фізика 4/20

 25.10.2022

Уроки 32, 33

Тема. Тематичне оцінювання з теми "Електромагнітні коливання та хвилі"

Розвиток уявлень про природу світла. Світло як електромагнітна хвиля. Поширення світла в різних середвищах.

Завдання:

1. Виконати завдання тематичного оцінювання: тести, нище за посиланням або задачі розв'язати
2. Опрацювати теоретичний матеріал: 3, 4 посилання - відео
3. Записати конспект в зошит

Задачі: (тематичне оцінювання)!!!

1. ( 2б) Визначити  частоту вільних електромагнітних коливань у контурі, що складається з конденсатора ємністю 10 пФ та котушки індуктивністю 4 мГн.
2. (2б) Визначити  період  вільних електромагнітних коливань, що складається з конденсатора ємністю 16 нФ і котушки    індуктивністю 4 мГн.
3. (2б)Визначити кількість витків у рамці площею 20 см2 

якщо при її обертанні з циклічною частотою 157 рад/с у зовнішньому магнітному полі, модуль вектора магнітної індукції якого дорівнює 200 мТл, в ній наводиться ЕРС індукції, амплітудне значення якої 3,14 В.

4.(2б) Первинну обмотку трансформатора ввімкнено до джерела U1 =220 В. Коєфіцієнт трансформації  трансформатора k=22. Визначити кількість витків у вторинній обмотці та значення U2, якщо первинна обмотка має 2200 витків.

5. (2б) Приймальний контур складається з котушки індуктивністю 2 мкГн та конденсатора ємністю 1800 пФ. На яку довжину хвилі розрахований контур?

6. (2б) На якій відстані від антени радіолокатора перебуває об'єкт, якщо відбитий від нього сигнал повернувся назад через 0,5 мс після випромінювання?

https://naurok.com.ua/test/join?gamecode=7033122

https://naurok.com.ua/test/join?gamecode=1034150

https://www.youtube.com/watch?v=MLGcD1B4K2I

https://www.youtube.com/watch?v=Iv724RypGns

Перші уявлення про природу світла виникли ще в Стародавніх Греції та Єгипті. Серед безлічі теорій того часу були і дуже близькі до сучасних, і зовсім примітивні. Наприклад, деякі вчені давнини вважали, що з очей виходять тонкі щупальця, які обмацують предмети, внаслідок чого й виникають зорові відчуття. Близькою до сучасних можна вважати теорію Демокрита, який уявляв світло як потік частинок. Згадаємо, що таке світло, і дізнаємось, як розвивалися уявлення про його природу.

1. Оптика — наука про світло

Світло — це електромагнітні хвилі, які сприймає око людини, тобто хвилі довжиною від 380 нм (світло фіолетового кольору) до 760 нм (світло червоного кольору).

• Світло випромінюється внаслідок процесів, які відбуваються всередині атомів (детальніше про випромінювання світла ви дізнаєтесь із матеріалу § 37).

• Будь-яке фізичне тіло, атоми якого випромінюють електромагнітні хвилі видимого діапазону, називають джерелом світла. Джерела світла бувають природними (зоря, Сонце, блискавка, світлячок тощо) і штучними (багаття, свічка, факел, електрична лампа).

Розділ фізики, який вивчає явища, пов'язані з поширенням електромагнітних хвиль видимого діапазону та з взаємодією цих хвиль із речовинами, називають оптикою (від грец. optike — наука про зір; optos — видимий).

Останнім часом оптика вивчає також електромагнітні хвилі інфрачервоного (довжиною 760 нм — 1 мм) та ультрафіолетового (довжиною 10-380 нм) діапазонів.

2. Корпускулярна теорія І. Ньютона і хвильова теорія К. Гюйґенса

Наприкінці XVII ст. майже одночасно виникли дві різні теорії, які пояснювали природу світла, ґрунтуючись на законах механіки: корпускулярна теорія англійського фізика Ісаака Ньютона (1643-1727) і хвильова теорія голландського фізика Крістіана Гюйґенса (1629-1695).

3. Формування сучасних уявлень про природу світла

У 60-х рр. XIX ст. Дж. Максвелл створив теорію електромагнітного поля, одним із наслідків якої було встановлення можливості існування електромагнітних хвиль. За розрахунками вченого, швидкість поширення електромагнітних хвиль дорівнювала швидкості поширення світла: с ≈ 300 000 км/с.

