Der Zweig der Physik, der sich mit der Erforschung des Lichts befasst. „Phänomene des Lichts“

Was ist Licht? Die Philosophen des antiken Griechenlands kannten die Antwort nicht. Selbst Archimedes gab keine Erklärung, obwohl er das Reflexionsgesetz kannte und erfolgreich anwendete. Bis zum 16. Jahrhundert glaubten viele Philosophen, dass das Sehen etwas sei, das vom Auge ausgeht und sozusagen Gegenstände ertastet.

Es gab aber auch andere Theorien, denen zufolge Licht ein Materiestrom ist, der von einem sichtbaren Objekt ausgeht. Unter diesen Hypothesen kommt der Standpunkt von Demokrit den modernen Ideen am nächsten. Er glaubte, dass Licht ein Strom von Teilchen mit bestimmten physikalischen Eigenschaften sei. Er schrieb: „Süße existiert als Konvention, Bitterkeit als Konvention, Farbe als Konvention, in Wirklichkeit gibt es nur Atome und Leere.“

Huygens Christian () Niederländischer Physiker Newton Isaac () Schließlich stellte sich heraus, dass zwei Theorien gleichzeitig die Natur des Lichts erklären. Darüber hinaus sind beide Theorien physikalisch untermauert und werden durch Experimente bestätigt.

1690: Eine Abhandlung über Licht. Licht ist eine elektromagnetische Welle, die in der Lage ist, Hindernisse zu umgehen. Jahr: „Optik“. Licht ist ein Strom von Teilchen.

Was vibriert der Strahl der klaren Nacht? Welche dünne Flamme schlägt ins Firmament? Wie können Blitze ohne bedrohliche Wolken von der Erde bis zum Zenit streben? Wie kann es sein, dass gefrorener Dampf mitten im Winter einen Brand verursacht? M. Lomonosov Worüber schreibt Lomonosov? In der Natur gibt es noch viele weitere interessante Phänomene, die mit Licht in Zusammenhang stehen.

• Erinnern wir uns daran, welche drei Arten der Wärmeübertragung wir dieses Jahr untersucht haben.

• Konvektion;

• Wärmeleitfähigkeit,

• Strahlung.

• Licht ist Strahlung, aber nur der Teil, den das Auge wahrnimmt.

Lichtquellen

- Du folgst ihr - sie ist von dir, du bist von ihr - sie ist hinter dir?

• Ein Schatten ist ein Raumbereich, der keinem Licht einer Quelle ausgesetzt ist.

Halbschatten

• Halbschatten- der Raumbereich, in den Licht von einer Quelle teilweise eindringt.

Die Sonnenfinsternis wird durch das Gesetz der geradlinigen Lichtausbreitung erklärt

Mondfinsternis

• Interessanterweise rettet ein Meereswurm ein Leben.

• Wenn die Krabbe hineinbeißt, leuchtet der Rücken des Wurms hell auf. Die Krabbe stürmt darauf zu, der verletzte Wurm versteckt sich und nach einer Weile wächst ein neuer an der Stelle des fehlenden Teils.

• In Brasilien und Uruguay gibt es rotbraune Glühwürmchen mit Reihen hellgrüner Lichter entlang des Körpers und einer leuchtend roten „Glühbirne“ auf dem Kopf.

• Es gibt Fälle, in denen diese natürlichen Lampen – Bewohner des Dschungels – Menschenleben retteten: Während des Spanisch-Amerikanischen Krieges operierten Ärzte Verwundete mit dem Licht von Glühwürmchen, die in eine Flasche gegossen wurden.

• Im 18. Jahrhundert landeten die Briten an der Küste Kubas und sahen nachts eine Welt aus Lichtern im Wald. Sie dachten, es gäbe zu viele Inselbewohner und zogen sich zurück, aber in Wirklichkeit handelte es sich um Glühwürmchen.

• Die Richtung nach Norden auf der Nordhalbkugel wird bestimmt, indem man mittags mit dem Rücken zur Sonne steht. Der Schatten, den ein Mann wirft, wird wie ein Pfeil nach Norden zeigen. Auf der Südhalbkugel zeigt der Schatten nach Süden.

