Какое явление связано с различием скорости распространения света в веществе?

16 ответов на вопрос “Какое явление связано с различием скорости распространения света в веществе?”

  1. RA_ Great Ответить

    «Химическое действие света» – Химическое действие света лежит в основе фотографии. После дальнейшего травления и гравирования пластинку покрывали краской. 3d-фотография. Фотография – рисование светом, светопись – была открыта не сразу и не одним человеком. Экспозиция длилась восемь часов. Цветная негативная пленка предназначена для получения цветного негативного изображения.
    «Электромагнитная природа света» – Работами Максвелла были заложены основы электромагнитной теории света. Наблюдение колец Ньютона. Таким образом, свет имеет корпускулярно-волновые свойства. Наиболее ярким был, несомненно, период Альхазена. Взгляды на природу света в XVII-XIX вв. Свойства световых электромагнитных волн: Современные представления о природе света.
    «Теория света» – Как называется восприятие организмом света? Что такое корпускулярно – волновой дуализм? Физический диктант. Домашнее задание Различные взгляды на природу света. Закрепление Предложите модель искусственного источника света, используя подручные средства. Оптика- раздел науки, изучающий световые явления.
    «Свет как энергия» – Световой поток (flux). Энергетическая освещенность (irradiance). Ограничения модели ДФР. Световая энергия (radiant energy). Волновая природа света: поляризация. Сила света. Радиометрия: предположения. – Направление на j-й источник света. Преобразовать в цвет. Примеры ДФО: зеркальное отражение. ДФО: определение.
    «Свойства света» – “Сокровища царства света”. Диффузное отражение. Вероятно свет обладает способностью изменять свое направление. Если … 2. Свет- электромагнитная волна ? Отличаются друг от друга как полированная поверхность от матовой. Приступаем к исследованию свойств света. Интерференция-сложение волн. В защиту данной позиции выступает Геометрическая оптика со следующими свойствами света:
    «Источники света» – Но иногда под лучом света понимают тонкий пучок света. Ход лучей от протяжённого источника. Источники света. Назовите источники света, которыми вам приходилось пользоваться при чтении? Нагретый утюг и горящая свеча являются источниками излучения. Объясните образование тени. Тепловые источники излучают видимый свет при нагреве выше 800°C.
    Всего в теме
    «Свет»
    16 презентаций

  2. Жeneчka Ответить

    На этой лекции будут изучены явления, возникающие при распространении электромагнитных волн в веществе, такие как дисперсия, поглощение и рассеяние света.
    Дисперсия света.
    Дисперсией света называется зависимость показателя преломления вещества от частоты или от длины волны . В результате дисперсии света происходит разложение белого света в спектр при прохождении его через призму. Впервые дисперсию наблюдал Ньютон.
    Рассмотрим дисперсию света в призме (рис.1.).

    Рис.1.
    Монохроматический пучок света падает на призму с показателем преломления под углом . После двукратного преломления на левой и правой гранях призмы, луч отклоняется от первоначального направления на угол .
    .
    По построению угол и .
    Рассмотрим случай, когда и малы, тогда малы и остальные углы , и . Значение синусов малых углов можно поменять на значения углов.
    , , но , отсюда .
    Подставим выражение для угла в выражение для :
    .
    Из этого выражения следует, что угол отклонения зависит от преломляющего угла призмы и показателя преломления . Если зависит от длины волны ( ), то лучи с разными длинами волн отклоняются на разные углы.
    Из теории Максвелла следует, что , где – магнитная, а – диэлектрическая проницаемость среды. Оптически прозрачные среды не намагничены, поэтому в оптической области спектра для всех веществ и . Экспериментальные данные противоречат теории Максвелла: – переменная величина, а – постоянная. Значение также не согласуется с опытом. Эти противоречия устраняются электронной теорией Лоренца. Дисперсия света рассматривается как результат взаимодействия электромагнитных волн с заряженными частицами, входящими в состав вещества и совершающими вынужденные колебания в переменном электромагнитном поле.
    Рассмотрим однородный диэлектрик, предположив, что дисперсия света является следствием зависимости от частоты световых волн. Диэлектрическая проницаемость вещества равна:
    ,
    где – мгновенное значение поляризованности, – напряженность электрического поля. Тогда . Из этого выражения видно, что зависит от . Основное значение в данном случае имеет электронная поляризация, то есть вынужденные колебания электронов под действием электрической составляющей поля волны. Для ориентационной поляризации молекул частота колебаний в световой волне очень высока ( Гц). Молекулы просто не успевают повернуться по полю.
    В первом приближении можно считать, что вынужденные колебания совершают только внешние, наиболее слабо связанные ядром электроны – оптические электроны. Для простоты рассмотрим колебания только одного оптического электрона. Наведенный дипольный момент электрона, совершающего вынужденные колебания, равен , где – заряд электрона, – смещение электрона под действием электрического поля световой волны. Если концентрация атомов в диэлектрике равно , то мгновенное значение поляризованности равно: . Подставив это значение в предыдущую формулу, получим: .
    Задача сводиться к определению смещения электрона под действием электрического поля . Поле световой волны является функцией частоты и меняется по гармоническому закону: . Уравнение вынужденных колебаний электрона для простейшего случая (без учета силы сопротивления, обуславливающей поглощения энергии падающей полны) записывается в виде:
    ,
    где – амплитудное значение силы, действующей на электрон со стороны поля волны, – собственная частота колебаний электрона, – масса электрона. Решив это уравнение, найдем в зависимости от констант электрона ( , , ) и частоты внешнего поля , то есть решим задачу дисперсии.
    Решение уравнения имеет вид , где . Подставляем это значение в выражение для , получим: . Итак квадрат показателя преломления равен:
    .
    Если в веществе имеются различные заряды , совершающие колебания с различными собственными частотами , то
    ,
    где – масса -ого заряда.
    Из последних выражений вытекает, что показатель преломления зависит от частоты внешнего поля, то есть полученные зависимости подтверждают явление дисперсии. На рис.2. приведен график зависимости от .

    Рис.2.
    В области от до , больше единицы и возрастает с увеличением (нормальная дисперсия). При , . В области от до , меньше единицы и возрастает от до 1 (нормальная дисперсия). Стремление вблизи собственной частоты к бесконечности получилась в результате допущения об отсутствии сил сопротивления при колебаниях электрона. Если учесть силы сопротивления, то график функции от вблизи точки задается штрихованной линией . Область – это область аномальной дисперсии ( убывает при возрастании ).
    При нормальной дисперсии возрастает с увеличением (уменьшением ). Зависимость показателя преломления от длины волны приведена на рис. 3.

    Рис.3
    Поглощение света.
    Явление уменьшения энергии световой волны при ее распространении в веществе, происходящее вследствие преобразования энергии электромагнитного поля волны во внутреннюю энергию вещества или в энергию вторичного излучения (фотолюминесценцию), имеющего другой спектральный состав и направление распространения, называется поглощением света.
    Бугер в 1729 году экспериментально, а Ламберт в 1760 году теоретически установили закон поглощения света.
    Интенсивность света при прохождении через поглощающую среду уменьшается по экспоненциальному закону:
    ,
    где и – интенсивности света на входе и выходе из слоя толщиной , – показатель поглощения среды, который зависит от химической природы и состояния вещества, и от длины волны падающего света. не зависит от интенсивности света.
    Для разбавленного раствора поглощающего вещества в непоглощающем растворителе выполняется закон Бера:
    ,
    где – концентрация раствора, – коэффициент пропорциональности, не зависящий от концентрации. Отсюда получается закон Бугера-Ламберта-Бера:
    .
    Зависимость коэффициентов или от длины волны, характеризующая спектр поглощения света в среде, связана с явлением резонанса при вынужденных колебаниях электронов в атомах и атомов в молекулах. Поглощение велико в области собственных колебаний электронов и атомов.
    Для изолированных атомов (в парах или газах) характерен линейчатый спектр. Дискретные частоты интенсивного поглощения света совпадают с частотами собственного излучения возбужденных атомов этих газов.
    У газов с многоатомными молекулами наблюдаются системы тесно расположенных линий, образующих полосы поглощения. Жидкие и твердые вещества – имеют сплошные спектры поглощения, состоящие из широких полос. Это связано с сильным взаимодействием между частицами среды, приводящим к появлению множества дополнительных резонансных частот.
    На рис.4. представлена типичная зависимость коэффициента поглощения от длины волны света и зависимость показателя преломления от в области поглощения.

    Рис.4.
    Из рисунка видно, что внутри полосы поглощения наблюдается аномальная дисперсия ( убывает с уменьшением ). Однако поглощение вещества должно быть значительным, чтобы повлиять на ход показателя преломления.
    Зависимость коэффициента поглощения от длины волны объясняется окрашенность поглощающих тел. Например, стекло, слабо поглощающие красные и оранжевые лучи и сильно поглощающее зеленые и синие, при освещении белым светом будет казаться красным. Если на такое стекло направить зеленый или синий свет, то из-за сильного поглощения света этих волн стекло будет казаться черным. Это явление используется для изготовления светофильтров, которые в зависимости от химического состава (стекла с присадками различных солей, пленки из пластмасс, содержащие красители, растворы красителей и т.д.) пропускают свет только определенных длин волн, поглощая остальные. Разнообразие пределов селективного (избирательного) поглощения у различных веществ объясняет разнообразие цветов и красок, наблюдающееся в окружающем мире.
    Рассеяние света.
    Рассеянием света называется явление преобразования света веществом, сопровождающееся изменением направления распространения света и проявляющееся как несобственное свечение вещества. Рассеяние света по физическому содержанию представляет дифракцию волн на неоднородностях среды.
    Это свечение обусловлено вынужденными колебаниями электронов в атомах, молекулах или ионов рассеивающей среды под действием падающего света.
    Как показал Мандельштам в 1907 году, рассеяние света может возникнуть только в оптически неоднородной среде, показатель преломления которой нерегулярно меняется от точки к точке. Примеры таких сред – это мутные среды (дым, туман, эмульсии, коллоидные растворы, матовые стекла), содержащие мелкие частицы, показатель преломления которых отличается от показателя преломления окружающей среды.
    Рассеяние света в мутных средах на частицах, размеры которых малы по сравнению с длиной волны, называется явлением Тиндаля. Его можно наблюдать при прохождении света через слой воздуха, заполненного мелкими частицами дыма, через сосуд с водой, в которую добавлено молоко.
    Если мутная среда освещается пучком белого света, то сбоку она кажется голубоватой. В свете, прошедшем толстый слой мутной среды, она кажется красноватой. Для света, рассеянного частицами, размеры которых меньше длины волны выполняется закон Рэлея:
    .
    Поэтому коротковолновый свет сильно рассеивается (голубое небо); на закате и восходе солнца небо красное (синие рассеялись, красные дошли).
    Для рассеивающих частиц размерами больше длины волны наблюдается явление, называемое эффектом Ми. Спектральный состав рассеянного света совпадает со спектральным составом падающего света. Этим объясняется белый свет облаков.

