Номер 1, страница 116 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

1. Каковы основные положения и выводы волновой теории света?

1. Волновая теория света, развитая в работах Христиана Гюйгенса, Огюстена Френеля и окончательно сформулированная Джеймсом Клерком Максвеллом, описывает свет как распространение электромагнитных волн.

Основные положения:

1. Свет представляет собой поперечные электромагнитные волны, то есть синхронно колеблющиеся и взаимно перпендикулярные векторы напряженности электрического поля $\vec{E}$ и магнитной индукции $\vec{B}$. Эти волны способны распространяться в вакууме со скоростью $c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с.

2. Распространение света подчиняется принципу Гюйгенса-Френеля: каждая точка, до которой доходит волновой фронт, становится источником вторичных сферических волн. Огибающая этих вторичных волн представляет собой положение волнового фронта в следующий момент времени.

3. В веществе скорость света $v$ меньше, чем в вакууме ($v = c/n$, где $n$ — показатель преломления среды). Показатель преломления зависит от свойств среды и частоты света.

4. Цвет света определяется его частотой $\nu$ (или длиной волны $\lambda$). Видимый свет представляет собой диапазон электромагнитных волн с длинами волн от примерно 400 нм (фиолетовый) до 760 нм (красный).

Основные выводы и объясняемые явления:

1. Интерференция — сложение в пространстве двух или более когерентных волн, в результате чего в разных точках наблюдается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны. Это явление объясняет, например, радужные цвета на мыльных пузырях или масляных пятнах.

2. Дифракция — явление огибания волнами препятствий или их проникновения в область геометрической тени. Именно из-за дифракции невозможно получить абсолютно резкое изображение точки с помощью микроскопа или телескопа.

3. Поляризация — свойство поперечных волн, заключающееся в упорядоченности ориентации вектора колебаний (например, вектора $\vec{E}$) в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. Существование поляризации у света является прямым доказательством его поперечной природы.

4. Дисперсия — зависимость показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света. Это явление объясняет разложение белого света в спектр при прохождении через призму.

5. Законы отражения и преломления света на границе двух сред также являются следствием волновой природы и выводятся из принципа Гюйгенса.

Несмотря на огромные успехи, классическая волновая теория оказалась неспособной объяснить явления фотоэффекта и теплового излучения абсолютно черного тела.

Ответ: Волновая теория представляет свет как поперечную электромагнитную волну. Основные положения включают принцип Гюйгенса-Френеля и описание света уравнениями Максвелла. Теория успешно объясняет интерференцию, дифракцию, поляризацию и дисперсию, а также законы отражения и преломления.

2. Корпускулярная теория, основоположником которой является Исаак Ньютон, рассматривает свет как поток мельчайших частиц — корпускул, испускаемых светящимися телами.

Основные положения (классическая теория Ньютона):

1. Свет состоит из очень маленьких частиц (корпускул), которые испускаются источниками во всех направлениях.

2. В однородной среде корпускулы движутся прямолинейно с постоянной скоростью. Этим объясняется закон прямолинейного распространения света.

3. Отражение света от поверхности объясняется как упругое соударение корпускул с этой поверхностью, подчиняющееся законам механики.

4. Преломление света объяснялось действием сил притяжения, которые действуют на корпускулы на границе двух сред. Теория неверно предсказывала, что скорость света в оптически более плотной среде (например, в воде) больше, чем в воздухе.

5. Различные цвета света Ньютон связывал с корпускулами разного размера.

Эта теория хорошо объясняла прямолинейное распространение света и закон отражения, но не могла объяснить явления интерференции, дифракции и поляризации.

Современная корпускулярная (квантовая) теория света:

Идеи о дискретной природе света были возрождены в начале XX века для объяснения новых экспериментальных фактов. Эта теория не является простым возвратом к идеям Ньютона, а представляет собой новый, квантовый взгляд.

Основные положения:

1. Свет излучается, распространяется и поглощается дискретными порциями энергии — квантами, которые называются фотонами.

2. Энергия фотона $E$ пропорциональна частоте света $\nu$: $E = h\nu$, где $h$ — постоянная Планка.

3. Фотон обладает импульсом $p = E/c = h/\lambda$, не имеет массы покоя и движется в вакууме со скоростью света $c$.

Основные выводы и объясняемые явления:

1. Фотоэффект — вырывание электронов из вещества под действием света. Квантовая теория объяснила существование "красной границы" фотоэффекта и линейную зависимость энергии электронов от частоты света.

2. Эффект Комптона — упругое рассеяние фотонов на свободных электронах, которое можно описать как столкновение двух частиц.

3. Тепловое излучение — квантовая гипотеза Планка позволила вывести правильную формулу для спектра излучения абсолютно черного тела.

Современная физика пришла к концепции корпускулярно-волнового дуализма, согласно которой свет обладает одновременно и волновыми, и корпускулярными свойствами. В одних явлениях (например, интерференции) проявляется его волновая природа, а в других (например, фотоэффекте) — корпускулярная.

Ответ: Корпускулярная теория описывает свет как поток частиц. В классическом варианте (Ньютон) это корпускулы, движущиеся по законам механики. В современном квантовом представлении (Эйнштейн, Планк) это фотоны — кванты электромагнитного поля, энергия которых зависит от частоты. Эта теория объясняет фотоэффект и эффект Комптона. Современная физика объединяет волновую и корпускулярную теории в единую концепцию корпускулярно-волнового дуализма.