Поперечность световых волн поляризация света кратко
Обновлено: 02.07.2024
Интерференция и дифракция объясняют свойства распространения света. Остаётся единственный вопрос: о каких волнах вообще идёт речь? О продольных или поперечных?
Уже знакомые по линейной оптике Юнг и Френель считали, что световое волны представляют собой продольные волны и распространяются аналогично звуковому сигналу.
Однако наука не стояла на месте, а число экспериментальных данных бесконечно росло. Появлялись новые противоречия, догадки и опровержения. Большинство результатов говорили, что свету присущи свойства, характерные только для продольных волн. Но не могут же колебания меняться в одной и той же волне?
Опыты с турмалином
Проведём эксперимент с кристаллами турмалина. Вообще, кристалл турмалина представляет собой одноосный кристалл зелёного цвета. Вырежем прямоугольную пластину турмалина таким образом, чтобы одна из её граней была параллельна оси кристалла. Теперь направим на неё пучок света от искусственного (лампы) или естественного (Солнца) источника. Рассмотрим случай, когда пучок падает нормально на пластину. Вращение пластины вокруг пучка не меняет интенсивности света, прошедшего через неё. Сделаем предположение, что часть цвета поглотилась турмалином.
Теперь установим сразу два таких кристалла турмалина и пустим свет через них. Наблюдается аналогичная ситуация поглощения турмалином, только уже во втором кристалле. Попробуем вращать второй кристалл, не затрагивая первый. Мы обнаружим, что происходит гашение света.
Получается, что по мере увеличение угла между осями интенсивность света падает. В момент, когда оси становятся перпендикулярны друг другу, наблюдается исчезновение светового пучка. Проще говоря, второй кристалл полностью поглощает свет.
Из этих экспериментов можно сделать два вывода:
- Световая волна, которая идёт от источника света, полностью симметрична относительно направления распространения;
- Волна, которая миновала первый кристалл, не обладает осевой симметрией.
Поперечность световых волн
Известно, что продольные волны характеризуются полной симметрией по отношению к направлению распространения. Исходя из этого, получается, что опыт с вращающийся пластиной не поддаётся объяснениям. Выйти из этого тупика можно, сделав два предположения.
Допустим, что свет – это поперечная волна.
Обычный источник генерирует световые пучки, в которых колебания происходят во всевозможных направлениях, ориентированных перпендикулярно направлению распространения волн.
Мы предположили, что имеем дело с поперечной волной, поэтому она обладает осевой симметрией.
Совокупность световых пучков, в которых колебания векторов Е и В происходят по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения волн, называется естественным светом. Собственно, это и объясняет постоянство интенсивности света при вращении кристалла турмалина.
Второе допущение связано с кристаллом. Кстати, забыли упомянуть, что кристаллу турмалина присуще пропускная способность колебаний в строго определённой плоскости.
В свою очередь, свет, в котором колебания вектора напряженности происходят только в одной конкретной плоскости, называется поляризованным или плоскополяризованным.
Из этих свойств становится ясно, что из первого кристалла выходит именно плоскополяризованная волна. В случае скрещённых кристаллов (то есть тогда, когда между их осями 90°) пучок не проходит сквозь второй кристалл. Но тогда, когда угол между осями не прямой, то фиксируются колебания, амплитуда которых равна проекции амплитуды волны, прошедшей через первый кристалл, на направление оси второго кристалла.
Поляроиды
Не только кристаллы турмалина поляризуют свет. Аналогичными свойствами обладают и поляроиды. Они представляют собой тонкую плёнку (0,1 мм) кристаллов герапатита на целлулоиде или стеклянной пластинке. Главное преимущество поляроидов в том, что они способствуют получению больших поляризующих поверхностей. Единственный недостаток этих кристаллов на плёнках – фиолетовый оттенок, который оттеняет белый свет.
Электромагнитная (волновая) теория света
Электромагнитная теория связана с работами Максвелла. Фундамент теории основан на факте совпадения скорости света со скоростью распространения электромагнитных волн.
На момент создания этой теории уже была доказана поперечность световых волн, поэтому Максвелл в своих доказательствах свободно апеллировал этим фактом, тем самым формулируя электромагнитную теорию света.