  3. dead shine Ответить

    Диспе?рсия све?та (разложение света)-это явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества от длины волны (или частоты) света (частотная дисперсия), или, что то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Один из самых наглядных примеров дисперсии — разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе — оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней. Белый свет разлагается на спектр и в результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции). Дифракционный и призматический спектры несколько отличаются: призматический спектр сжат в красной части и растянут в фиолетовой и располагается в порядке убывания длины волны: от красного к фиолетовому; нормальный (дифракционный) спектр — равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному. Дисперсией объясняется факт появления радуги после дождя (точнее тот факт, что радуга разноцветная, а не белая).
    Поглощение света, квантовомеханические причины
    Поглощение Света– уменьшение интенсивности света, проходящего через среду, вследствие взаимодействия его с частицами среды. Сопровождается нагреванием вещества, ионизацией или возбуждением атомов или молекул, фотохимическими процессами и т. д. Поглощенная веществом энергия может быть полностью или частично переизлучена веществом с другой частотой. Поглощение света происходит вследствие преобразования энергии световой волны во внутреннюю энергию вещества или в энергию вторичного излучения, имеющего иной спектральный состав и иное направление распространения.Причина-атомы,внутри которых происход. Колебания,совершая тепловое движение притерпевают столковение друг с др..При каждом столкновении резко и неправельно меняются амплитуды и фазы гормонических колебаний, происходит переход в тепло энергии регулярных колебаний, т.е.поглощение света.
    Рассеяние света
    Это отклонение распространяющегося в среде светового пучка во всевозможных направлениях. Свет рассеивается на неоднородностях среды, на частицах и молекулах, при этом меняется пространственное распределение интенсивности, частотный спектр, поляризация света. Рассеяние света зависит от частоты света, размера рассеивающих частиц. Рассеянием солнечного света на молекулах воздуха объясняется голубой цвет неба, а рассеянием на частицах пыли и водяных парах – яркие зори при восходе и заходе Солнца. По рассеянию света изучают строение молекул, жидкостейи т. п.

  4. Shaktishura Ответить

    «Свет» – Экстремальные принципы в физике. Коэффициент n называется относительным показателем преломления двух сред. Триболюминесцентные: преобразования механических воздействий в свет. Источники света. Плоским зеркалом называется плоская поверхность, зеркально отражающая свет. По своей природе подразделяются на искуственные и естественные.
    «Природа света» – Вывод: Упоминание о свете мы находим уже в первых строках Библии: С каждого предмета непрерывно срываются оболочки, подобные самим предметам. Интерференция. Поток частиц. Дифракционная решетка дифракционный максимум постоянная решетки угол отклонения. Технологии урока. Выполнение творческих заданий на уроке по подгруппам.
    «Волновые и квантовые свойства света» – Законы отражения и преломления света. Скорость света в вакууме. Преломление света. Теории света. Методы измерения скорости света. Опыт Физо. Свет обладает дуализмом. Интерференция волн. Полное отражение света. Интерференция и дифракция волн. Интерференция света. Свет. Зеркальное отражение в воде. Открытие интерференции.
    «Свет как энергия» – Примеры ДФО: диффузное отражение. Фотометрия и фотометрические единицы. Световой поток (flux): как измерить? Из предположения линейности и сохранения энергии. Выражение излучения через другие единицы. Фотокамера записывает именно яркость Глаз реагирует на яркость. – Направление на j-й источник света.
    «Источники света» – Объясните образование тени. Солнечные затмения. Что такое тень? Солнечные часы. Как получается затмение. Искусственные источники света. Тепловые. Почему при письме так важно, чтобы свет падал слева? Нагретый утюг и горящая свеча являются источниками излучения. Солнечные и лунные затмения. Естественные.
    «Свет физика» – Природа света обладает корпускулярно-волновым дуализмом (двойственностью). Этапы развития представлений о природе света. Земля. Выводы: Два великих противостояния в науке. Тема: Орбита Юпитера. Что ж, остается ждать сообщений о новых измерениях скорости света. Двойственность свойств света называется корпускулярно – волновым дуализмом.

  5. Mosida Ответить

    .3. Обзор моделей и методов прогнозирования зон неуправляемого распространения выбросов вредного веществаПри прогнозировании параметров зоны распространения аварийно высвободившихся из ОТУ вредных веществ особое внимание будет уделено полям их концентрации в каждой точке соответствующей зоны на момент времени t от начала выброса. А сами они будут определяться с учетом особенностей не только вредного вещества…
    (Управление рисками, системный анализ и моделирование)
    ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С ВЕЩЕСТВОМДисперсия света Одним из результатов взаимодействия света с веществом является его дисперсия. Дисперсией света называется зависимость показателя преломления п вещества от частоты v (длины волн А.) света, или зависимость фазовой скорости световых воли и от их частоты.…
    (ФИЗИКА: ОПТИКА. ЭЛЕМЕНТЫ АТОМНОЙ И ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ)
    Прямолинейное распространение света в однородной средеРассмотрим распространение плоской электромагнитной волны за экраном с круглым отверстием диаметром D. Если непосредственно за отверстием установить другой экран для наблюдения распределения освещённости, то на нём будет наблюдаться достаточно резко очерченное светлое пятно диаметром D.…
    (ОСНОВЫ ОПТИКИ. ТЕОРИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ)
    ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С ВЕЩЕСТВОМПрохождение света через оптически поглощающую среду В главе 2 рассмотрено взаимодействие света с идеальной оптически прозрачной средой без учета светопотерь на границе фаз и внутри среды. При прохождении света через реальную среду наблюдаются его потери. Представим частично поглощающую среду (рис….
    (ЦВЕТОВЕДЕНИЕ И ОСНОВЫ КОЛОРИМЕТРИИ)
    Спектральные характеристики явлений взаимодействия света с веществомВ главе 1 спектр рассматривался как изменение длин волн во времени колеблющейся материи, т.е. длина волны излучения, являлась функцией от времени — аргумента. Непрерывное изменение длин волн в единицу времени дает спектральный диапазон или целый спектр электромагнитных колебаний. Поэтому определение…
    (ЦВЕТОВЕДЕНИЕ И ОСНОВЫ КОЛОРИМЕТРИИ)
    ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С ВЕЩЕСТВОМДисперсия света Дисперсия света была открыта И.Ньютоном в 1972 г. при изучении прохождения луча солнечного света через стеклянную призму. Когда луч белого света проходит через призму, он разделяется на лучи разного цвета (рис. 15.1). Ньютон выделил в спектре белого света семь цветов радуги. Рис.…
    (ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ, ОПТИКА, КВАНТОВАЯ ФИЗИКА)
    Особенности прогнозирования параметров неконтролируемого истечения и распространения потоков энергии и вредного веществаПоследовательно проиллюстрируем специфические особенности рассматриваемого здесь прогноза на конкретных примерах, начиная с высвобождения и неконтролируемого распространения потоков аварийно высвободившейся энергии. При этом в качестве соответствующих моделей будут использоваться простейшие формулы классической…
    (Управление рисками, системный анализ и моделирование)
    Обобщенный подход к прогнозированию параметров распространения и рассеяния вредного веществаНаиболее распространенным ныне способом прогноза параметров распространения и рассеяния вредных веществ является математическое моделирование, а основными моделями – гауссовы параметрические формулы (14.27)–(14.29) и интегральные модели, основанные на системе дифференциальных уравнений типа (14.22)–(14.26)….
    (Управление рисками, системный анализ и моделирование)
    Аварии с выбросом (угрозой выброса) и распространением облака аварийно химически опасных веществАварийно химически опасные вещества (АХОВ) – это опасные химические вещества, применяемые в промышленности и в сельском хозяйстве, при аварийном выбросе которых может произойти заражение окружающей среды в поражающих живой организм концентрациях (токсодозах). По степени воздействия на организм человека…
    (Безопасность жизнедеятельности для педагогических и гуманитарных направлений)

