Из истории развития взглядов на природу света

Ответ на вопрос о природе световых волн был получен на основании длинного ряда наблюдений за световыми явлениями. При этом представления о природе света изменялись по мере того, как накапливались новые факты.

Волновые представления о природе света развивались еще в XVII веке Х. Гюйгенсом и поддерживались на протяжении XVIII века Л. Эйлером, М.В. Ломоносовым и Б. Франклином. Однако в течение этого периода наиболее обоснованными оставались корпускулярные представления о природе света, в силу которых свет уподоблялся потоку быстро летящих частиц. Эти представления сложились в науке благодаря работам И. Ньютона. Лишь в начале XIX века О. Френелем и Т. Юнгом была обоснована волновая природа света. При этом считалось, что световые волны — это упругие волны, схожие со звуковыми, поскольку для них также наблюдались явления интерференции и дифракции. Однако существуют два отличия световых волн от звуковых. Первое отличие заключается в том, что свет может распространяться в пустоте, а звук в пустоте распространяться не может.

Второй отличительной особенностью световых волн, по сравнению со звуковыми, является огромная скорость их распространения. Значение скорости света, измеренное еще в XVII веке с помощью астрономического метода, оказалось равным примерно 300000 км/с. Такая огромная скорость распространения света выделяла световые явления из ряда остальных, известных в первой четверти XIX века явлений.

Примерно полвека спустя Дж.К. Максвелл теоретически установил, что с такой скоростью должно распространяться всякое электромагнитное возмущение. Через некоторое время Г. Герц осуществил эксперимент по излучению электромагнитных волн, скорость распространения которых оказалась равной скорости света.

В ходе проведения дальнейших исследований было установлено, что все основные свойства электромагнитных волн совпадают со свойствами световых волн. Эти и другие факты привели к выводу о том, что световые волны представляют собой электромагнитные волны малой длины волны и имеют, таким образом, электромагнитную природу.

Накопление новых экспериментальных данных привело в XX веке к заключению о том, что свет, наряду с волновыми, обладает и корпускулярными свойствами. В частности, свет излучается и поглощается в виде порций, квантов энергии. В настоящее время квантовая теория объединила волновые и корпускулярные представления о свете в единое целое.

  • Задание №45D30A

Отличиями световой волны от звуковой являются:

А. возможность распространения в безвоздушном пространстве

Б. большая скорость распространения

В. наличие таких свойств, как интерференция и дифракция

Правильным ответом является

    • 1)только А
    • 2)только А и Б
    • 3)только Б и В
    • 4)А, Б, В
  • Задание №675D87

Какие представления о свете господствовали до начала XIX века?

    • 1)свет – механическая волна
    • 2)свет – электромагнитная волна
    • 3)свет – поток частиц
    • 4)свет – и механическая волна, и поток частиц

 

Мираж

Мираж – оптическое явление, возникающее в результате искривления хода световых лучей в неравномерно нагретых слоях воздуха.

Мираж можно наблюдать не только в жарких пустынях, но и в холодной Арктике. В зависимости от расположения слоёв воздуха с разной температурой миражи бывают двух типов: нижние и верхние. Нижним называется мираж, который появляется, если у поверхности земли образуется слой более горячего воздуха. Чаще всего они возникают в пустыне, но бывают и в средней полосе. Если мы посмотрим на асфальт жарким летним днём, то иногда увидим небольшие «лужи», которые возникают в мареве на шоссе. Это и есть нижний мираж.

Рассмотрим, как же он возникает. Нагретый воздух имеет более низкую плотность, чем холодный, а коэффициент преломления воздуха сильно зависит от его плотности. Поэтому отдельные слои мы можем рассматривать как плоскопараллельные пластинки с разным показателем преломления. Световой луч, проходящий через такие пластинки, распространяется не по прямой, а отклоняется в сторону более плотного слоя (рис. 1).

Рис. 1

Нижние миражи дают возможность увидеть кусочек неба, и это вызывает иллюзию водной глади, в которой отражается голубое небо. Путешественники в пустыне видят иногда точно такие же «озёра» и думают, что это спасительный водоём (рис. 2).