Экспериментально подтвердить волновую теорию света удалось Герцу. Он установил, что электромагнитные волны при распространении ведут себя так же как и световые. Они отражаются, преломляются, поляризуются и т.д. В конце 19 века была уже подтверждённая гипотеза о том, что световые волны возбуждаются движущимися в атомах заряженными частицами.
Максвелл смог однозначно сказать, что электромагнитные процессы подчиняются законам электромагнетизма, а не законам механики. Так, например, электромагнитные волны могут распространяться только в вакууме, а механические волны – только в упругих средах.
На сетчатку глаза или фотоэмульсию влияет электрическое поле световой волны. Поэтому направление колебаний в световом пучке принято связывать с вектором напряжённости электрического поля.
Несмотря на то, что волновая теория долгое время оставалась недоказанной, спустя много лет она стала основополагающей теорией для объяснения многих физических явлений.
Начало XIX века для физики ознаменовалось развитием волновой теории света, которым занимались ученые Т. Юнг и О. Френель. В то время природа световых волн оставалась неизвестной. Изначально предполагалось, что свет является распространяющимися в некоторой гипотетической среде – эфире продольными волнами. Однако в процессе изучения явлений дифракции и интерференции вопрос о том, продольные или поперечные световые волны, стал второстепенен. На тот момент казалось невозможным, что свет – это поперечные волны, по той причине, что по аналогии с механическими волнами пришлось бы признать эфир твердым телом, ведь поперечные механические волны не обладают возможностью распространяться в газообразной или же жидкой среде.
Несмотря ни на что, постепенно копились свидетельствующие в пользу поперечности световых волн экспериментально полученные факты.
Еще в конце XVII века было обнаружено, что кристалл исландского шпата ( CaCO 3 ) обладает свойством, позволяющим ему раздваивать проходящие сквозь него лучи. Данное явление было названо двойным лучепреломлением (рис. 3 . 11 . 1 ).
Рисунок 3 . 11 . 1 . Прохождение света через кристалл исландского шпата (двойное лучепреломление). При повороте кристалла относительно направления первоначального луча оба луча, которые проходят через кристалл, тоже поворачиваются.
Поляризация света
Поляризация света - это явление выделения из пучка естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.
Как же получить поляризованный свет?
Французским инженером Э. Малюсом в 1809 году был открыт названный в его честь закон. В экспериментах Малюса свет последовательно пропускался сквозь пару одинаковых пластинок из турмалина (прозрачное кристаллическое вещество зеленоватого оттенка). Они могли поворачиваться друг относительно друга на угол φ , как это проиллюстрировано на рисунке 3 . 11 . 2 .
Рисунок 3 . 11 . 2 . Наглядный пример закона Малюса.
Интенсивность прошедшего света оказалась прямо пропорциональной cos 2 φ :
Двойное лучепреломление точно также, как и закон Малюса не может быть объяснено с точки зрения теории продольных волн. Для продольных волн направление распространения луча представляет собой ось симметрии. В них любые направления в плоскости, нормальной, то есть перпендикулярной, лучу, равноправны.
В поперечной волне, к примеру, в бегущей по резиновому жгуту волне, направление колебаний и перпендикулярное ему направление не равноправны (рис. 3 . 11 . 3 ).
Рисунок 3 . 11 . 3 . Поперечная волна в резиновом жгуте. Частицы совершают колебательные движения вдоль оси y . При повороте щели S затухнет волна.
Выходит, что асимметрия относительно направления распространения луча – это решающий признак, отличающий поперечную и продольную волны. Первым высказал догадку о поперечности световых волн Т. Юнг в 1816 году. Независимо от Юнга Френель тоже выдвинул концепцию поперечности световых волн, и даже смог обосновать ее с помощью большого количества опытов. Им была создана теория двойного лучепреломления света в кристаллах.
В середине 60 -х годов XIX века Максвелл, взяв за основу совпадение известных значений скоростей распространения света и электромагнитных волн, сделал вывод о природе света. Ученый решил, что свет – это частный случай электромагнитных волн. К тому времени экспериментальным путем была подтверждена поперечность световых волн. По этой причине Максвелл предположил, что она является еще одним важным аргументом в пользу его выводов насчет электромагнитной природы света.
Пропала необходимость во введении особой среды распространения волн – эфира, который приходилось рассматривать как твердое тело. Благодаря этому электромагнитная теория света приобрела должную стройность.