  6. Brazahn Ответить

    меньшается называется областью аномальной дисперсии, т.е. для нее
    или (5)
    В области аномальной дисперсии поглощение света очень велико.
    6.5. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса
    В лекции 2 было показано, что световые волны являются поперечными: векторы напряженности электрического и магнитного поля взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости , распространяющейся волны, т.е. колеблются перпендикулярно лучу.
    Опыт показывает, что при взаимодействии света с веществом основное действие (физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и др.) вызывается колебаниями вектора , который в связи с этим
    иногда называют световым вектором. Поэтому для луч
    описания закономерностей поляризации света следят за Рис.3.
    поведением вектора .
    Плоскость, образованная векторами и , называется плоскостью поляризации.
    Если колебания вектора происходят в одной фиксированной плоскости, то такой свет (луч) называется линейно-поляризованным [cм. рис. 2 во второй лекции]. Его условно обозначают так . Если луч поляризован в перпендикулярной плоскости (в плоскости хоz, см. Рис. 2 во второй лекции), то его обозначают .
    Естественный свет (от обычных источников, солнца), состоит из волн, имеющих различные, хаотически распределенные плоскости поляризации (см. рис.3)
    Естественный свет иногда условно обозначают так · · ·
    Его называют также неполяризованным. Луч
    Если при распространении волны вектор поворачивается и при этом конец вектора описывает окружность, то такой свет называется поляризованным по кругу, а поляризацию – круговой или циркулярной (правой или левой). Существует также эллиптическая поляризация.
    Существуют оптические устройства (пленки, пластины и т.д.) – поляризаторы, которые из естественного света выделяют линейно поляризованный свет или частично поляризованный свет.
    Поляризаторы, использующиеся для анализа поляризации света называются анализаторами.
    Плоскостью поляризатора (или анализатора) называется плоскость поляризации света, пропускаемого поляризатором (или анализатором).
    Пусть на поляризатор (или анализатор) падает Рис. 4
    линейно поляризованный свет с амплитудой Е0. j Е
    Амплитуда прошедшего света будет равна Е=Е0сosj,
    а интенсивность I=I0сos2j. Е0
    Эта формула выражает закон Малюса: I0
    Интенсивность линейно поляризованного света, прошедшего анализатор,
    ропорциональна квадрату косинуса угла j между плоскостью колебаний падающего света и плоскостью анализатора.
    6.6. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера
    Если угол падения света на
    границу раздела двух прозрачных
    диэлектриков (например, на n1
    поверхность стеклянной пластинки) n2
    отличен от нуля, то отраженный а) б)
    и преломленный лучи оказываются
    частично поляризованными. В Рис.5
    отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения
    (плоскость рисунка). В преломленном луче – колебания, параллельные плоскости падения (см.рис.5). Поляризацию объясняет электромагнитная теория Максвелла.
    Закон Брюстера: Отраженный свет полностьюлинейно поляризован при углепадения a Бр , удовлетворяющем условию
    tga Бр=n2/n1 (7)
    При этом преломленный свет поляризован не полностью и угол между отраженным и преломленным лучами равен 90°.
    6.7. Двойное лучепреломление
    В большинстве кристаллов наблюдается
    двойное лучепреломление – падающий луч e
    раздваивается в кристалле на два преломленных o
    луча. Один из лучей, который подчиняется
    закону преломления, называется обыкновенным, Рис.6
    обозначается о. Другой луч не следует из закона преломления. Его называют необыкновенным лучом, обозначают е. Обыкновенный и необыкновенный лучи поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях, они имеют различные скорости распространения и, следовательно, различные показатели преломления nо и nе. Двойное лучепреломление объясняется оптической анизотропией вещества.
    6.8. Искусственная оптическая анизотропия. Вращение плоскости поляризации При одностороннем сжатии или растяжении стеклянной пластинки возникает двойное лучепреломление. При этом
    nо– nе=k1s, (8)
    где s =F/S – механическое напряжение, k1 – постоянная, зависящая от свойств вещества.
    Таким образом, оптически изотропное вещество под влиянием механической деформации становится анизотропным (явление фотоупругости).
    Керр обнаружил, что жидкий или твердый изотропный диэлектрик, помещенный в однородное электрическое поле с напряженностью Е становится оптически анизотропным (эффект Керра), при этом
    nо– nе=k2Е2 (9)
    где k2- постоянная, зависящая от свойств вещества.
    Некоторые вещества (например кварц, водный раствор сахара, скипидар), называемые оптически активными, обладают способностью вращать плоскость поляризации при прохождении линейно поляризованного света.Угол поворота
    j=a?l, (10)
    где a – постоянная вращения, зависящая от свойств вещества, l- расстояние, пройденное светом в оптически активном веществе.
    Фарадей обнаружил вращение плоскости поляризации в постоянном магнитном поле с напряженностью Н, когда свет распространяется вдоль магнитного поля.
    j=VНl, (11)
    где V – постоянная Верде, зависящая от свойств вещества, l – длина пути света в веществе.
    Заключение к лекциям 2-6
    Изученные выше явления интерференции, дифракции, поляризации света и дисперсии света подтвердили волновую природу света, т.е. что свет представляет собой электромагнитные волны.

  7. Buzadi Ответить

    или (5)
    В области аномальной дисперсии поглощение света очень велико.
    6.5. Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Закон Малюса
    В лекции 2 было показано, что световые волны являются поперечными: векторы напряженности электрического и магнитного поля взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости , распространяющейся волны, т.е. колеблются перпендикулярно лучу.
    Опыт показывает, что при взаимодействии света с веществом основное действие (физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и др.) вызывается колебаниями вектора , который в связи с этим
    иногда называют световым вектором. Поэтому для луч
    описания закономерностей поляризации света следят за Рис.3.
    поведением вектора .
    Плоскость, образованная векторами и , называется плоскостью поляризации.
    Если колебания вектора происходят в одной фиксированной плоскости, то такой свет (луч) называется линейно-поляризованным [cм. рис. 2 во второй лекции]. Его условно обозначают так . Если луч поляризован в перпендикулярной плоскости (в плоскости хоz, см. Рис. 2 во второй лекции), то его обозначают .
    Естественный свет (от обычных источников, солнца), состоит из волн, имеющих различные, хаотически распределенные плоскости поляризации (см. рис.3)
    Естественный свет иногда условно обозначают так · · ·
    Его называют также неполяризованным. Луч
    Если при распространении волны вектор поворачивается и при этом конец вектора описывает окружность, то такой свет называется поляризованным по кругу, а поляризацию – круговой или циркулярной (правой или левой). Существует также эллиптическая поляризация.
    Существуют оптические устройства (пленки, пластины и т.д.) – поляризаторы, которые из естественного света выделяют линейно поляризованный свет или частично поляризованный свет.
    Поляризаторы, использующиеся для анализа поляризации света называются анализаторами.
    Плоскостью поляризатора (или анализатора) называется плоскость поляризации света, пропускаемого поляризатором (или анализатором).
    Пусть на поляризатор (или анализатор) падает Рис. 4
    линейно поляризованный свет с амплитудой Е0. j Е
    Амплитуда прошедшего света будет равна Е=Е0сosj,
    а интенсивность I=I0сos2j. Е0
    Эта формула выражает закон Малюса: I0
    Интенсивность линейно поляризованного света, прошедшего анализатор,
    ропорциональна квадрату косинуса угла j между плоскостью колебаний падающего света и плоскостью анализатора.
    6.6. Поляризация света при отражении и преломлении. Закон Брюстера
    Если угол падения света на
    границу раздела двух прозрачных
    диэлектриков (например, на n1
    поверхность стеклянной пластинки) n2
    отличен от нуля, то отраженный а) б)
    и преломленный лучи оказываются
    частично поляризованными. В Рис.5
    отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные к плоскости падения
    (плоскость рисунка). В преломленном луче – колебания, параллельные плоскости падения (см.рис.5). Поляризацию объясняет электромагнитная теория Максвелла.
    Закон Брюстера: Отраженный свет полностьюлинейно поляризован при углепадения a Бр , удовлетворяющем условию
    tga Бр=n2/n1 (7)
    При этом преломленный свет поляризован не полностью и угол между отраженным и преломленным лучами равен 90°.
    6.7. Двойное лучепреломление
    В большинстве кристаллов наблюдается
    двойное лучепреломление – падающий луч e
    раздваивается в кристалле на два преломленных o
    луча. Один из лучей, который подчиняется
    закону преломления, называется обыкновенным, Рис.6
    обозначается о. Другой луч не следует из закона преломления. Его называют необыкновенным лучом, обозначают е. Обыкновенный и необыкновенный лучи поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях, они имеют различные скорости распространения и, следовательно, различные показатели преломления nо и nе. Двойное лучепреломление объясняется оптической анизотропией вещества.
    6.8. Искусственная оптическая анизотропия. Вращение плоскости поляризации При одностороннем сжатии или растяжении стеклянной пластинки возникает двойное лучепреломление. При этом
    nо– nе=k1s, (8)
    где s =F/S – механическое напряжение, k1 – постоянная, зависящая от свойств вещества.
    Таким образом, оптически изотропное вещество под влиянием механической деформации становится анизотропным (явление фотоупругости).
    Керр обнаружил, что жидкий или твердый изотропный диэлектрик, помещенный в однородное электрическое поле с напряженностью Е становится оптически анизотропным (эффект Керра), при этом
    nо– nе=k2Е2 (9)
    где k2- постоянная, зависящая от свойств вещества.
    Некоторые вещества (например кварц, водный раствор сахара, скипидар), называемые оптически активными, обладают способностью вращать плоскость поляризации при прохождении линейно поляризованного света.Угол поворота
    j=a?l, (10)
    где a – постоянная вращения, зависящая от свойств вещества, l- расстояние, пройденное светом в оптически активном веществе.
    Фарадей обнаружил вращение плоскости поляризации в постоянном магнитном поле с напряженностью Н, когда свет распространяется вдоль магнитного поля.
    j=VНl, (11)
    где V – постоянная Верде, зависящая от свойств вещества, l – длина пути света в веществе.
    Заключение к лекциям 2-6
    Изученные выше явления интерференции, дифракции, поляризации света и дисперсии света подтвердили волновую природу света, т.е. что свет представляет собой электромагнитные волны.

  8. Muzilkree Ответить

    Цель урока: Сформировать у учащихся единое, целое представление о физической природе цвета на явлении дисперсии света, рассмотреть условия возникновения радуги.
    Задачи: Экспериментально изучить явление дисперсии света, возникающие при этом эффекты. Рассмотреть понятия: цвет, цветовые ощущения, монохроматичность света, условия возникновения и наблюдения радуги.
    Оборудование: лабораторное оборудование «L-микро» для разложения в спектр белого света, демонстрационное оборудование «L-микро» по волновой оптике, компьютер, видеопроектор, прибор для демонстрации радуги в лабораторных условиях.
    Проведение демонстрационных экспериментов и практических наблюдений: опыт по дисперсии света с призмами. (Флинт, Крон), практическая работа «Наблюдение дисперсии света», неразложимость в спектр монохроматического света, сложение спектральных цветов, демонстрация радуги в лабораторных условиях.

