzerine düşen S ışığının yolunu kapatan opak bir cisimse, M gövdesinin arkasında bir gölge konisi oluşur. Kaynaktan gelen ışık M gövdesi tarafından geciktirilir ve koninin eksenine dik açıyla yerleştirilen ekranda M gövdesinin iyi tanımlanmış bir gölgesi elde edilir (bkz. Şekil 1.1).

Pirinç. 1.1. Işık yayılımının düzlüğü.

Büyük ışık kaynakları (ışık kaynaklarından engele olan mesafeye kıyasla) kısmi gölge oluşturur. Kısmi gölgenin oluşumu, birbirinden büyük ışık kaynağının boyutuna eşit uzaklıkta bulunan iki küçük kaynak kullanılarak düşünülebilir. Şek. Şekil 1.2 M gövdesinin arkasında ışığın oluşturduğu gölge konilerinin kesitini göstermektedir. M gövdesinin arkasında ışığın herhangi bir ışık kaynağından düşmediği alanda tam bir gölge oluşmaktadır.

Yarı gölge(kısmen aydınlatılmış alan), ışık kaynaklarından yalnızca birinden gelen ışınların geçtiği alanda oluşur. Örneğin, yalnızca S1 kaynağının ışınlarının geçtiği ve başka bir S2 ışık kaynağının M gövdesi tarafından engellendiği bir alanda. Işık kaynağı büyükse, noktalarının her biri bir nokta ışık kaynağı olarak düşünülebilir. Bu durumda, yayılan yüzeyin tek tek parçalarından gelen radyasyon eklenecektir. Gölge ve yarı gölge alanları da oluşur.

Pirinç. 1.2. Büyük bir ışık kaynağının oluşturduğu penumbra.

Bir ışık kaynağından çıkan ışınların opak bir nesnenin üzerine düşmesiyle gölge oluşması, güneş ve ay tutulmaları gibi olayları açıklamaktadır.

Gibi bir mülk ışık yayılımının düzgünlüğü karada, denizde ve havada mesafelerin belirlenmesinde ve üretimde ürünlerin ve aletlerin görüş hattı boyunca düzgünlüğünün izlenmesinde kullanılır.

Işık yayılımının düzlüğü, küçük bir açıklık kullanarak görüntü elde etme yeteneğini açıklar. Nesnelerin ters çevrilmiş görüntüsünü gözlemlemenizi sağlayan en basit cihaza denir karanlık kamera ve ön duvarında küçük bir delik bulunan bir kutudur. Düz bir çizgide ilerleyen bir ışık huzmesi, kamera obscura'nın arka duvarına çarpar ve burada uygun yoğunlukta bir ışık noktası belirir. Bir nesnenin tüm noktalarından gelen ışık noktalarının birleşimi, bu nesnenin, kamera obscura'nın arka duvarında bir görüntüsünü oluşturur.

1 Pikap 7

1.1 Işığın doğasına ilişkin görüşlerin geliştirilmesi.

Işık dalgaları 7

1.2.

Düzlem dalganın iki dielektrik 10 yüzeyinde yansıması ve kırılması

1.3.

Toplam iç yansıma 11

1.4.

Genlik ve faz 11 arasındaki ilişki

2 Girişim 14

2.1 Girişim olgusu. Titreşimlerin eklenmesi 14

2.2 Girişim saçaklarının genişliği 15

2.3 Dalga 17'nin dalga cephesini bölerek yoğunluğu gözlemleme yöntemleri

2.4 Genlik bölümü 17 ile tutarlı ışınlar elde etme yöntemleri

2.5 Girişimin uygulanması 20

3 Kırınım 23

3.1 Huygens-Fresnel prensibi 23

3.2 Işık yayılımının düzlüğü.

Fresnel bölgeleri 25

3.3 Orta delikten kırınım 27

3.4.