В Арктике можно увидеть верхние миражи, которые образуются над поверхностью Северного Ледовитого океана. Вода в нём, как правило, не прогревается выше 8 °С, а воздух, принесённый с континента, может иметь температуру +30 °С. Поэтому слои расположены иначе: холодный воздух – внизу, а тёплый – наверху. Такое положение более стабильно: холодный воздух тяжелее и не стремится подняться вверх. Лучи при переходе из тёплого слоя в холодный слой отклоняются вниз. В итоге, мы начинаем видеть гораздо дальше, горизонт от нас отодвигается, как будто Земля становится более плоской. Чем больше разница температур между слоями, тем сильнее лучи отклоняются от прямолинейной траектории.

При очень большом отклонении видимый горизонт будет располагаться гораздо выше реального, и если там есть острова или льды, то Земля и вовсе будет напоминать блюдце с поднятыми краями.

Если же образуются чередующиеся слои разных температур, то миражи получаются слоистыми, причём каждый второй мираж оказывается перевёрнутым, как будто отражённым в зеркале. История знает немало случаев, когда верхние миражи были причиной географических открытий. Так, например, некоторые историки считают, что плавание скандинавских викингов из Исландии в Гренландию в 982 году и плавание из Гренландии в Северную Америку были вызваны верхними миражами. Изменив ход лучей, они сделали видимыми горы, невидимые в обычном состоянии, и побудили к дальнему плаванию.

  • Задание №762FAD

При переходе в более плотную среду световой луч

    • 1)отклоняется в сторону более плотной среды
    • 2)отклоняется в сторону менее плотной среды
    • 3)разворачивается на 90°
    • 4)полностью отражается
  • Задание №8B81FE

Возможны ли в пустыне миражи в виде пальм?

    • 1)не возможны, так как плотность воздуха с высотой всегда увеличивается
    • 2)возможны, но только в условиях песчаной бури
    • 3)не возможны, так как нижний мираж – это изображение кусочка неба, а пальм там нет
    • 4)возможны, при наличии более горячих слоёв воздуха, принесённых ветром из других районов пустыни
  • Задание №BF4030

Нижний мираж образуется, если

    • 1)у поверхности земли образуется слой более горячего воздуха
    • 2)у поверхности земли образуется слой более холодного воздуха
    • 3)слои горячего и холодного воздуха чередуются
    • 4)воздух равномерно прогрет

 

Полярные сияния

Одним из самых красивых и величественных явлений природы является полярное сияние. В местах земного шара, расположенных в высоких широтах, преимущественно за северным или южным Полярным кругом, во время долгой полярной ночи на небе часто вспыхивают свечения разнообразной окраски и формы. Полярные сияния возникают на высоте от 80 до 1000 км над поверхностью Земли и представляют собой свечение разреженных газов земной атмосферы. Цвет полярного сияния определяется химическим составом атмосферы. На высотах от 300 до 500 км, где воздух разрежен, преобладает кислород. Цвет сияния здесь может быть зелёным или красноватым. Ниже уже преобладает азот, дающий сияния ярко-красного и фиолетового цвета.

Подмечена связь между полярными сияниями и активностью Солнца:
в годы максимума солнечной активности (максимума вспышек на Солнце) достигает максимума и число полярных сияний. Во время вспышек на Солнце происходит выброс заряженных частиц (в том числе электронов), движущихся с огромной скоростью. Попадая в верхние слои атмосферы Земли, электроны заставляют светиться составляющие её газы.

Но почему полярные сияния наблюдаются преимущественно в высоких широтах, ведь солнечные лучи освещают всю Землю? Дело в том, что Земля имеет достаточно сильное магнитное поле. Попадая в земное магнитное поле, электроны отклоняются от своего первоначального прямого пути и выбрасываются в приполярные области земного шара. Эти же электроны изменяют магнитное поле Земли, вызывая появление магнитных бурь, а также оказывают влияние на условия распространения радиоволн вблизи земной поверхности.

  • Задание №7CF82A

Согласно современным представлениям, полярные сияния на других планетах Солнечной системы могут иметь такую же природу, что и полярные сияния на Земле. Достаточным условием для наблюдения полярных сияний на планете является наличие у неё

    • 1)только атмосферы
    • 2)только магнитного поля
    • 3)естественных спутников
    • 4)атмосферы и магнитного поля
  • Задание №A62C62

Цвет полярного сияния, возникающего на высоте 80 км, определяется преимущественно излучением

    • 1)азота
    • 2)кислорода
    • 3)водорода
    • 4)гелия
  • Задание №A779CF Отложить Пометить как решённое

Магнитные бури представляют собой

    • 1)пятна на Солнце
    • 2)потоки заряженных частиц
    • 3)быстрые и непрерывные изменения магнитного поля Солнца
    • 4)быстрые и непрерывные изменения магнитного поля нашей планеты

 

Микроскоп

Человеческий глаз характеризуется определённым разрешением (предельной разрешающей способностью), то есть наименьшим расстоянием между двумя точками наблюдаемого объекта, при котором эти точки ещё могут быть отличены одна от другой. Для нормального глаза при удалении от объекта на расстояние наилучшего видения (D = 250 мм) среднестатистическое нормальное разрешение составляет 0,176 мм. Размеры микроорганизмов, большинства растительных и животных клеток, мелких кристаллов, деталей микроструктуры металлов и сплавов и т.д. значительно меньше этой величины.