    Ход урока

    I. Радуга

    С древних времен существует поверье: кто пройдёт под радугой, тот на всю жизнь останется счастливым. Сказка это или быль? Можно ли пройти под радугой и стать СЧАСТЛИВЫМ? Разобраться в этом поможет одно удивительное физическое явление – дисперсия.
    Явление дисперсии было открыто И.Ньютоном и считается одной из важнейших его заслуг. “Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные свойства цветов, чего раньше никто не подозревал” (“История физики”, Б. И .Станков, стр. 123.). Около 300 лет назад Исаак Ньютон пропустил солнечные лучи через призму. Он открыл, что белый цвет – это «чудесная смесь цветов».

    Рис. 1
    Демонстрируется непрерывный спектр белого света (лаборатория L-микро опыт 1). (Приложение 3)
    Учащиеся говорят, что это и есть радуга. Показываем, что любой человек может стать счастливым, и…. Проходим под радугой! Предлагаем это сделать и учащимся. В классе всегда есть дети, кто с удовольствием проходит под радугой не один раз.

    Рис. 2

    Рис. 2а
    Меняя светофильтры (цвет) получаем цветные изображения щели, отклонённые на разные углы. Совокупность цветных изображений щели на экране и есть непрерывный спектр. Фиолетовый фильтр даёт на экране фиолетовый свет, испытывающий наибольшее отклонение, красный – наименьшее. Используя призму Крон, Флинт показываем, что ширина и насыщенность спектра зависит от вещества.
    Исаак Ньютон условно выделил в спектре семь основных цветов:
    красный
    оранжевый
    жёлтый
    зелёный
    голубой
    синий
    фиолетовый
    Порядок расположения цветов просто запомнить по аббревиатуре слов: каждый охотник желает знать, где сидит фазан.

    II. Учащиеся выполняют творческое экспериментальное задание:

    разложение белого света на его цветовые составляющие (используется лабораторное оборудование L-микро). (Приложение 3)

    Рис. 3
    При выполнении практического задания обратить внимание учащихся на угол падения лучей на призму (кювету с водой). На выполнение работы (вместе с рисунком) потребуется 6-8 минут. После выполнения практического задания рассмотрите окрашивание в цвета радуги света, проходящего через призму, от яркого источника света.
    Вместо рекомендуемого оборудования (кюветы с водой) опыт по разложению света хорошо получается при использовании стеклянных (оргстекла) плоскопараллельных призм (на уроках использую треугольные призмы от спектроскопов и призмы флинт, крон).

    III. Учащимся объясняется различие в явлениях спектрального разложения и дисперсии.

    Спектральным разложением называется разложение несинусоидальной волны (белого света) на синусоидальные компоненты (монохроматические волны).

    Рис. 4
    Дисперсией называется зависимость скорости света в веществе от частоты волны.
    За счёт дисперсии происходит разложение белого света (но это происходит и при интерференции, дифракции, поляризации). В веществе же скорость света есть функция частоты и показатель преломления.
    n = c/v = f(v)
    Различным цветам соответствуют волны различной длины. Никакой определенной длины волны белому свету не соответствует.
    Вывод: В веществе скорость распространения коротковолнового излучения меньше чем длинноволнового. Значит показатель преломления n для фиолетового света больше, чем для красного.
    Механизм дисперсии объясняется следующим образом. Электромагнитная волна возбуждает в веществе вынужденные колебания электронов в атомах и молекулах. Колеблющиеся электроны становятся вторичными источниками электромагнитных волн с такой же частотой, но со сдвигом фазы (vвн = vт). Поскольку первичные и вторичные волны когерентны, они интерферируют, и результирующая волна распространяется со скоростью, отличной от скорости света в вакууме.
    Так как дисперсия возникает вследствие взаимодействия частиц вещества со световой волной, то это явление связано с поглощением света – превращением энергии электромагнитной волны во внутреннюю энергию вещества. Максимальное поглощение энергии возникает при резонансе, когда частота v падающего света равна v колебаний атомов. Ещё раз обращаем внимание учащихся на то, что при переходе волны из одной среды в другую изменяются и скорость, и длина волны, а частота колебаний остается неизменной.
    При этом возникает два эффекта:
    1. Различная прозрачность вещества для различных участков спектра. (Так обычное стекло прозрачно для видимого света и плохо пропускает инфракрасные и ультрафиолетовые лучи). На этом свойстве вещества основано действие светофильтров.
    Демонстрируем опыт (Приложение 3) по выделению отдельных цветов используя набор светофильтров. Объясняя наблюдаемый эффект, необходимо подчеркнуть, что светофильтр пропускает свет в некотором определенном интервале длин волн. При этом световые волны с другими длинами поглощаются в материале светофильтра.

    Рис.5

    Рис. 5а
    2. Различная отражательная способность вещества для разных участков спектра. На этом явлении основано явление цвета тел. Если при дневном освещении тело кажется зелёного цвета, то это значит, что оно хорошо отражает волны зелёного цвета и поглощает остальные. Если осветит тело красным светом, то оно (тело) “поглотит” его и ничего отражать не будет. Следовательно, тело будет казаться чёрным.
    Каковы цветовые ощущения, воспринимаемые нашим глазом?
    Глаз (сетчатка глаза) реагирует на частоту видимого электромагнитного излучения; нервные клетки зрительного нерва посылают сигнал в кору головного мозга, где и происходит окончательное формирование воспринимаемого нами зрительного образа, Для формирования полного цветового восприятия достаточно три основных цвета, остальные (вспомогательные) получают при наложении этих цветов друг на друга.

    Рис.6

    Рис.6а
    Видеофильм (Приложение 1) «Цвета кубиков» – НФПК ФИЗИКОН.

    IV. Совместно с учащимися решаем вопрос о неразложимости в спектр монохроматического света.

    Для того, чтобы экспериментально решить вопрос о том, что происходит, если на призму попадает свет со строго определенной длиной волны, проведём следующие эксперименты. Используем ту же установку, которая использовалась в опыте по изучению дисперсии света, только закроем щелевую диафрагму красным светофильтром. Призма не добавляет никаких новых оттенков в свет, в котором с самого начала присутствовала только одна цветовая составляющая. Точно такой же вывод можно сделать, рассмотрев прохождение через призму излучения полупроводникового лазера. Излучаемый лазером свет является существенно более монохроматическим, чем свет графического проектора после светофильтра или, иными словами, полоса пропускания светофильтра существенно шире интервала длин волн, в котором светит лазер. Рассматривая результаты проведенных экспериментов, учащиеся делают вывод о том, что монохроматическое излучение в спектр разложить нельзя

    Рис.7

    Рис.7а

    V. Обсуждаем вопрос. Что будет, если все цвета собрать воедино?

    Проводим опыт по сложению спектральных цветов. (Приложение 2) Геометрическое сведение лучей с различной длиной волны на одну область экрана в данном опыте осуществляется с помощью линзы. Установим на оптический столик, закрывающий кадровое окно графического проектора, штатив и закрепим в нем оправу для линзы и поляроидов. В эту оправу поставим линзу с фокусным расстоянием F’ = 12 см и диаметром D = 15-20 см. (удобно использовать собирающую линзу от оптической скамьи). При этом весь вышедший из призмы свет должен пройти через линзу.
    Приближая и удаляя линзу от призмы, добьемся минимальной окраски пятна на экране. Оптимальное положение линзы соответствует тому, что расстояние между призмой и линзой примерно равно фокусному расстоянию линзы. Отсутствие явно выраженной окраски пятна на экране означает, что при сведении вместе различных составляющих спектра наш глаз снова начинает воспринимать их как белый свет. Опыт очень эффектный и не занимает много времени!

    Рис. 8

    Рис. 8а

    VI. Продолжим изучение световых явлений на примере радуги.

    Радугу «творят» водяные капли: в небе – дождинки, на поливаемом асфальте – капельки, брызги от водяной струи. Однако не все знают, как именно преломление света на капельках дождя приводит к возникновению на небосводе гигантской многоцветной дуги. Яркая радуга, которая возникает после дождей или в брызгах водопада – это первичная радуга. Цветные полосы сильно отличаются по яркости, но порядок всегда одинаков: внутри дуги всегда находится фиолетовая полоса, которая переходит в синюю, зелёную, жёлтую, оранжевую и красную – с внешней стороны радуги. Выше первой, в небе, возникает вторая менее яркая дуга, в которой цветовые полосы расположены в обратном порядке.

    Рис. 9

    Рис. 9а
    Основные черты радуги будем изучать по распространению света внутри одной изолированной капли воды. На рисунке изображён путь одного луча, участвующего в образовании основной радуги. Каждая капелька воды в воздухе выполняет роль крохотной призмы, дробящей свет на разные цвета.
    Наблюдать радугу можно во время дождя при условии, что Солнце или источник света, близкий по спектру к солнечному, находится позади наблюдателя. Размер видимой части радуги зависит от положения Солнца относительно горизонта.
    Вывод: явление радуги связано с явлениями преломления и отражения света. Явление дисперсии сильно увеличивает эффект радуги и позволяет видеть это прекрасное явление природы.

    VII. Обобщение, закрепление изученного материала.

    Выводы:
    Белый цвет – это смесь спектральных цветов.
    Разложение белого света в спектр – это разделение его на лучи спектральных цветов, происходящее в результате преломления луча в призме.
    Показатель преломления зависит от цвета спектральной составляющей белого света. Лучи, соответствующие различным цветам, при попадании в одну и ту же среду преломляются под разными углами, поскольку их скорости в данной среде различны.
    Цвет, который нельзя разделить на составные части, называется монохроматичным.
    Учащиеся отвечают на устные вопросы, выполняют задания теста, решаются задачи (если останется время) на зависимость показателя преломления света в веществе от частоты падающего излучения № 1533, 1535, 1537 (Г. Н. Степанова).
    Устные вопросы:
    Почему дисперсионный спектр белого света, полученный при его пропускании через стеклянную призму, сжат в красной части и растянут в фиолетовой?
    Зелёный пучок цвета переходит из воздуха в воду. Меняются ли при этом его частота, длина волны, цвет?
    Почему в комнате с тёмными обоями темно, а со светлыми светло?
    На пути белого пучка поставили красный и зелёный светофильтры, один за другим. Что получится на выходе?
    На белом листе написано красным карандашом «отлично», а зеленым — «хорошо». Имеются два стекла — зеленое и красное. Через какое стекло надо смотреть, чтобы увидеть оценку «отлично»?
    Тесты по дисперсии света: (Приложение 1)
    Какой из следующих рисунков правильно отражает разложение света в призме?