В условиях электромагнитной волны вектора E → и B → направлены перпендикулярно друг к другу и находятся в плоскости, которая перпендикулярна направлению распространения волны плоскости. (рис. 2 . 6 . 3 )
Рисунок 2 . 6 . 3 . Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна. Векторы E → , B → и υ → взаимно перпендикулярны.
В каждом из процессов взаимодействия света с веществом электрический вектор E → играет основную роль. По данной причине его называют световым вектором.
Виды поляризации света
Если при распространении электромагнитной волны световой вектор сохраняет свою ориентацию, то подобная волна носит название линейно поляризованной или плоско поляризованной. Отметим, что термин поляризации волн ввел Малюс применительно к поперечным механическим волнам.
Плоскость, в которой колеблется световой вектор E → , носит название плоскости колебаний (то есть плоскость y z , изображенная на рисунке 2 . 6 . 3 ), а плоскость, в которой совершает колебание магнитный вектор B → , является плоскостью поляризации (плоскость x z на рисунке 2 . 6 . 3 ).
В случае, когда две поляризованные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях монохроматические волны распространяются вдоль одного и того же направления, в общем случае результатом их сложения будет эллиптически поляризованная волна (смотрите рисунок 3 . 11 . 4 ).
Рисунок 3 . 11 . 4 . Сложение двух взаимно перпендикулярно поляризованных волн и образование эллиптически поляризованной волны.
В нормальной (то есть перпендикулярной) направлению распространения волны эллиптически поляризованной волне в каждой плоскости P конец результирующего вектора E → за период светового колебания обходит некоторый эллипс, носящий название эллипса поляризации.
Его размер и форма характеризуются амплитудами a x и a y линейно поляризованных волн и фазовым сдвигом Δ φ между ними.
Волна, обладающая круговой поляризацией ( a x = a y , Δ φ = ± π 2 ) представляет собой частный случай эллиптически поляризованной волны.
Данные, получаемые при просмотре рисунка 3 . 11 . 5 , дают представление о пространственной структуре эллиптически поляризованной волны.
Рисунок 3 . 11 . 5 . Электрическое поле в эллиптически поляризованной волне.
Линейно поляризованный свет производится лазерными источниками. В случае отражения или рассеяния свет может стать поляризованным. В частности, голубой свет от неба частично или полностью поляризован. Однако, свет, который испускают обычные источники, такие как, например, солнечный свет и излучение ламп накаливания, является неполяризованным. Свет, исходящий от подобных источников, в любой момент состоит из вкладов огромного числа независимо излучающих атомов, обладающими различной ориентацией светового вектора в волнах, которые они излучают. По этой причине в результирующей волне вектор E → хаотично меняет свою ориентацию во времени, из-за чего в среднем все направления колебаний получаются равноправными.
Неполяризованный свет также называют естественным светом.
В любой момент времени вектор E → может быть спроецирован на две взаимно перпендикулярные оси (смотри рисунок 3 . 11 . 6 ).
Рисунок 3 . 11 . 6 . Разложение вектора E → по осям О х и О у .
Это значит, что любую волну, вне зависимости от того, поляризованная она или же нет, можно представить в виде суперпозиции двух линейно поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях волн: E → ( t ) = E x → ( t ) + E y → ( t ) . В поляризованной волне обе составляющие E x ( t ) и E y ( t ) когерентны, то есть разность фаз между E x ( t ) и E y ( t ) не претерпевает изменений, а в неполяризованной – некогерентны, значит разность фаз представляет собой случайную функцию времени.
Явление двойного лучепреломления света основывается на том, что в кристаллических веществах показатели преломления линейно поляризованных во взаимно нормальных направлениях волн, зачастую различны. По данной причине кристалл раздваивает лучи, которые проходят сквозь него так, как это показано на рисунке 3 . 11 . 1 . Два луча на выходе кристалла линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях.
Кристаллы, в которых происходит двойное лучепреломление, называются анизотропными.
Прибегая к разложению вектора E → на составляющие по осям, можно объяснить закон Малюса (рис. 3 . 11 . 2 ).
У значительной части кристаллов поглощение света кардинально зависимо от направления электрического вектора в световой волне. Такое явление носит название дихроизма.
В частности, данным свойством обладают использованные в знакомых нам опытах Малюса пластины турмалина. При некоторой толщине пластинка турмалина практически полностью поглощает одну из взаимно перпендикулярно поляризованных волн (как, к примеру, E x ) и частично пропускает вторую волну (то есть E y ).