Der Hamburger Alchemist Brand suchte sein ganzes Leben lang nach dem Geheimnis eines „Steins der Weisen“, der alles in Gold verwandeln würde. Einmal goss er Urin in ein Gefäß und begann, es zu erhitzen. Als die Flüssigkeit verdampfte, blieb am Boden ein schwarzer Niederschlag zurück. Brand beschloss, es in Brand zu setzen. An den Wänden des Gefäßes begann sich eine weiße, wachsähnliche Substanz anzusammeln. Es leuchtete! Der Alchemist dachte, er hätte seinen Traum erfüllt. Eigentlich hat er es bekommen ein bisher unbekanntes chemisches Element - Phosphor. (Licht tragend).

Was ist Licht? Was ist die Natur des Lichts? Warum zerfällt weißes Licht in Farben? Wie viele Farben gibt es, sieben oder Millionen? Solche Fragen erregten die Neugier des Menschen fast während seiner gesamten Geschichte, von den ersten Denkern bis zum 20. Jahrhundert. Aber um diese und andere Fragen zu beantworten, muss man die Natur des Lichts verstehen, die, wie sich herausstellte, sehr komplex ist. In dieser Lektion lernen Sie die grundlegenden wissenschaftlichen Konzepte zur Natur des Lichts kennen und lernen die Argumente der Befürworter einer bestimmten wissenschaftlichen Theorie kennen.

Optik

Die Natur der Welt. Lichtgeschwindigkeit

Die Optik ist ein Zweig der Physik, der Lichtphänomene und die für sie aufgestellten Gesetze sowie die Wechselwirkung von Licht mit Materie, die Natur des Lichts, untersucht.

Informationen über die Welt gelangen einem Menschen durch das Sehen. Mit Hilfe von Licht erhalten wir die meisten Informationen über die Welt um uns herum.

Die ersten Informationen über Licht erschienen vor 2,5 Tausend Jahren.

Pythagoras war einer der ersten Wissenschaftler, der eine wissenschaftliche Hypothese über die Natur des Lichts aufstellte (siehe Abb. 1). Er war der Erste, der nicht nur vermutete, sondern auch bewies, dass sich Licht geradlinig ausbreitet. Er und andere Geometer bis hin zu Euklid nutzten die Lichtphänomene der Reflexion und Brechung, um die Grundlagen der Geometrie zu legen. Kein Wunder, dass einer der Bereiche der Optik geometrische Optik genannt wird.

Reis. 1. Pythagoras

Pythagoras: „Licht ist ein Strom von Teilchen, die Objekte aussenden, in das menschliche Auge eindringen und Informationen über das liefern, was uns umgibt.“

Im 17. Jahrhundert wurde Isaac Newton ein Befürworter dieser Theorie (siehe Abb. 2). Er erklärte viele Lichtphänomene damit, dass Licht ein Strom spezieller Teilchen sei.

Reis. 2. Isaac Newton

„Corpuscle“ kommt von lat. Corpusculum - Teilchen. Daher wurde Newtons Theorie als Korpuskulartheorie des Lichts bezeichnet.

1. Geradlinige Lichtausbreitung.

2. Das Gesetz der Reflexion.

3. Das Gesetz der Bildung eines Schattens von einem Objekt.

Gleichzeitig erschien eine andere Theorie – die Wellentheorie des Lichts.

Christian Huygens war ein Befürworter dieser Theorie (siehe Abb. 3). Er versuchte, die gleichen Phänomene wie Newton zu erklären, nur ausgehend von der Position, dass Licht eine Welle ist.

Reis. 3. Christian Huygens

Huygens baute eine Wellentheorie des Lichts in Analogie zu Wellenprozessen auf Wasser und in der Luft auf und glaubte daher, dass sich Lichtwellen auch in einer Art elastischem Medium ausbreiten sollten, das er Lichtäther nannte. Diese Idee diente bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts als Grundlage der Wellenoptik.

Schon damals erkannte man, dass sich Licht nicht nur geradlinig ausbreitet.