    Расположите цвета в том порядке, в каком они следуют в спектре в порядке уменьшения показателя преломления.

    Красный, синий, жёлтый, оранжевый, фиолетовый, зелёный.
    Когда белый свет раскладывается на составляющие, луч какого цвета сильнее всего отклоняется от первоначального направления?
    1. Красный.
    2. Жёлтый.
    3. Фиолетовый.
    4. Зелёный.
    Лучи какого цвета имеют наибольший показатель преломления в призме?
    1. Оранжевый.
    2. Фиолетовый.
    3. Красный.
    4. Синий.
    Непрерывный спектр белого света является результатом …
    1. Рассеяния белого света.
    2. Разложения белого света.
    3. Отражения белого света от стенок призмы.
    4. Смешивания различных цветов.
    Чтобы разложить белый свет в спектр, нужно использовать …
    1. Плоское зеркало.
    2. Призму.
    3. Вогнутое зеркало.
    4. Стеклянный полукруг.
    Увидеть радугу во время дождя можно, когда …
    1. Сверкает молния.
    2. Дует сильный ветер.
    3. Солнце стоит высоко над горизонтом.
    4. Солнце стоит невысоко над горизонтом.
    Не все цвета являются монохроматическими. Выберите из списка цвета, не являющиеся таковыми.
    Белый, красный, желтый, серый, синий, оранжевый, черный, зеленый.
    Ответы:
    3
    Фиолетовый, синий, зелёный , жёлтый, оранжевый, красный.
    Фиолетовый.
    Фиолетовый.
    Разложением белого света.
    Призму, стеклянный полукруг.
    Солнце стоит невысоко над горизонтом.
    Белый, чёрный, серый.

    Рис. 10

    Домашнее задание:

    Разложите солнечный луч. Поставьте зеркало в воду под небольшим углом. Поймайте зеркалом солнечный луч и направьте его стену. Поворачивайте зеркало до тех пор, пока не увидите спектр. Вода выполняет роль призмы, разлагающей свет на составляющие его цвета. (№ 1046, 1049,1052 – А. П. Рымкевич).
    Проведение урока при отсутствии демонстрационного и лабораторного оборудования сопровождается презентацией (Приложение 1) «Дисперсия света».
    В классах физико-математического профиля на втором уроке рассматриваем теорию (Приложение 2) и условия возникновения радуги, решаем задачи на дисперсию света.

  9. Mestor Garin Ответить

    . (7а)
    Из соотношения вытекает, что . Подставив это значение в (7а), получим
    . (7б)
    В зависимости от знака групповая скорость u может быть как меньше, так и больше фазовой скорости. В отсутствие дисперсии и групповая скорость совпадает с фазовой.
    Максимум интенсивности приходится на центр группы волн. Поэтому скорость переноса энергии волной совпадает с групповой скоростью. Понятие групповой скорости как скорости переноса энергии применимо, если поглощение энергии волны невелико. Так, в области аномальной дисперсии поглощение очень велико и понятие групповой скорости здесь утрачивает смысл.
    Электронная теория дисперсии. Взаимодействие света и вещества определяется взаимодействием электрического поля световой волны с электронами (и ионами) вещества. Из электромагнитной теории Максвелла следует, что абсолютный показатель преломления среды
    ,
    где e – диэлектрическая проницаемость среды, m – магнитная проницаемость. Для большинства веществ m практически равно единице, поэтому
    . (8)
    Таким образом, зависимость показателя преломления от длины волны найдется из зависимости диэлектрической проницаемости от частоты переменного электрического поля. Будем считать, что в отсутствие внешнего поля электроны и ионы, образующие молекулы или атомы диэлектрика, находятся в состоянии равновесия. Под влиянием электрического поля эти заряды смещаются из положения равновесия – молекулы или атомы поляризуются. Для простоты положим, что в среде имеется лишь один сорт атомов и в каждом из них способен смещаться только один электрон. Наведенный дипольный момент атома равен , где e – заряд электрона, r – его смещение от положения равновесия. Если концентрация атомов в диэлектрике равна na, то поляризация среды
    . (9)
    Зная электрическую поляризацию среды, можно вычислить ее диэлектрическую проницаемость. По определению вектор электрической индукции , поэтому . С помощью (8) и (9) получим
    . (10)
    Задача сводится, таким образом, к определению смещения r электрона под действием внешнего поля E. Для монохроматической световой волны это поле является гармонической функцией времени, т.е.
    . (11)
    Будем считать, что электрон в атоме удерживается упругой силой. Это значит, что электрон, выведенный из равновесия, совершает свободные колебания с частотой , где k – константа упругой связи, m – масса электрона. Под действием внешней гармонической силы электрон совершает вынужденные колебания с частотой внешней силы. Колебания электрона описываются уравнением
    ,
    решение которого имеет вид
    , (12)
    где .
    Подставляя (11) и (12) в (10) получим
    . (13)
    Если в атоме или молекуле вещества имеется несколько сортов зарядов (с зарядом и массой ), способных совершать колебания с собственными частотами , то
    . (14)
    Таким образом, простая модель взаимодействия света с веществом объясняет явление дисперсии света и определяет функциональную зависимость . При наличии одной собственной частоты (показатель преломления меняется по закону (13)) график зависимости имеет вид, изображенный на рис. В области n больше единицы и возрастает с увеличением w (нормальная дисперсия). В области n меньше единицы и растет с частотой w (нормальная дисперсия). Вблизи собственной частоты терпит разрыв и становится мнимой (этот случай соответствует поглощению света). Такое поведение показателя преломления обусловлено тем, что в расчете не учитывалось трение (трение излучения и др. факторы). Учет сил трения приводит к зависимости вблизи , показанной на рис. штриховой линией AB. Область AB – область аномальной дисперсии (n убывает при возрастании w).
    Перейдя от w к l получим кривую, изображенную на рис. Участки 1–2 и 3–4 соответствуют нормальной дисперсии ( ). На участке 2–3 дисперсия аномальна ( ). Пунктирная кривая на этом рис. изображает ход коэффициента поглощения света веществом. Поглощение наиболее выражено в области аномальной дисперсии. Такое совпадение неслучайно, поскольку поглощение света становится особенно интенсивным при резонансной частоте.
    Поглощение (абсорбция) света. При прохождении световой волны через вещество часть энергии волны затрачивается на возбуждение и поддержание колебаний электронов. Частично эта энергия возвращается излучению в виде вторичных волн, порождаемых электронами; частично же она переходит в энергию движения атомов, т.е. во внутреннюю энергию вещества. Поэтому интенсивность света при прохождении через вещество уменьшается – свет поглощается в веществе. Это явление называется поглощением или абсорбцией света.
    Поглощение света в веществе описывается законом Бугера
    ,
    где I0 и I – интенсивности плоской монохроматической волны на входе и выходе слоя поглощающего вещества толщиной l, a – коэффициент поглощения.
    Коэффициент поглощения зависит от длины волны l и индивидуален для каждого вещества. Например, одноатомные газы (атомы которых можно считать изолированными, поскольку они находятся на значительных расстояниях друг от друга) обладают близким к нулю коэффициентом поглощения и лишь для очень узких спектральных областей (примерно 10–12–10–11 м) наблюдаются резкие максимумы (так называемый линейчатый спектр поглощения). Эти линии соответствуют частотам собственных колебаний электронов в атомах.
    В случае многоатомных газов обнаруживаются частоты поглощения, соответствующие колебаниям атомов внутри молекул. Спектр поглощения таких газов имеет вид линейчатых полос (полосы поглощения шириной 10–10–10–7 м). Молекулу можно рассматривать как систему связанных осцилляторов, у которых наряду с жесткими связями (электронов с атомами) имеются более мягкие связи (между отдельными атомами молекулы). Поэтому молекула обладает набором близко расположенных собственных частот колебаний, которые обуславливают линейчатые полосы поглощения (а не одиночные линии как у одноатомных газов).
    Коэффициент поглощения диэлектриков невелик (примерно 10–3–10–5 см–1), однако у них наблюдается селективное поглощение света в определенных интервалах длин волн, когда a резко возрастает, и наблюдаются сплошные полосы поглощения (сплошной спектр поглощения). Расширение отдельных линий, соответствующих собственным частотам атомов и молекул диэлектрика, до сплошной полосы поглощения обусловлено взаимодействием молекул друг с другом (добавляются еще более мягкие связи молекул между собой, в результате чего возникают дополнительные близко расположенные частоты собственных колебаний).
    Коэффициент поглощения металлов имеет большие значения (примерно 103–105 см–1) и поэтому металлы являются непрозрачными для света. В металлах, из-за наличия свободных электронов, под действием электрического поля возникают быстропеременные токи. Энергия световой волны быстро уменьшается, переходя, из-за выделения джоулевой теплоты, во внутреннюю энергию металла. Чем выше проводимость металла, тем сильнее в нем поглощение света.
    Зависимостью коэффициента поглощения от длины волны объясняется окрашенность поглощающих тел. Например, стекло, слабо поглощающее красные и оранжевые лучи и сильно поглощающее зеленые и синие, при освещении белым светом будет казаться красным. Это явление используется для изготовления светофильтров, которые в зависимости от химического состава (стекла с присадками различных солей, пленки из пластмасс, содержащие красители и т.д.) пропускают свет только определенных длин волн, поглощая остальные.
    Явление поглощения используется в абсорбционном спектральном анализе смеси газов, основанном на измерениях спектров частот и интенсивностей линий (полос) поглощения. Структура спектров поглощения определяется составом и строением молекул, поэтому изучение спектров поглощения является одним из основных методов количественного и качественного анализа веществ.
    Рассеяние света. Свет, проходя вещество, вызывает колебания электронов в атомах. Колеблющиеся электроны излучают вторичные волны, распространяющиеся по всем направлениям. В случае однородной среды, согласно расчетам, вторичные волны полностью гасят друг друга во всех направлениях, кроме направления распространения первичной волны. Поэтому в идеально однородных средах рассеяния света не происходит. Вторичные волны не погашают друг друга только при распространении света в неоднородной среде. Результирующая интенсивность имеет довольно равномерное распределение по направлениям. В случае среды без посторонних включений источником оптических неоднородностей являются флуктуации плотности. Эти флуктуации вызваны тепловым движением молекул вещества. Таким образом, процесс рассеяние света сводится к генерации вторичных волн молекулами или частицами включений под действием света. Для сплошной среды рассеяние, по сути, является дифракцией волн на неоднородностях среды.
    Характер рассеяния зависит от размеров неоднородностей. Если размеры неоднородностей малы по сравнению с длиной волны (не более ~0,1l), интенсивность рассеянного света I
    .
    Эта зависимость носит название закона Рэлея. Ее происхождение связана с характером излучения электрического диполя (интенсивность излучения которого ). Особен­ностями излучения диполя объясняется также частичная поляризация рассеянного света. Рассеянный свет преимущественно поляризован в направлении, перпен­дикулярном направлению рассеяния и направлению распространения первичного луча. Полная поляризация наблюдается в направлениях, перпендикулярных пучку.
    Рэлеевским рассеянием (на флуктуационных неоднородностях атмосферы) объясняется, например, голубой цвет неба и красноватый цвет Солнца на восходе и заходе. На восходе и заходе наблюдается свет, в котором в результате рассеяния коротковолновая (фиолетовая) часть спектра ослаблена значительно сильнее длинноволновой (красной) части. В результате Солнце воспринимается как красное. Когда Солнце находится в зените и рассеяние невелико (меньше толща атмосферы, проходимой лучами), оно не имеет красного цвета. Однако в рассеянном атмосферой свете преобладает фиолетовая часть спектра, и небо воспринимается голубым.