На основі своїх теоретичних досліджень Максвелл дійшов висновку, що світло — це окремий випадок електромагнітних хвиль. Після дослідів Г. Герца (див. § 22) жодних сумнівів щодо електромагнітної природи світла не залишилось.

Електромагнітна теорія світла, однак, не могла пояснити явища, які виникають під час взаємодії світла з речовиною: поглинання й випромінювання світла, фотоефект (випромінювання електронів з поверхні речовини під дією світла) та ін. Ці явища пояснила квантова теорія світла, основи якої були закладені в 1900 р. німецьким фізиком Максом Планком (1858-1947). Згідно з квантовою теорією, світло випромінюється, поширюється та поглинається речовиною не безперервно, а скінченними порціями — квантами. Кожний окремий квант світла поводиться як частинка, а сукупність квантів поводиться як хвиля. Така двоїста природа світла отримала назву корпускулярно-хвильовий дуалізм.

У сучасній фізиці квантові уявлення не суперечать хвильовим, а поєднуються на основах квантової механіки і квантової електродинаміки.

• Чому і корпускулярна теорія світла І. Ньютона, і хвильова теорія К. Гюйґенса виявилися хибними?

Вимірювання швидкості поширення світла

Ще Ґ. Ґалілей вважав, що світло поширюється зі скінченною, хоча й дуже великою швидкістю. Саме Ґалілей зробив першу (на жаль, невдалу) спробу виміряти швидкість поширення світла.

Першим швидкість поширення світла визначив данський астроном Оле Крістенсен Ремер (1644-1710) у 1676 р., спостерігаючи затемнення Іо — супутника Юпітера (див. рисунок на с. 143).

Експериментально швидкість поширення світла вперше виміряв французький фізик Арман Іпполіт Луї Фізо (1819-1896) у 1849 р.

Американський фізик Альберт Абрахам Майкельсон (1852-1931) удосконалив методику вимірювання швидкості поширення світла. У 1924-1927 рр. він провів серії дослідів, використавши дві гірські вершини в Каліфорнії, відстань між якими була ретельно виміряна (див. рисунок). На вершині гори Маунт-Вільсон було встановлено дугову лампу, світло від якої проходило крізь щілину і падало на призму із 8 дзеркальними гранями. Відбившись від грані призми, світло прямувало до системи дзеркал, розташованої на вершині іншої гори — Сан-Антоніо, відбивалось і поверталось до призми. Відбившись від іншої грані призми, світло потрапляло в зорову трубу.

Схема досліду А. Майкельсона

Коли призму починали обертати, світло потрапляло в зорову трубу тільки за певної швидкості обертання призми — за умови, що за час проходження світла від призми до системи дзеркал і назад призма поверталася на 1/8 оберту.

Підбиваємо підсумки

• Оптика — розділ фізики, який вивчає явища, пов’язані з поширенням електромагнітних хвиль оптичного діапазону (видиме світло, інфрачервоне й ультрафіолетове випромінювання) та з взаємодією цих хвиль із речовинами.

• Корпускулярна теорія І. Ньютона розглядала світло як потік частинок, які випромінює світне тіло, а властивості частинок описувала за допомогою законів класичної механіки.

• Хвильова теорія К. Гюйґенса розглядала світло як поздовжні механічні хвилі, що поширюються у світовому ефірі, який заповнює весь простір.

• Згідно із сучасною квантовою теорією світло — це потік квантів, причому для опису їх властивостей використовують закони не класичної, а квантової механіки.

• Сучасна хвильова теорія розглядає світло як електромагнітну хвилю.

• Існування двох теорій про природу світла (корпускулярної та хвильової), які не суперечать одна одній, зумовлене двоїстою природою світла — корпускулярно-хвильовим дуалізмом.

Контрольні запитання

1. Що таке світло? Які об’єкти його випромінюють? 2. Хто є засновником корпускулярної теорії світла? Які її основні положення? 3. Які оптичні явища не можна було описати на основі корпускулярної теорії світла? 4. Хто є засновником хвильової теорії світла? Які її основні положення? 5. Чому дорівнює швидкість поширення світла? Як її було виміряно? 6. Які сучасні уявлення про природу світла?