1. Licht kann sich um Hindernisse herum biegen – Beugung (siehe Abb. 4).

Reis. 4. Beugung

2. Wellen können sich summieren – Interferenz (siehe Abb. 5).

Reis. 5. Einmischung

Diese Phänomene sind nur für Wellen charakteristisch, daher glaubte Huygens, dass Licht eine Welle sei.

Die Korpuskulartheorie konnte nicht erklären, wie ein Strahl einen anderen durchdringt. Wenn wir Licht als einen Teilchenstrom betrachten, dann sollte eine Wechselwirkung beobachtet werden, aber sie wurde nicht beobachtet, und dies sprach dafür, dass Licht eine Welle ist.

Maxwells Theorie entstand Mitte des 19. Jahrhunderts. Er bewies, dass sich das elektromagnetische Feld mit einer Geschwindigkeit von 300.000 km pro Sekunde ausbreitet.

Als Ergebnis der durchgeführten Experimente wurde festgestellt, dass sich Licht auch mit einer solchen Geschwindigkeit ausbreitet.

Licht ist ein Sonderfall einer elektromagnetischen Welle.

17. Jahrhundert - Der dänische Wissenschaftler Remer führte ein Experiment durch, bei dem sich herausstellte, dass die Lichtausbreitungsgeschwindigkeit etwa 300.000 km pro Sekunde beträgt.

1848 – Hippolyte Fizeau bewies, dass die Lichtgeschwindigkeit 300.000 km pro Sekunde beträgt.

Dies alles bestätigte die Tatsache, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist.

Im 19. Jahrhundert untersuchte Heinrich Hertz (siehe Abb. 6) die Eigenschaften elektromagnetischer Wellen und zeigte, dass Licht ein Teilchen sein könnte. Hertz entdeckte den photoelektrischen Effekt.

Reis. 6. Heinrich Hertz

Heinrich Hertz untersuchte elektromagnetische Wellen, glaubte zunächst, dass sie nicht existierten, und bewies echten Mut, als er als erster erkannte, dass sie ein natürliches Objekt seien.

Photoelektrischer Effekt: Unter Lichteinfluss werden Elektronen aus einer negativ geladenen Metallplatte herausgeschleudert.

Dies ist nur möglich, wenn das Licht ein Teilchenstrom ist.

Im 20. Jahrhundert gelangten sie zu einer endgültigen Entscheidung, indem sie das Konzept der Welle-Teilchen-Dualität des Lichts einführten.

Licht verhält sich bei der Ausbreitung wie eine Welle (Welleneigenschaften) und bei Strahlung und Absorption – wie ein Teilchen (mit allen Eigenschaften von Teilchen). Das heißt, Licht hat eine duale Natur.

Daher werden alle Phänomene aus den Positionen dieser beiden Theorien betrachtet.

1. Physik. Klasse 11: Lehrbuch für Allgemeinbildung. Institutionen und Schulen mit einem tiefen Studium der Physik: Profilniveau / A.T. Glasunow, O.F. Kabardin, A.N. Malinin und andere. Ed. A.A. Pinsky, O.F. Kabardin. Ros. akad. Wissenschaften, Ros. akad. Ausbildung. – M.: Aufklärung, 2009.
2. Kasyanov V.A. Physik. Klasse 11: Proc. für die Allgemeinbildung Institutionen. – M.: Bustard, 2005.
3. Myakishev G.Ya. Physik: Proc. für 11 Zellen. Allgemeinbildung Institutionen. – M.: Aufklärung, 2010.

1. St. Petersburger Schule ().
2. Realphys.com().
3. JSC "Energy" ().

Rymkevich A.P. Physik. Aufgabenbuch. 10–11 Zellen - M.: Bustard, 2010. - Nr. 1019, 1021

1. Welche Fakten im Zusammenhang mit der Lichtausbreitung wurden von Befürwortern der Korpuskulartheorie der Natur des Lichts herangezogen?
2. Hat der photoelektrische Effekt das Wellen- oder Korpuskularkonzept der Natur des Lichts bestätigt?
3. Wie nennt man das Konzept der Dualität des Lichts?
4. Wann sollte Licht als Teilchenstrom betrachtet werden?