  10. Truthsmasher Ответить

    где $\xi $ — абсцисса слоя. Будем считать, что точка наблюдения находится в волновой зоне диполей слоя. В таком случае электрическое поле каждого диполя в точке $A$ равно:
    где $r$ — расстояние от диполя. Эти выражения требуется суммировать по всем диполям слоя. Используем с этой целью метод кольцевых зон Френеля. Тогда, результирующая напряженность ($d\overrightarrow{E_1}$) всех диполей слоя в точке наблюдения равна одной второй напряженности поля, которое возбуждается в этой же точке диполями только центральной зоны. Значит необходимо суммировать выражение (3) по всем диполям центральной зоны и разделить на два (заменим интегрированием). Вторичные волны, которые исходят от края центральной зоны отстают по фазе на $\pi $ от волны, которая исходит от центра $O$, а значит от падающей волны. Такое отставание по фазе является промежуточным. Так появляется замедление скорости распространения фазу волны, если она идет через вещество.
    Выделим кольцо (рис.1) внутренний радиус которого равен $\rho $, наружный $\rho +d\rho $. В элементе объема $dV=2\pi \rho \cdot d\rho \cdot d\xi $ находится $NdV$ диполей и их число велико ($N$ – количество диполей в единице объема). Учитываем все сказанное выше, кроме того:
    В качестве переменной величины примем расстояние $r$. В рамках центральной зоны величину $\overrightarrow{p_{0\bot }}$ считаем постоянной и равной $\overrightarrow{p_0}$.В таком случае интегрирование сводится к вычислению:
    Соответственно имеем:
    Если провести интегрирование по остальным зонам, то в результате убывания $\overrightarrow{p_{0\bot }}$их действие медленно убывает с ростом номера зоны (n), при $n\to \infty $ оно равно нулю. Что служит обоснование того, что метод зон Френеля применим к нашему случаю. Добавим $d\overrightarrow{E_1}$ к падающей волне, имеем:
    где $dФ=\frac{2\pi k_0Np_0}{E_0}d\xi.$ Получаем, что присутствие слоя несет дополнительное отставание по фазе $dФ$. При конечной толщине слоя ($l$) $Ф$ равно:
    Формула (8) – объяснение замедления фазовой скорости волны в среде.
    Следует связать амплитуды $E_0\ и\ p_0$. В общем случае это сложная задача, постольку, поскольку дипольный момент атома $\overrightarrow{p}$ определён не средним макроскопическим полем $\overrightarrow{E}$, а микроскопическим полем, которое действует на атомы среды.

    Объяснение процесса распространения волны при наличии теплового движения атомов

    Ранее тепловое движение атомов мы не учитывали. Так почему при его наличии в веществе может распространяться регулярная волна и как может возникать правильное отражение от зеркальных поверхностей жидкостей и твердых тел?
    Рассмотрим газ. В промежутках между столкновениями молекулы газа движутся равномерно и прямолинейно. Из-за существования эффекта Доплера атомы, которые имеют разные скорости, излучают свет с различными частотами. Однако изменение частоты нет, если речь идет о вторичных волнах, которые идут в направлении распространения света.
    Пусть в газе распространяется плоская монохроматическая волна с частотой $\omega \ $системе отсчета $S$, где газ не движется. Рассмотрим атом, находящийся в движении. Свяжем с этим атомом систему отсчета $S’$. В системе отсчета $S’$ частота наблюдаемой волны будет ${{\mathbf \omega }}’.$ С такой же частотой в системе $S’$ будут возбуждены колебания атома и будут излучаться вторичные сферические волны. При обратном переходе в систему S частота ${{\mathbf \omega }}’$ излучаемой сферической волны изменится, и будет зависеть от направления излучения. Для излучения, которое идет в направлении первичной волны будет прежняя частота $\omega ,$ при этом не важно, в какую сторону и с какой скоростью двигался атом.
    Так, в направлении распространения первичной волны все атомы излучают волны с одной и той же частотой $\omega .$ Именно с этим связана возможность регулярного распространения света в газе.
    В твердых и жидких веществах атомы совершают колебания около положения равновесия и этим модулируют поле волны света. Как результат — сохраняются вторичные волны с прежней частотой и появляются волны с новыми частотами. К излучению с сохранившимися частотами связана возможность регулярного распространения волн света, (их отражения и преломления) в данных веществах. Излучения с изменившимися частотами ведут к возникновению в рассеянном свете новых частот.

  11. Laihuginn Ответить

    Оптическая плотность среды. В § 27.7 говорилось, что скорость распространения электромагнитных волн зависит от рода среды и определяется выражением

    где — абсолютный показатель преломления среды.
    У всех веществ, в которых может распространяться световое излучение, т. е. прозрачных для света, относительная магнитная проницаемость очень мало отличается от единицы; следовательно, скорость распространения света в веществе определяется его диэлектрической проницаемостью . (Заметим, что зависит от частоты колебаний вектора Е, поэтому и скорость распространения света в диэлектриках тоже зависит от частоты колебаний в световом излучении.)
    Величину, характеризующую зависимость скорости распространения света от рода среды, называют оптической плотностью среды. Она измеряется числовым значением абсолютного показателя преломления среды (§ 27.7).
    Ясно, что оптическая плотность вакуума равна единице. Поскольку показатель преломления для воздуха равен 1,003, то скорость света в воздухе очень часто принимают за с. Скорость распространения света в воде впервые измерил Ж. Фуко. Она оказалась в 4/3 раза меньше, чем в воздухе, т. е. у воды
    Изменение скорости распространения света является причиной преломления света, т. е. изменения направления его распространения при переходе из одной прозрачной среды в другую.