Kırınım ızgarası 29

4 Elektromanyetik dalgaların madde ile etkileşimi 29

4.1 Işık dağılımı 29

4.2 Işık dağılımının elektronik teorisi 31

4.3 Emilim (ışık emilimi) 32

4.4 Işık saçılımı 33

5 Işığın kuantum özellikleri 35

5.1 Fotoelektrik etki türleri 35

5.2 Dış fotoelektrik etki yasaları (Stoletov yasaları) 37

5.3 Einstein'ın dış fotoelektrik etki denklemi 38

5.4 Fotoelektrik etkinin uygulanması 39

Sonuç 40

Kullanılan kaynakların listesi 41

1 Yanıt

1.1 Işığın doğasına ilişkin görüşlerin geliştirilmesi. Işık dalgaları

Zaten optik araştırmaların ilk dönemlerinde, optik fenomenin dört temel yasasının sonuçları deneysel olarak belirlendi:

Yansıyan ışın, gelen ışınla aynı düzlemde ve geliş noktasında iki ortam arasındaki arayüze çizilen dik doğrultuda bulunur; geliş açısı açıya eşit yansımalar.

Dördüncüsü: Gelen ışın, kırılan ışın ve gelme noktasında arayüze çizilen dikme aynı düzlemde yer alır; kırılma açısının sinüs oranı belirli bir ortam için sabit bir değerdir:

Nerede - ikinci ortamın birinciye göre göreceli kırılma indisi. İki ortamın bağıl kırılma indeksi, mutlak kırılma indekslerinin oranına eşittir:

Bir ortamın mutlak kırılma indisine miktar denir , vakumdaki elektromanyetik dalgaların hızının faz hızlarına oranına eşittir çevrede

(1.1)

Temel yasalar uzun zaman önce oluşturuldu, ancak bunlara bakış açısı yüzyıllar boyunca değişti.

Böylece Newton, mekanik yasalarına uyan hafif parçacıkların dışarı akışı teorisine bağlı kaldı. Huygens, ışığın başka bir teorisini (ışığın parçacık teorisi) ortaya attı. Işık uyarımlarının, özel bir ortamda - eterde (ışığın dalga teorisi) yayılan elastik darbeler olarak değerlendirilmesi gerektiğine inanıyordu.

18. yüzyılda parçacık teorisi baskın bir pozisyon işgal etti, ancak her iki teori arasındaki mücadele durmadı.

Daha sonra 19. yüzyılda Young ve Fresnel'in çalışmaları dalga optiğine büyük katkılar ve eklemeler yaptı. Maxwell teorik çalışmalarına dayanarak ışığın elektromanyetik bir dalga olduğu sonucunu formüle etti. Bir ortamdaki elektromanyetik dalganın hızı

(1.2)

Nerede - ışığın boşluktaki hızı, - dielektrik sabiti olan bir ortamda hız ve manyetik geçirgenlik .

Çünkü
, O

(1.3)

(1.3) maddenin optik, elektriksel ve manyetik sabitleri arasındaki bağlantıyı verir. Optik aralığın dalga boyu. Bir ışık dalgası tarafından aktarılan enerji akısı yoğunluğunun zaman ortalama değerinin modülüne ışık yoğunluğu denir.

,
.

,
.

Işık enerjisinin ilerlediği çizgilere ışın denir.
ışına teğetsel olarak yönlendirilir. İzotropik bir ortamda
. Maxwell teorisinin bir sonucu ışık dalgalarının enineliğidir: elektrik vektörleri ve manyetik alanlar karşılıklı olarak diktir ve hız vektörüne dik olarak salınır yayılan ışın, yani ışına dik.

Genellikle optikte tüm akıl yürütme ışık vektörüne (yoğunluk vektörüne) göre gerçekleştirilir. elektrik alanı. Işık bir maddeye etki ettiğinden, maddenin atomlarındaki elektronlara etki eden dalga alanının elektriksel bileşeni birincil öneme sahiptir.

Işık, birçok atomun toplam elektromanyetik radyasyonudur. Atomlar birbirlerinden bağımsız olarak ışık dalgaları yayarlar, bu nedenle bir bütün olarak vücut tarafından yayılan ışık dalgası, ışık vektörünün her türlü eşit derecede olası titreşimiyle karakterize edilir (bkz. Şekil düzlemine dik ışın).

Işık, mümkün olan tüm eşit olasılıklı vektör yönelimleriyle doğal denir. Düzen varsa ışığa polarize denir. Eğer ışın içinden geçen yalnızca bir düzlemde salınımlar meydana geliyorsa, ışığa düzlemsel (doğrusal) polarize ışık denir.

Düzlem polarize ışık, eliptik olarak polarize ışığın sınırlayıcı durumudur; vektörün sonu zamanda bir elipsi tanımlar.

; Nerede - eliptiklik.