Увеличение разрешающей способности глаза достигается с помощью оптических приборов. При наблюдении мелких предметов применяют оптический микроскоп.

Увеличенное изображение предмета в микроскопе получается с помощью оптической системы, состоящей из двух короткофокусных собирающих линз – объектива и окуляра (рис. 1). Расстояние между объективом и окуляром можно изменять при настройке на резкость. Предмет S помещается на расстоянии, немного большем фокусного расстояния объектива. В этом случае объектив даст действительное перевёрнутое увеличенное изображение S1 предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр. Окуляр располагают так, чтобы промежуточное изображение S1 находилось немного ближе его фокальной плоскости. Окуляр действует как лупа. S2 – изображение, которое увидит человеческий глаз через окуляр.

Рис.1 Ход лучей в микроскопе

Хороший микроскоп может давать увеличение в несколько сотен раз. Однако, осуществляя большие увеличения, мы можем повысить разрешающую способность микроскопа лишь до известного предела. Это связано с тем фактом, что становится необходимым учитывать волновые свойства света. Фундаментальное ограничение заключается в невозможности получить при помощи электромагнитного излучения изображение объекта, меньшего по размерам, чем длина волны этого излучения. Предельная разрешающая способность микроскопа связана с длиной волны электромагнитного излучения. «Проникнуть глубже» в микромир возможно при применении излучений с меньшими длинами волн.

    • Задание №5D5D27

Принципиальное ограничение разрешающей способности микроскопа определяется

      • 1)интенсивностью используемого излучения
      • 2)длиной волны используемого излучения
      • 3)оптической силой объектива
      • 4)оптической силой объектива и окуляра
    • Задание №73AAC6

Рентгеновский микроскоп основан на использовании электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 1 нанометра. Предельная разрешающая способность рентгеновского микроскопа

      • 1)немного больше предельной разрешающей способности оптического микроскопа
      • 2)немного меньше предельной разрешающей способности оптического микроскопа
      • 3)во много раз больше предельной разрешающей способности оптического микроскопа
      • 4)во много раз меньше предельной разрешающей способности оптического микроскопа
    • Задание №D17DEB

Изображение предмета, получаемое через окуляр, является

      • 1)действительным уменьшенным
      • 2)действительным увеличенным
      • 3)мнимым уменьшенным
      • 4)мнимым увеличенным

Задание №F254FF

Изображение предмета, получаемое через окуляр, является

    • 1)мнимым уменьшенным
    • 2)мнимым увеличенным
    • 3)действительным увеличенным
    • 4)действительным уменьшенным
    • Задание №2921F7

Принципиальное ограничение разрешающей способности микроскопа определяется

      • 1)оптической силой объектива
      • 2)длиной волны используемого излучения
      • 3)интенсивностью используемого излучения
      • 4)оптической силой объектива и окуляра
    • Задание №D36EF1

Можно ли повышать безгранично разрешающую способность микроскопа? Ответ поясните.

Цветовое зрение

Согласно теории цветового зрения Юнга – Гельмгольца ощущение любого цвета можно получить смешиванием спектрально чистых излучений красного, зелёного и синего цветов. Эта теория хорошо согласуется с наблюдаемыми фактами и предполагает, что в глазу есть только три типа светочувствительных приёмников. Они отличаются друг от друга областями спектральной чувствительности. Красный свет воздействует преимущественно на приёмники первого типа, зелёный – второго, синий – третьего. Сложением излучений таких трёх цветов в различных пропорциях можно получить любую комбинацию возбуждения всех трёх типов светочувствительных элементов, а значит, и ощущение любого цвета. Если все рецепторы возбуждены в одинаковой степени, мы имеем ощущение белого цвета, если рецепторы не возбуждены – чёрного. Наложение красного и синего цветов даёт фиолетовый цвет, зелёного и синего – бирюзовый, красного и зелёного – жёлтый.