  12. Bajora Ответить

    ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СВЕТА С ВЕЩЕСТВОМ
    При распространении света в веществе возникают следующие явления:
    изменяется скорость распространения, причем, скорость распространения зависит от длины световой волны. Это явление называется дисперсией.
    часть энергии световой волны теряется. Это явление называется поглощением или абсорбцией света.
    при распространении света в оптически неоднородной среде возникает рассеяние света на пространственных неоднородностях среды.
    Дисперсия света
    Дисперсией света называют зависимость показателя преломления n от длины волны (или от частоты), т.е. n = n(?).
    У прозрачных веществ примерный вид зависимости изображен на следующем рисунке:
    Такая зависимость n(?), когда n уменьшается с ростом ? называется нормальной дисперсией. При прохождении белого света через призму свет разлагается в дисперсионный (призматический) спектр. Это явление впервые наблюдал И. Ньютон (1672 г.). Схема его опыта изображена на рисунке:
    1.1 Классическая электронная теория дисперсии
    Последовательное описание взаимодействия света с веществом возможно только в рамках квантовой теории. Однако, во многих случаях можно ограничиться описанием в рамках волновой (электромагнитной) теории излучения и классической электронной теории , согласно которой каждую молекулу среды можно рассматривать как систему зарядов, имеющих возможность совершать гармонические колебания – как систему осцилляторов с различными собственными частотами и коэффициентами затухания. Движение этих осцилляторов можно рассматривать на основе законов Ньютона.
    1.2 . График зависимости n(?)
    Проведенный анализ позволяет изобразить примерный вид графика зависимости показателя преломления от циклической частоты:
    На участках AB и DE n растет с ростом ? – дисперсия нормальная. На участке BCD дисперсия аномальная – с ростом показатель преломления падает.
    График зависимости n(?) Так как длина волны ? и циклическая частота величины, связанные обратно пропорциональной зависимостью (15.1.8), то график n(?), соответствующий приведенному выше графику, будет иметь примерно следующий вид:.
    Рассеяние света
    Наслаждаясь видом безоблачного неба, мы вряд ли склонны вспоминать о том, что небесная синева – это одно из проявлений рассеяния света. Оказывается, синие лучи, падающие на Землю от Солнца, рассеиваются молекулами воздуха примерно в 6 раз сильнее своих «антагонистов» в видимом спектре – красных, и поэтому небо выглядит голубым, а солнце тем краснее, чем оно ближе к горизонту. Так объяснил голубой цвет неба в 1871 году знаменитый английский математик и физик Джон Уильям Стретт, почти тогда же унаследовавший от отца титул лорда Рэлея, и с тех пор рассеяние света на отдельных атомах или молекулах и вообще на маленьких частичках – с размерами, намного меньшими длины световой волны, называют рэлеевским.
    Амплитуда волн, испускаемых движущимся электроном, пропорциональна его ускорению – чем резче меняется скорость заряда, тем труднее удержаться возле него связанному с ним «собственному» электромагнитному полю. Ведь всякое поле обладает энергией, а следовательно, инертной массой и поэтому может не успевать за быстро колеблющимся в падающей световой волне электроном, отрываясь от него. Это и есть излучение вторичных волн, или рассеянный свет. Интенсивность его тем выше, чем быстрее колеблется электронное облако, то есть рассеяние возрастает с частотой падающего света, или, что то же самое, уменьшается с увеличением длины волны (длина волны обратно пропорциональна частоте). Потому-то синие лучи и рассеиваются сильнее красных – их длины волн равны соответственно 0,45 мкм и 0,7 мкм.
    Вопросы и задачи по теме: Дисперсия.
    Что называется дисперсией света?
    Что такое спектр?
    Как открыл и объяснил это явление Ньютон?
    Как с помощью дисперсии определить состав белого света?
    Почему в диспергирующей среде белый свет разлагается на составляющие его волны?
    Как объясняет явление дисперсии классическая электронная теория Лоренца?
    Получите закон дисперсии.
    Как располагаются цвета в дисперсионном спектре? Как это объяснить?
    Изобразите на графике зависимость n2(?).
    Что такое нормальная и аномальная дисперсия? Как объясняется явление аномальной дисперсии?
    Световые волны какого цвета имеют меньшую скорость в стекле – красные или фиолетовые?
    Зависит ли скорость света в вакууме от частоты колебаний?
    Как изменяются показатели преломления цветных пучков, начиная с красного и заканчивая фиолетовым?
    Почему при точном определении показателя преломления вещества пользуются не белым светом, а монохроматическим?
    Можно ли из цветных пучков получить белый свет?
    Приведите примеры дисперсии света в природе.
    Чем обусловлен цвет тела?
    Объясните цвета прозрачных и непрозрачных тел
    Как образуется радуга?
    Известно, что заря красная, а небо синее. На основании этого объясните, какие лучи – красные или синие – сильнее рассеиваются в атмосфере.
    Почему воздушные баллоны аквалангов и «черные ящики» самолетов окрашивают в ярко-оранжевый цвет?
    Почему заходящее солнце кажется нам красным?
    Почему виднеющийся на горизонте лес кажется не зеленым, а подернутым голубоватой дымкой?
    Почему астронавты на Луне видят не голубое, а черное небо?
    После дождя в солнечную погоду иногда наблюдается радуга. Почему именно после дождя, и в солнечную погоду?
    Почему радуга имеет форму дуги?
    Можно ли в летний полдень увидеть атмосферную радугу в Москве или Казани?
    Когда радуга бывает выше: в 16 или 17 часов?
    При частотах свыше 1 МГц диэлектрическая проницаемость льда равна 3. Определите показатель преломления света и скорость света в этом веществе.
    В стекле (флинт) показатель преломления света для красного цвета (?кр = 670,8 нм) равен 1,643, для фиолетового (?ф = 404,7 нм) – 1,685. Сравните скорости света этих волн в стекле.
    Спектральные цвета
    Цвета, возникающие при разложении белого света на спектральные составляющие, например посредством призмы или дифракционной решетки.
    Область спектра
    Инфра-
    красный
    Красный
    Оранжевый
    Желтый
    Зеленый
    Синий
    Фиолетовый
    Ультрафиолетовый
    Длина волны в вакууме, нм
    От 3·105 до 770
    От 770 до 640
    От 640 до 600
    От 600 до 570
    От 570 до 490
    От 490 до 430
    От 430 до 390
    От 390 до 5
    Частота, 1014 Гц
    От 0,01 до 3,9
    От 3,9 до 4,7
    От 4,7 до 5,0
    От 5,0 до 5,3
    От 5,3 до 6,1
    От 6,1 до 7,0
    От 7,0 до 7,7
    От 7,7 до 600
    Пигменты
    Цвета, возникающие, когда освещаемое белым светом тело поглощает часть света, а оставшуюся часть отражает.
    Тело кажется:
    белым, когда оно отражает весь свет;
    черным, когда оно поглощает весь свет;
    зеленым, когда оно отражает зеленый свет и поглощает свет других цветов.

  13. khanali Ответить

    Скорость света – абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. В физике традиционно обозначается латинской буквой «c». Скорость света в вакууме – фундаментальная физическая постоянная, равная 299 792 458 м/с.
    В физике свет изучается в разделе оптика, может рассматриваться либо как электромагнитная волна, ее скорость распространения в вакууме постоянна (волновая теория), либо как поток фотонов – частиц, обладающих определённой энергией и нулевой массой покоя (корпускулярная теория).
    К началу XVIII века существовало два противоположных подхода к объяснению природы света: корпускулярная теория Ньютона и волновая теория Гюйгенса. Обе теории объясняли прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления. Весь XVIII век стал веком борьбы этих теорий. Однако в начале XIX столетия ситуация изменилась. Корпускулярная теория была отвергнута и восторжествовала волновая теория. Заслуга в этом принадлежит английскому физику Томасу Юнгу и французскому физику Огюстену Френелю, исследовавшим явления интерференции и дифракции. Исчерпывающее объяснение этих явлений могло быть дано только на основе волновой теории. Для объяснения таких явлений, как излучение черного тела, фотоэффект, эффект Комптона и др. потребовалось введение квантовых представлений.
    Тот факт, что свет в одних опытах обнаруживает волновые свойства, а в других – корпускулярные, означает, что свет имеет сложную двойственную природу, которую принято характеризовать термином «корпускулярно-волновой дуализм”.
    Цветовое ощущение возникает в результате воздействия на глаз потоков электромагнитного излучения диапазона длин волн, в котором это излучение воспринимается глазом, так называемого, видимого диапазона. Видимый диапазон (световые волны) включает длины волн от 380 до 760 нм. Оптический диапазон помимо воспринимаемого человеческим глазом видимого излучения включает инфракрасное излучение и ультрафиолетовое излучение (соответственно, с длинами волн приблизительно от 1 мм до 1 нм, рис. 3.1).

    Рис. 3.1 Электромагнитное излучение оптического и видимого диапазонов
    В зависимости от того, попадает в глаз излучение от источников света или от несамосветящихся объектов, даже при одинаковом относительном спектральном составе потоков излучения, восприятия цвета различаются. Однако обычно для обозначения цвета этих двух разных типов объектов используют одни и те же термины. К самосветящимся объектам относят солнце и различные источники света.
    В состав видимого света входят монохроматические волны (электромагнитные волны одной определенной и строго постоянной частоты) с различными значениями длин волн. В излучении нагретых тел (нить лампы накаливания) длины волн непрерывно заполняют весь диапазон видимого света. Такое излучение называется белым светом. Свет, испускаемый, например, газоразрядными лампами и многими другими источниками, содержит в своем составе отдельные монохроматические составляющие с некоторыми выделенными значениями длин волн. Совокупность монохроматических компонент в излучении называется спектром.Белый свет имеет непрерывный спектр, излучение источников, в которых свет испускается атомами вещества, имеет дискретный спектр.
    3.2 ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА.Оптические свойства – свойства вещества, связанные с взаимодействием их со светом, например, отражение, поглощение, преломление, дисперсия и другие.Причин, вызывающих различные цветовые явления, много. Например, К. Нассау считает, что их 15. В [24] он обсуждает фундаментальные вопросы взаимодействия света с веществом и цветовые явления биологических систем, атмосферы, жидких кристаллов, эмалей, стекла, глазури, драгоценных камней, обусловленные преломлением, поляризацией, интерференцией, дифракцией, рассеянием, нелинейными эффектами колорантов различных типов.
    Отражение (пропускание) света. Основную часть объектов, вызывающих цветовые ощущения, составляют несамосветящиеся предметы, которые лишь отражают или пропускают свет, излучаемый источниками. И для получения цветового ощущения в этом случае необходимы: источник света, цветной объект и наблюдатель (рис. 3.2).

    Рис. 3.2 Основные составляющие, приводящие к цветовому ощущению
    Свет источника попадает на объект, который влияет на него – отражает, пропускает, поглощает. Цвет объекта определяется спектральным распределением энергии отраженного (пропущенного) им света.
    Одной из самых важных характеристик объекта является коэффициент отражения(?) для непрозрачных и пропускания (?)для прозрачных веществ. Определяются как отношение интенсивности отраженного (пропущенного) объектом света к интенсивности падающего на него света.
    Спектр окрашенных поверхностей определяется как зависимость коэффициента отражения ? от длины волны ?, для прозрачных материалов – коэффициента пропускания ?от длины волны, а для источников света – интенсивности излучения от длины волны. Спектр отражения – это основная характеристика объекта, от которой зависят его цветовые характеристики. Представляется в табличном виде или в виде графика, где по оси ординат откладывается длина волны, а по оси абсцисс – интенсивность отраженного света. У большинства объектов довольно сложный спектральный состав, то есть в нем присутствуют излучения самых различных длин волн. По форме спектральной кривой можно судить о цвете излучения, отраженного от поверхности предмета или испускаемого самосветящимся источником света. Чем более эта кривая будет стремиться к прямой линии, тем более цвет излучения будет казаться ахроматическим. Чем больше будет амплитуда спектра, тем цвет излучения или предмета будет более ярким. Если спектр излучения равен нулю во всем диапазоне за исключением определенной узкой его части, мы будем наблюдать чистый спектральный цвет, соответствующий излучению, испускаемому в очень узком диапазоне длин волн. Такое излучение называется монохроматическим.
    Примеры спектров отражения некоторых красок приведены на рис. 3.3.