Направление колебаний электрического вектора в прошедшей волне является разрешенным направлением пластины.
Пластинка турмалина может применяться как для создания поляризационного света, то есть в качестве поляризатора, так и для анализа характера поляризации света, как анализатор.
В наше время часто применяются искусственные дихроичные пленки, называющиеся поляроидами.
Поляроиды пропускают практически всю волну разрешенной поляризации и не пропускают поляризованную в нормальном направлении волну. Исходя из всего вышесказанного, можно заявить, что поляроиды – это идеальные поляризационные фильтры.
Разберем последовательное прохождение естественного света через пару идеальных поляроидов П 1 и П 2 (рисунок 3 . 11 . 7 ), чьи разрешенные направления развернуты друг относительно друга на угол φ . Первый поляроид в приведенном тандеме занимает место поляризатора. Он преобразовывает естественный свет в линейно поляризованный. Второй поляроид применяется в качестве анализатора.
Рисунок 3 . 11 . 7 . Прохождение естественного света через два идеальных поляроида. y y ' представляет собой разрешенные направления поляроидов.
Обозначение амплитуды линейно поляризованной волны после прохождения света через первый поляроид в виде E 0 = I 0 2 приводит к тому, что пропущенная вторым поляроидом волна приобретает амплитуду E = E 0 cos φ . Таким образом, интенсивность I линейно поляризованной волны на выходе второго поляроида может быть записана в виде следующего выражения:
I = E 2 = E 0 2 cos 2 φ = 1 2 I 0 cos 2 φ .
Выходит, что в электромагнитной теории света закон Малюса находит естественное объяснение, чья основа заключается в разложении вектора E → на его составляющие.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Поляризация света"
«Природу нельзя застигнуть неряшливой и
В прошлых темах говорилось о двух явлениях, которые явно доказывают, что свет обладает волновыми свойствами — это интерференция и дифракция света.
Интерференция света — это явление сложения двух и более когерентных волн, приводящее к образованию в пространстве устойчивой картины чередующихся максимумов и минимумов интенсивности света.
Дифракция — совокупность оптических явлений, обусловленных волновой природой света и наблюдающихся при его распространении в среде с резко выраженными неоднородностями. В результате происходит огибание волнами препятствий, размеры которых соизмеримы с длиной волны.
В данной теме будет рассмотрено еще одно важное свойство света, которое состоит в том, что свет может быть поляризован.
Возникнет вопрос: а что значит поляризован и вообще, что такое поляризация? В рамках данной темы будут даны ответы на эти вопросы.
Под поляризацией понимают характеристику поперечных волн, описывающую поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Рассмотрим данное явление на примерах механических моделей.
Поплавок на поверхности воды качается вверх вниз, но при этом не перемещается вместе с волнами. Значит, вдоль направления распространения волн перемещаются не сами частицы вещества, а создаваемые ими возмущения. Напомним, что в 9 классе такие волны назвались поперечными.
Рассмотрим еще пример. Возьмем веревку, один конец которой закрепим к стене, и будем рукой создавать в ней колебания. Как можно видеть, колебания веревки происходят с разными амплитудами и в разных направлениях. Однако если такую веревку пропустить через узкую щель, то такая щель будет выделять из неполяризованной волны единственное направление колебаний, параллельное щели.
Теперь поставим на пути волны второй поляризатор с такой же щелью. Волна, выйдя из первой щели, свободно проходит через вторую, когда они параллельны.
Если же повернуть вторую щель, перпендикулярно первой, то волна полностью гасится.
Таким образом, в поляризованной волне существует выделенное направление колебаний.
Такую волну называют плоско поляризованной. Т.е. поперечная волна называется плоско поляризованной, если колебания во всех ее точках происходят только в одной плоскости.
Прибор, превращающий неполяризованную волну в поляризованную, называют поляризатором. А прибор, позволяющий установить, поляризована или нет проходящая через него волна — анализатором.
Известно, что явления интерференции и дифракции не оставляют сомнений в том, что распространяющийся свет обладает свойствами волн. Однако долгое время ученые не моги определить, каких именно волн — продольных или поперечных?
