Справочник по физике для поступающих в ВУЗы - Гаевой А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Глава XX. ФИЗИЧЕСКАЯ ОПТИКА
§ 124. Природа света
Первые высказывания о природе света относятся к древним временам, когда придерживались мнения, что светящиеся тела испускают частицы—корпускулы. Развитие и формулировка корпускулярной теории света принадлежні И. Ньютону (1672 г.). Отчетливую формулировку волновой теории света связывают с именем- X. Гюйгенса (1690 г.). Последовательным сторонником волновой теории был М. В. Ломоносов. Согласно этой теории, свет распространяется в среде, которая была названа эфиром.
В течение всего XVIII ст. параллельно существовали обе теории. Общее признание волновая теория получила лишь в XIX ст. благодаря работам Юнга, Френеля и других ученых, объяснивших интер-фзреицию, дифракцию, прямолинейное распространение света и ряд других явлений.
В 70 гг. XIX ст. механическая волновая теория света была заменена электромагнитной волновой теорией света, создателем которой был английский физик Дж. Максвелл (1865 г.). Эта теория экспериментально подтверждена Герцем. Создавая электромагнитную теорию света, Максвелл показал, что свет должен производить дав-
Ve Ю 291
леиие на тела, на которые ои падает. Величину этого давления периментально Определил русский физик проф. П. Н. Лебедев. Опы Лебедева с большой наглядностью подтвердили электромагнита: теорию света.
На рубеже XIX и XX столетий были открыты явления (в час1 ности, фотоэффект), которые ие могли быть объяснены волновой теорией света. Немецким ученым M Планком была предложена квантовая теория излучения, согласно которой свет излучается источнико-не непрерывно, как это следует из электромагнитной теории света, а отдельными порциями энергии — квантами. Величина кванта энергии е = Am, где м—частота излучающего света, a h — коэффициент пропорциональности, названный постоянной Планка, h — 6,62 х
X 10 34 дж - сек.
Впоследствии Эйнштейн развил идеи Планка и ввел представление о квантах света, или фотонах. Фотоны это частицы света; таким образом, свет стали рассматривать как поток частиц. Такое представление о свете дает возможность объяснить фотоэлектрический эффект и ряд других явлений, которые не могут быть объяснены волновой теорией.
Согласно современной квантовой теории, свет обладает двойственной природой: это одновременно и волна, и поток частиц. В таких явлениях, как дисперсия, интерференция, дифракция и др., свет обнаруживает свойства непрерывных электромагнитных волн, а в других явлениях, например в фотоэффекте, проявляются корпускулярные его свойства, т. е. свет в этих явлениях ведет себя как поток отдельных частиц — квантов света. Квантовая природа света непосредственно подтверждена многими опытами.
§ 125. Дисперсия света
Проходя через трехгранную призму, свет преломляется и по выходе из нее отклоняется от своего первоначального направления. Величина отклонения луча зависит от показателя преломления вещества призмы (обычно стекла). Как показывают опыты, показатель преломления зависит от длины волны света. Белый свет представляет собой совокупность лучей света различных длин волн; если направить на поверхность трехграниой призмы пучок параллельных лучей света, то по выходе нз призмы пучок уже не будет параллельным, а каждый луч пойдет по своему направлению, и на экране получится радужная полоска КФ (рис. 142), которая называется спектром.
Явление зависимости показателя преломления вещества от длины световой волны называется дисперсией света.
В получаемом спектре различают семь основных цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Между
292
этими цветами, конечно, имеется множество промежуточных. Меньше всего отклоняются красные лучи, больше всего фиолетовые.
Показатель преломления вещества, как мы видели, зависит от длины волны. С другой стороны, известно, что показатель преломления равен отношению синуса угла падения к синусу угла преломления, причем это отношение равно отношению скорости света в среде, нз которой идет свет, к скорости в среде, в которую он про-
Рис. 142.
никает. В случае распространения света из вакуума в среду я «= — , где с — скорость света в пустоте, v — скорость света в среде. В пустоте скорость света не зависит от частоты световой волны, а в .среде зависит. Поэтому й показатель преломления вещества зависит от
Рис. 144.
длины волны. Кривая зависимости показателя преломления п от длины волны X называется дисперсионной кривой (рис. 143).
Для наблюдения и изучения спектров служат специальные приборы, называемые спектроскопами. На рис. 144 показаны основные части спектроскопа: 5 —источник света, Lv- линза, фокусирующая
пучок света на щель коллиматора. Коллиматор — это труба с лин L2 и щелью Т, помещаемой в фокусе линзы L2. Из коллиматора с выходит параллельным пучком и падает на трехграииую призму P Здесь он преломляется и разлагается в спектр. Линза Ls собирает соот ветствующие цветные лучи в фокальной плоскости MN камеры (зри тельной трубы).
Спектр солнечного света состоит не только из видимых лучей, в нем есть и невидимые лучи: ультрафиолетовые, инфракрасные и др.