Приведённые на рисунке графики показывают относительную спектральную чувствительность глаза к излучениям различных длин волн (так называемая кривая видности) при дневном и сумеречном свете. Максимальная чувствительность глаза при дневном свете достигается на длине волны 555 нм, а при сумеречном свете – на длине волны 500–510 нм. Максимальная чувствительность глаза в обоих случаях принимается за единицу. Различие между этими двумя кривыми видности объясняется тем, что дневной и сумеречный свет воспринимаются различными рецепторами глаза (палочками при сумеречном свете и колбочками при дневном свете). При этом палочки обеспечивают чёрно-белое зрение и обладают очень высокой чувствительностью. Колбочки же позволяют человеку различать цвета, но их чувствительность гораздо ниже.

    • Задание №04728E

Пятно белого цвета можно получить наложением излучений

      • 1)красного и синего цветов
      • 2)зелёного и синего цветов
      • 3)синего, зелёного и жёлтого цветов
      • 4)красного, зелёного и синего цветов
    • Задание №1E0DA7

В сумерках человек не различает цвета, и все предметы воспринимаются серого цвета. Это объясняется тем, что

      • 1)при сумеречном свете работают только палочки
      • 2)при сумеречном свете работают только колбочки
      • 3)максимальная чувствительность глаза при сумеречном свете достигается на длине волны 510 нм
      • 4)максимальная чувствительность глаза при сумеречном свете достигается на длине волны 555 нм
    • Задание №68A18A Отложить Пометить как решённое

На рисунке представлена шкала электромагнитных волн.

Согласно приведённым данным максимальная чувствительность глаза в сумерках приходится на

      • 1)жёлтую часть спектра
      • 2)желто-зелёную часть спектра
      • 3)голубовато-зелёную часть спектра
      • 4)всю область видимого света

 

Атмосферная рефракция

Прежде чем луч света от удалённого космического объекта (например, звезды) сможет попасть в глаз наблюдателя, он должен пройти сквозь земную атмосферу. При этом световой луч подвергается процессам рефракции (преломления), поглощения и рассеяния.

Попадая в атмосферу Земли, луч в результате преломления отклоняется от прямой линии по направлению к Земле. Это явление называется рефракцией. По мере приближения к поверхности Земли плотность атмосферы растёт, и лучи преломляются всё сильнее. В результате все небесные тела, за исключением тех, что находятся в зените, кажутся на небе выше, чем они есть на самом деле (см. рисунок). Угол α между истинным и видимым направлениями на звезду называется углом рефракции. Звёзды вблизи горизонта, свет которых должен пройти через большую толщу атмосферы, сильнее всего подвержены действию атмосферной рефракции (угол рефракции составляет порядка 1/6 углового градуса).

Видимое смещение (обозначено пунктиром)

для истинных звёзд S1 и S2. Наблюдатель находится в точке О

Наличие атмосферных слоёв с различной плотностью, температурой и составом и существование вертикальных и горизонтальных перемещений этих слоёв могут создавать переменную рефракцию, которая приводит к видимому мерцанию звёзд.

К другим астрономическим явлениям, связанным с рефракцией света в атмосфере, относится освещение диска Луны красноватым светом во время полных лунных затмений. Такое освещение создаётся солнечными лучами, которые из-за преломления в атмосфере попадают в конус земной тени
и, соответственно, на поверхность Луны.

  • Задание №58D1E5

Какое(-ие) утверждение(-я) справедливо(-ы)?

А. Для звезды, находящейся в зените, угол рефракции равен нулю.

Б. Наблюдатель на Земле может видеть только те звёзды, истинное положение которых выше горизонта.

    • 1)только А
    • 2)только Б
    • 3)и А, и Б
    • 4)ни А, ни Б
  • Задание №80F4DF

Ещё в древности Птолемей (2 век) описал кажущееся изменение формы диска Солнца, когда оно находится у горизонта. Сплюснутым или растянутым по вертикали будет казаться диск Солнца у горизонта? Ответ поясните.

  • Задание №E0534C Отложить Пометить как решённое

Рефракцией света в атмосфере называется атмосферно-оптическое явление, вызываемое

    • 1)поглощением световых лучей в атмосфере
    • 2)преломлением световых лучей в атмосфере
    • 3)рассеянием световых лучей в атмосфере
    • 4)поглощением, преломлением и рассеянием световых лучей в атмосфере