Основатели волновой оптики Томас Юнг и Огюстен Жан Френель считали световые волны продольными, т.е. они, подобны звуковым волнам, для распространения которых необходимо наличие среды. В связи с этим, ученые и считали, что свет распространяется в некой упругой среде, названной ими светоносным эфиром. Однако подобная теория не могла объяснить, каким же образом тела могут двигаться в твердом эфире, не встречая при этом никакого сопротивления. Т.е., например, как тогда движется Земля вокруг Солнца?
Но постепенно накапливалось все больше и больше экспериментальных фактов, которые никак не удавалось объяснить на основании продольности световых волн.
Например, еще в конце 17 века было обнаружено интересное явление: если пропустить луч света через кристалл исландского шпата (химическая формула CaCO3), то на выходе из кристалла обнаруживалось 2 луча. При этом, если кристалл поворачивать относительно направления первоначального луча, то поворачиваются оба луча, прошедшие через кристалл. Это явление получило название двойного лучепреломления.
Немного позже, а точнее в 1809 году, французский инженер Этьен Луи Малюс поставил опыт, позже ставший классическим опытом по поляризации света, с кристаллами турмалина. Турмалин, как и исландский шпат, относится к числу одноосных кристаллов.
Из кристалла турмалина Малюс вырезал прямоугольную пластину так, чтобы одна из его граней была параллельна оси кристалла. После чего, перпендикулярно пластине направлялся пучок света. Если вращать пластину вокруг такого пучка, то никакого изменения интенсивности света не будет наблюдаться. Изначально Малюс решил, что свет только частично поглотился в турмалине и приобрел слегка зеленоватую окраску, а больше ничего, кажется, и не произошло.
Однако это было не так — теперь свет приобрел свои новые свойства. И эти свойства можно обнаружить, если заставить пучок света пройти через еще одну, точно такую же прямоугольную пластинку турмалина, параллельную первой.
Малюс заметил, что если оси кристаллов будут одинаково направлены, то опять никаких существенных изменений в световой волне не наблюдается. Но стоит начать поворачивать второй кристалл, как тут же обнаруживается удивительное явление — происходит гашение света. При этом, чем больше будет угол между осями кристаллов, тем меньше будет интенсивность проходящего света. В конце концов, когда оси двух кристаллов окажутся перпендикулярны друг другу, свет не проходит совсем.
Из проделанного опыта, Малюс сделал два вывода.
Во-первых, световая волна, идущая от источника света, полностью симметрична относительно направления распространения (вспомните, в первой части опыта интенсивность света не менялась, при вращении кристалла вокруг луча); а во-вторых, волна, вышедшая из первого кристалла, не обладает осевой симметрией (это свидетельство из второй части опыта, когда интенсивность прошедшего света менялась).
Объяснить опыт с вращением второй пластины, считая световую волну продольной, не представляется возможным, т.к. продольные волны обладают полной симметрией по отношению к направлению распространения.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что свет является поперечной волной. Позже это показал и Максвелл, дополнив это утверждение тем, что свет является не только поперечной, но еще и электромагнитной волной.
Свет, излучаемый каким-либо источником, представляет собой суммарное электромагнитное излучение множества атомов. Атомы, в свою очередь, излучают световые волны независимо друг от друга, поэтому световая волна, излучаемая телом в целом, характеризуется всевозможными равновероятностными направлениями колебаний светового вектора напряженности (т.к во всех процессах взаимодействия света с веществом основную роль играет именно он, поэтому его еще называют световым вектором).
Свет со всевозможными равновероятными ориентациями вектора напряженности относительно оси распространения называется естественным или неполяризованным светом.
Свет, в котором наблюдается преимущественное направление колебаний вектора напряженности (но не исключительное!) называют частично поляризованным.
А вот свет, в котором вектор напряженности колеблется в определенной плоскости, называется плоско- или линейно поляризованным.
Можно, также заставить вектор напряженности при колебаниях описывать окружность или эллипс. Тогда в первом случае свет называется поляризованным по кругу, а во втором — эллиптически поляризованным.
В настоящее время известно, что не только кристаллы турмалина способны поляризовать свет. Таким же свойством, например, обладают так называемые поляроиды.
Поляроид представляет собой тонкую (около 0,1 мм) поляризационную плёнку, например кристаллов гепатита, нанесенную на целлулоид или стеклянную пластинку, которая заклеена между двумя прозрачными плёнками для защиты от влаги и механических повреждений.