    Рис. 3.3 Спектры отражения различных цветных красок: изумрудной зелени, красной киновари, ультрамарина
    Преломление света–изменение направления распространения оптического излучения (света) при его прохождении через границу раздела двух сред.
    Отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде называется коэффициентом преломления среды. Показатель преломления среды n = c / v , где с – скорость света в вакууме, а v – скорость света в данной среде, скорость v зависит от плотности среды. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.

    Рис. 3.4 Преломление света
    Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления: n = n2 / n1.
    Так, коэффициент преломления стекла равен примерно 1,5 (зависит от сорта стекла), то есть, свет в стекле замедляется примерно на треть по сравнению со скоростью его распространения в вакууме. Скорость света в любом веществе меньше, чем в вакууме.
    Дисперсия света (разложение света) – это явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества от длины волны света. Один из самых наглядных примеров дисперсии – разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Для лучей света различной цветности показатели преломления данного вещества различны, вследствие этого пучок белого света призмой разлагается в спектр.
    Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе (в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и, следовательно, цвета). Чем меньше длина волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней.
    Вывод:
    • у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления;
    • у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.

    Рис. 3.5 Дисперсия света в призме
    Однако в некоторых веществах (например, в парах йода) наблюдается эффект аномальной дисперсии, при котором синие лучи преломляются меньше, чем красные, а другие лучи поглощаются веществом и от наблюдения ускользают.
    Дифракция света – явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий (огибание препятствий). При определенных условиях свет может заходить в область геометрической тени. При этом происходит нарушение прямолинейности распространения света, то есть, отклонение от законов геометрической оптики.
    Дифракция наблюдается при распространении света в среде с резко выраженными неоднородностями. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или узкие отверстия), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец (максимумов и минимумов интенсивности света). Дифракция тесно связана с явлением интерференции. Обычно дифpакция сопpовождается появлением максимумов и минимумов интенсивности света, то есть, интеpфеpенцией. При этом само явление дифракции зачастую трактуют как частный случай интерференции (интерференция вторичных волн). Дифракционные эффекты зависят от соотношения между длиной волны и характерным размером неоднородностей среды либо неоднородностей структуры самой волны. Наиболее сильно они проявляются при размерах неоднородностей сравнимых с длиной волны. При размерах неоднородностей существенно превышающих длину волны (на 3-4 порядка и более), явлением дифракции, как правило, можно пренебречь. В последнем случае распространение волн с высокой степенью точности описывается законами геометрической оптики.
    Теорию дифракции (независимо от Томаса Юнга) создал французский физик Огюстен Жан Френель (1788 – 1827 гг.), положив в основу принцип Гюйгенса и дополнив его фундаментальной идеей об интерференции элементарных волн.
    Пpи пpактическом использовании дифpакции света большой интеpес пpедставляет дифpакционная pешетка. Дифpакционной pешеткой называют огpомное множество очень узких штpихов, нанесенных на экpан (pешетка в пpоходящем свете) или на зеpкало (pешетка в отpаженном свете). Дифpакционная pешетка используется как спектpальный пpибоp и как измеpитель длины волны света высокой степени точности. Дифpакция тем яpче выpажена, чем уже щель и чем больше длина волны. Расстояние, через которое повторяются штрихи на решетке, называют периодом дифракционной решетки. Хорошую решетку изготовляют с помощью специальной делительной машины, наносящей на стеклянную пластину параллельные штрихи. Число штрихов доходит до нескольких тысяч на 1 мм; общее число штрихов может превышать 100000.
    В результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее белый свет разлагается на спектр (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции). Дифракционный и призматический спектры несколько отличаются: призматический спектр является сжатым в красной части и растянутым в фиолетовой области. Он располагается в порядке убывания длины волны: от красного к фиолетовому. Дифракционный спектр – равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному. Призмы и дифракционные решетки – важнейшие элементы цветоизмерительных приборов, позволяющие получать монохроматический спектр.

    Рис. 3.6 Дифракция света на ткани и CD диске
    Интерференция света – явление взаимного усиления или ослабления света до полной темноты (гашения) при наложении двух его волн, которые имеют одинаковые частоты колебаний.
    Первый эксперимент по наблюдение интерференции света в лабораторных условиях принадлежит Ньютону. Он наблюдал интерференционную картину, возникающую при отражении света в тонкой воздушной прослойке между плоской стеклянной пластиной и плосковыпуклой линзой большого радиуса кривизны. Интерференционная картина имела вид концентрических колец, получивших название колец Ньютона.

    Рис. 3.7 Кольца Ньютона
    Теория Юнга позволила объяснить интерференционные явления, возникающие при сложении двух монохроматических волн одной и той же частоты. Интерференция возникает, когда два когерентных источника света, то есть, испускающие полностью однородные лучи света с постоянной разностью фаз, расположены очень близко друг от друга (сложение когерентных колебаний). Такими источниками света являются, например, два зеркальных изображения одного источника света. У двух разных источников света никогда не сохраняется постоянная разность фаз волн, поэтому их лучи не интерферируют.
    Интерференция возникает также при разделении первоначального луча света на два луча при его прохождении через тонкую плёнку, например плёнку, наносимую на поверхность линз у просветлённых объективов. Отражённые лучи будут иметь постоянную разность фаз, равную удвоенной толщине плёнки, станут когерентными и возникнет интерференция. Полное гашение лучей произойдет при толщине пленки равной четверти длины волны: . Если ? = 550 нм, то толщина плёнки равняется 550:4=137,5 нм. Лучи соседних участков спектра по обе стороны от ? = 550 нм интерферируют не полностью и только ослабляются, отчего плёнка приобретает окраску
    Явление интерференции наблюдается в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды), в мыльных пузырях, на крыльях бабочек, в цветах побежалости.

    Рис. 3.8 Интерференция света
    Часто все эти оптические явления присутствуют одновременно. Например, в радуге, которая наблюдается в тех случаях, когда солнечные лучи освещают завесу дождя, расположенную на противоположной Солнцу стороне неба. Радуга – это не то, что находится в определенном месте. Радуга – это то, что можно видеть в определенном направлении (под углом около 42° к оси). Объяснения теории были даны Р. Декартом в 1637 г., И. Ньютоном, английским астрономом Дж. Эри (1836 г.) и в конце 19 века развита австрийским геофизиком Й. М. Пернтером. Эта теория основана на расчете явлений дифракции и интерференции, сопровождающих встречу солнечных лучей с решеткой, образуемой дождевыми каплями. В то же время факт появления разноцветной радуги объясняется дисперсией. Солнечный свет испытывает преломление в каплях воды, взвешенных в воздухе. Эти капли по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате чего белый свет разлагается в спектр.
    * Излучение с определенными цветовыми характеристиками, попадающее в глаз и вызывающее ощущение цвета, называетсяцветовым стимулом.
    * Цвета любых двух излучений, создающих в смеси белый цвет, называют дополнительными цветами.

  14. MOFON Ответить

    7
    Сформулируйте закон распространения света? Какие явления доказывают это явление? С какой скоростью распространяется свет в вакууме? Сформулируйте принцип Гюйгенса –Френеля?

    8
    Взаимодействие света с веществом. «Напрасно зеркало рисует Ее красы, ее наряд: Потупя неподвижный взгляд, Она молчит, она тоскует.» «Руслан и Людмила» А.С.Пушкин О каком явлении идет речь в данном отрывке произведения? (Отражение света) Сформулируйте закон отражения?

    9
    Какое явление описывает автор? «Какая ночь! Алмазная роса Живым огнем с огнями неба в споре, Как океан, разверзлись небеса, И спит земля – и теплится, как море…» «Какая ночь» А.Фет

    10
    Преломление света. «Проснулся Садко, купец богатый новгородский, В Океан – море, да на самом дне Увидел он – сквозь воду печет красное солнышко» Былина «Садко » «..Вода показалась Никите чересчур холодной. Ступая по ровному, песчаному дну, он чувствовал, как холодок пробирается по каждой из его жилок. Но, опустив взгляд вниз, Никита рассмеялся: его ноги, еще недавно длинные и тонкие, стали толстые и короткие, погрузившись в воду» А.Толстой htm

    11
    Дисперсия света «Как неожиданно и ярко, На влажной небе синеве, Воздушная воздвиглась арка В своем минутном торжестве! Один конец в леса вонзила, Другим за облака ушла – Она полнеба обхватила И в высоте изнемогла..» «Как неожиданно и ярко» Ф.Тютчев

    12
    Дайте определение дисперсии? Какой монохроматический свет больше (меньше)преломляется? Почему красный цвет – опасность? Какие параметры у световой волны изменяются при переходе из одной среды в другую, а какие остаются неизменными?

    13
    Интерференция света. «Сомненье, вера, Пыл живых страстей – Игра воздушных мыльных пузырей, Тот радугой блеснул, а этот серый И разлетятся все! Вот жизнь людей….» Омар Хаям

    14
    Дифракция света «Чиста холодная струя, Слежу за поплавком, Шалунья – рыбка, вижу я, Играет с червяком. Голубоватая спина, Сама как серебро. Глаза как серебро Багряное перо» «Рыбка» А.Фет. &id=349: &catid=40:17-&Itemid=100

    15
    Поляризация света Что такое свет? Электро-магнитная волна это какая волна? Как направлены векторы магнитной индукции, электрической напряженности. скорости?

    16
    Тест 1.Какое явление объясняется дифракцией? 2. Какое явление объясняется интерференцией? А.излучение света лампой накаливания В.получение изображения на экране Б.Радужная окраска компакт дисков Г. Радужная окраска мыльных пузырей 3.Какое явление связано с различием скорости распространения света в веществе? 4.Какое явление доказывает поперечность световых волн? А.Дисперсия Б. интерференция В. Дифракция Г. Поляризация 5. Чему равен абсолютный показатель преломления среды, если скорость света в среде км/с А. 3 Б. 2 В. 4 Г. 1,5 В Г А Г Б

    17
    Литература и интернет ресурсы &catid=40:17-&Itemid=100http:// 36&catid=40:17-&Itemid= Учебник Физика Классический курс.10 кл., 11 кл. Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев БНЭП Физика кл. Изд.«Кирилл и Мефодий»

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *