Что такое свет? Какова природа света? Почему белый свет разлагается на цвета? Сколько на самом деле цветов существует, семь или миллионы? Подобные вопросы будоражили любопытство человека практически всю его историю, от первых мыслителей и вплоть до XX века. Но, чтобы ответить на эти и другие вопросы, нужно понять природу света, которая, как оказалось, весьма сложная. В ходе этого урока вы познакомитесь с основными научными концепциями по вопросу о природе света, узнаете аргументы сторонников той или иной научной теории.

Оптика

Природа света. Скорость света

Оптика – раздел физики, который изучает световые явления и законы, установленные для них, а также взаимодействие света с веществом, природу света.

Информация о мире приходит к человеку посредством зрения. При помощи света мы получаем большую часть информации об окружающем мире.

Первые сведения о свете появились 2,5 тысячи лет назад.

Пифагор был одним из первых ученых, кто дал научную гипотезу относительно природы света (см. Рис. 1). Он первый не только догадался, но и доказал, что свет распространяется прямолинейно. Он, а затем и другие геометры, вплоть до Евклида, использовали световые явления отражения и преломления для построения основ геометрии. Недаром один из разделов оптики так и называется – геометрическая оптика.

Рис. 1. Пифагор

Пифагор: «Свет – поток частиц, которые излучают предметы, проникая в глаз человека, они приносят информацию о том, что же нас окружает».

В XVII веке сторонником этой теории стал Исаак Ньютон (см. Рис. 2). Он объяснял много световых явлений, основываясь на том, что свет – это поток специальных частиц.

Рис. 2. Исаак Ньютон

«Корпускула» происходит от лат. corpusculum – частица. Поэтому теория Ньютона стала называться корпускулярной теорией света.

1. Прямолинейное распространение света.

2. Закон отражения.

3. Закон образования тени от предмета.

В это же время появилась другая теория – волновая теория света.

Сторонником этой теории был Христиан Гюйгенс (см. Рис. 3). Он пытался объяснить те же явления, что и Ньютон, только с той позиции, что свет – это волна.

Рис. 3. Христиан Гюйгенс

Гюйгенс построил волновую теорию света по аналогии с волновыми процессами на воде и в воздухе и потому считал, что световые волны также должны распространяться в какой-то упругой среде, которую назвал световым эфиром. Эта идея прослужила основой волновой оптики вплоть до начала XX века.

В те времена уже было замечено, что свет распространяется не только прямолинейно.

1. Свет может огибать препятствия – дифракция (см. Рис. 4).

Рис. 4. Дифракция

2. Волны могут складываться – интерференция (см. Рис. 5).

Рис. 5. Интерференция

Эти явления свойственны только волнам, поэтому Гюйгенс считал, что свет – это волна.

Корпускулярная теория не могла объяснить, как один луч проходит через другой. Если рассматривать свет как поток частиц, то должно наблюдаться взаимодействие, а его не наблюдалось, и это говорило в пользу того, что свет – волна.

В середине XIX века была создана теория Максвелла. Он доказал, что электромагнитное поле распространяется со скоростью 300 тысяч км в сек.

Вследствие проведенных опытов было выяснено, что с такой скоростью распространяется и свет.

Свет – частный случай электромагнитной волны.

XVII в. – датский ученый Ремер провел эксперимент, в котором выяснилось, что скорость распространения света равна примерно 300 тысяч км в сек.

1848 г. – Ипполит Физо доказал, что скорость света составляет 300 тысяч км в сек.

Это все подтверждало тот факт, что свет является электромагнитной волной.

В XIX веке Генрих Герц (см. Рис. 6) изучал свойства электромагнитных волн и показал, что свет может быть частицей. Герц открыл явление фотоэффекта.

Рис. 6. Генрих Герц

Генрих Герц изучал электромагнитные волны, изначально считая, что их не существует, и проявил настоящее мужество, первым признав их реальность как природного объекта.

Фотоэффект: под действием света из металлической пластины, заряженной отрицательно, выбиваются электроны.

Это может выполняться только в том случае, если свет – поток частиц.

В XX веке пришли к окончательному решению, введя понятие корпускулярно-волнового дуализма света.

Свет ведет себя при распространении как волна (волновые свойства), а при излучении и поглощении – как частица (со всеми свойствами частиц). То есть свет имеет двойную природу.

Поэтому все явления рассматриваются с позиций этих двух теорий.

1. Физика. 11 класс: Учебник для общеобразоват. учреждений и шк. с углубл. изучением физики: профильный уровень / А.Т. Глазунов, О.Ф. Кабардин, А.Н. Малинин и др. Под ред. А.А. Пинского, О.Ф. Кабардина. Рос. акад. наук, Рос. акад. образования. – М.: Просвещение, 2009.
2. Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений. – М.: Дрофа, 2005.
3. Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 2010.

1. Санкт-Петербургская Школа ().
2. Realphys.com ().
3. ОАО «Энергия» ().

Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10–11 кл. – М.: Дрофа, 2010. – № 1019, 1021

1. Какие факты, связанные с распространением света, использовались сторонниками корпускулярной теории природы света?
2. Фотоэффект подтверждал волновую или корпускулярную концепцию о природе света?
3. Как называется концепция двойственной природы света?
4. В каких случаях свет нужно рассматривать как поток частиц?

Что же такое свет? Философы Древней Греции ответа не знали. Даже Архимед не дал объяснения, хотя и знал о законе отражения и успешно его применял. До 16 века многие философы считали, что зрение есть нечто исходящее из глаза и как бы ощупывающее предметы.

Но были и другие теории, согласно которым свет представляет собой поток вещества, исходящий от видимого предмета. Среди этих гипотез ближе всего к современным представлениям точка зрения Демокрита. Он считал, что свет – это поток частиц, обладающих определёнными физическими свойствами. Он писал: «Сладость существует как условность, горечь – как условность, цвет – как условность, в реальности существуют лишь атомы и пустота».

Гюйгенс Христиан () нидерландский физик Ньютон Исаак () Наконец, оказалось, что сразу две теории объясняют природу света. Причём, обе теории физически обоснованы и подтверждаются экспериментами.

1690 год: «Трактат о свете». Свет – электромагнитная волна, способная огибать препятствия год: «Оптика». Свет – поток частиц.

Что зыблет ясный ночью луч? Что тонкий пламень в твердь разит? Как молния без грозных туч Стремится от Земли в зенит? Как может быть, чтоб мёрзлый пар Среди зимы рождал пожар? М. Ломоносов О чём пишет Ломоносов? В природе ещё множество интересных явлений, связанных со светом.

• Давайте вспомним, какие три вида теплопередачи мы с вами изучали в этом году.

• конвекция;

• теплопроводность,

• излучение.

• Свет – это излучение, но лишь та часть, которая воспринимается глазом.

Источники света

- Ты за ней - она от тебя, ты от неё - она за тобой?

• Тень - область пространства, в которую не попадает свет от источника.

Полутень

• Полутень - область пространства, в которую свет от источника попадает частично.

Затмение объясняется законом прямолинейного распространения света

Лунное затмение

• Интересно спасает жизнь морской червь.

• Когда краб перекусывает его, задняя часть червя ярко вспыхивает. Краб устремляется к ней, пострадавший червь прячется, и через некоторое время на месте отсутствующей части вырастает новая.

• В Бразилии и Уругвае водятся красновато-коричневые светлячки с рядами ярко-зеленых огоньков вдоль туловища и ярко-красной “лампочкой” на голове.

• Известны случаи, когда эти природные светильники- обитатели джунглей – спасали жизнь людей: во время испано-американской войны врачи оперировали раненых при свете светлячков, насыпанных в бутылку.

• В XVIII веке на побережье кубы высадились англичане, а ночью увидели в лесу мирады огней. Они подумали, что островитян слишком много и отступили, а на самом деле это были светлячки.

• Направление на север в северном полушарии определяют, встав в полдень спиной к Солнцу. Тень, отброшенная человеком, словно стрелка, укажет на север. В южном полушарии тень покажет на юг.

Гамбургский алхимик Бранд всю жизнь искал секрет получения “философского камня”, который превращал бы все в золото. Однажды он налил в сосуд мочу и стал ее подогревать. Когда жидкость испарилась, на дне остался черный осадок. Бранд решил прокалить его на огне. На стенках сосуда стало накапливаться белое вещество, похожее на воск. Оно светилось! Алхимик думал, что осуществил свою мечту. На самом деле он получил ранее неизвестный химический элемент – фосфор.(несущий свет).