Преимущество поляроидов состоит в том, что можно создавать большие поверхности, поляризующие свет.
К недостаткам можно отнести то, что поляроиды придают фиолетовый оттенок белому свету.
В настоящее время, явление поляризации электромагнитных волн находит огромное применение как в науке и технике, так и в повседневной жизни человека. Например, в трехмерном кинематографе оно используется для разделения изображения для левого и правого глаза.
В обычной видео- и фотоаппаратуре поляризационные фильтры используются для улучшения качества изображения.
Также на качественные солнечные очки наносится поляризационная пленка, для того чтобы избавиться от бликов, которые получаются при отражении света. Современные жидкокристаллические экраны телевизоров, мониторов и мобильных телефонов также покрыты поляризационными пленками. В машиностроении и строительной индустрии явление поляризации используют для исследования напряжений, возникающих в узлах машин и строительных конструкций.
Многие насекомые в отличие от человека видят поляризацию света. Пчелы и муравьи пользуются этой своей способностью для ориентировки в тех случаях, когда Солнце закрыто облаками.
Любопытные поляризационные эффекты наблюдаются и при редких небесных оптических явлениях, таких, как радуга и гало — светящихся кругов или дуг, появляющихся иногда вокруг Солнца и Луны.
Наконец, следует отметить, что поляризован и свет некоторых астрономических объектов. Наиболее известный пример — Крабовидная туманность в созвездии Тельца.
Основные выводы:
– Поляризацией света называется совокупность явлений, в которых проявляется свойство поперечности световых волн.
– Прибор, превращающий неполяризованную волну в поляризованную, называется поляризатором.
– Прибор, позволяющий установить, поляризована или нет проходящая через него волна, называется анализатором.
– Явление поляризации электромагнитных волн в настоящее время находит огромное применение как в науке и технике, так и в повседневной жизни человека.
Дифракция и интерференция света подтверждает волновую природу света. Но волны могут быть продольными и поперечными. Рассмотрим следующий опыт.
Пропустим пучок света через прямоугольную пластину турмалина, одна из граней которой параллельна оси кристалла. Никаких видимых изменений не произошло. Свет лишь частично погасился в пластине и приобрел зеленоватую окраску.
Теперь после поместим еще одну пластину после первой. Если оси обоих пластин будут сонаправлены, ничего не произойдет. Но если второй кристалл начать вращать, то свет будет гаситься. Когда оси будут перпендикулярны, света вообще не будет. Он целиком поглотиться второй пластиной.
Сделаем два вывода:
1. волна света симметрична относительно направления распространения.
2. После прохождения первого кристалла волна перестает обладать осевой симметрией.
С точки зрения продольных волн объяснить это не удастся. Следовательно, свет – поперечная волна. Кристалл турмалина является поляроидом. Он пропускает световые волны, колебания которых происходят в одной плоскости. Это свойство хорошо проиллюстрировано на следующем рисунке.
Поперечность световых волн и электромагнитная теория света
Свет, который получается после прохождения поляроида, называется плоскополяризованным светом. В поляризованном свете, колебания происходят только в одном – поперечном направлении.
Электромагнитная теория света берет свое начало в работах Максвелла. Во второй половине 19 века Максвелл доказал теоретически существование электромагнитных волн, которые могут распространяться даже в вакууме.
И он предположил, что свет тоже является электромагнитной волной. В основе электромагнитной теории света лежит тот факт, что скорость света и скорость распространения электромагнитных волн совпадают.
К концу 19 века было окончательно установлено, что световые волны возникают из-за движения заряженных частиц в атомах. С признанием этой теории отпала необходимость в светоносном эфире, в котором распространяются световые волны. Световые волны - это не механические, а электромагнитные волны.
Колебания световой волны состоят из колебаний двух векторов: вектора напряженности и вектора магнитной индукции. За направление колебаний в световых волнах принято считать направление колебаний вектора напряженности электрического поля.
Свет – электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.
Естественный свет – световой поток, в котором колебания векторов и происходят по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения волн.
Плоскополяризованный свет – свет, в котором колебания вектора происходят только в одной определённой плоскости.
Поляроид – тонкая (0,1 мм) плёнка кристаллов герапатита, нанесённая на целлулоид или стеклянную пластинку.
Корпускулярная теория света – свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами во все стороны.
Волновая теория света – свет имеет волновую природу, то есть ведёт себя как электромагнитная волна, от длины которой зависит цвет видимого нами света.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Чаругин В. М. Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 225 – 228.
2.Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс - М.:Дрофа,2009. – С. 149.
3. Элементарный учебник физики. Учебное пособие в 3 т./под редакцией академика Ландсберга Г. С.: Т.3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. – 12-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. С. 367 - 373.
Основное содержание урока
Свет – электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.
В соответствии с двумя способами передачи энергии от источника тока к приёмнику возникли и начали развиваться две совершенно разные теории, объясняющие, что такое свет, какова его природа. Эти теории возникли почти одновременно в XVII веке.
Одна из этих теорий связана с именем Ньютона, другая – с именем Гюйгенса.
Ньютон придерживался так называемой корпускулярной теории света, согласно которой свет – это поток частиц, идущих от источника во все стороны (перенос вещества).
Согласно же представления Гюйгенса свет – это волны, распространяющиеся в особой гипотетической среде – эфире, заполняющем всё пространство и проникающем внутрь всех тел.
Обе теории длительное время существовали параллельно.
На основе корпускулярной теории трудно объяснить, почему световые пучки, пересекаясь в пространстве, никак не действуют друг на друга. Ведь световые пучки должны сталкиваться и рассеиваться. Волновая же теория это легко объясняла.
Однако прямолинейное распространение света, приводящее к образованию за предметами резких теней, трудно объяснить на основе волновой теории. По корпускулярной же теории прямолинейное распространение света является просто следствием закона инерции.
В начале XIX века впервые были изучены явления дифракции и интерференции света. Эти явления присущи исключительно волновому движению. Объяснить их с помощью корпускулярной теории нельзя. Поэтому казалось, что волновая теория одержала окончательную победу.
Такая уверенность особенно окрепла, когда Максвелл во второй половине XIX века доказал, что свет – это частный случай электромагнитных волн.
Работами Максвелла были заложены основы электромагнитной теории.
После экспериментального обнаружения электромагнитных волн Герцем никаких сомнений в том, что при распространении свет ведёт себя как волна, не осталось. Нет их и сейчас.
Однако в начале XX века представления о природе света начали тем не менее коренным образом меняться. Оказалось, что при излучении и поглощении свет ведёт себя подобно потоку частиц. Были обнаружены прерывистые, или, как говорят, квантовые свойства света.
Возникла необычная ситуация: явления интерференции и дифракции по-прежнему можно было объяснить, если считать свет волной, а явления излучения и поглощения – если считать свет потоком частиц. Такую двойственность поведения света называют корпускулярно-волновым дуализмом.
Опыт с турмалином
Если мы заставим пучок света пройти через второй точно такой же кристалл турмалина, параллельный первому, то при одинаково направленных осях кристаллов опять ничего интересного не происходит: просто световой пучок ещё более ослабляется за счет поглощения во втором кристалле. Но если второй кристалл вращать, оставляя первый неподвижным, то обнаружится гашение света. И когда оси перпендикулярны друг другу, свет не проходит совсем. Он целиком поглощается вторым кристаллом.
Выводы из опыта:
- свет – поперечная волна;
- кристалл турмалина обладает способностью пропускать световые волны с колебаниями, происходящими в одной определённой плоскости.
Кристалл турмалина преобразует естественный свет в плоскополяризованный.
Естественный свет – световой поток, в котором колебания векторов и происходят по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения волн.
Плоскополяризованный свет – свет, в котором колебания вектора происходят только в одной определённой плоскости.
Поляроид – тонкая (0,1 мм) плёнка кристаллов герапатита, нанесённая на целлулоид или стеклянную пластинку.
Поляризация света широко применяется в светотехнике, астрофизике, спектроскопии, медицине, геологии, минералогии, кристаллографии и т.д.
Разбор тренировочного задания
1. Свет, отраженный от поверхности воды, является частично поляризованным. Как убедиться в этом, имея поляроид?
Чтобы убедиться в этом, нужно смотреть на воду через поляроид, поворачивая его, пока изображение не исчезнет.
2. Если смотреть на спокойную поверхность неглубокого водоёма через поляроид и постепенно поворачивать его, то при некотором положении поляроида дно водоёма будет лучше видно. Объясните явление.
Читайте также: