Вопросы, страница 137 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Вопросы

1. Какие гипотезы о зрении человека высказали древнегреческие философы?

2. Какую гипотезу о природе света высказал Ньютон?

3. Какие доводы есть в пользу корпускулярной гипотезы о природе света?

4. Какие доводы есть в пользу волновой гипотезы о природе света?

5. Как была измерена скорость света?

6. Объясните принцип действия камеры-обскуры.

1. Какие гипотезы о зрении человека высказали древнегреческие философы?

Древнегреческие философы предложили две основные конкурирующие гипотезы о природе зрения.

Первая, так называемая теория «испускания» или «эмиссии» (extramission theory), была поддержана такими мыслителями, как Платон, Евклид и Птолемей. Согласно этой гипотезе, из глаз человека исходят особые «лучи-щупальца», которые, достигая предметов, «ощупывают» их и передают информацию о форме и цвете обратно в глаз. Зрение уподоблялось осязанию на расстоянии.

Вторая гипотеза, теория «вхождения» или «интромиссии» (intromission theory), была разработана Демокритом, Эпикуром и Аристотелем. Они считали, что от всех предметов непрерывно отделяются их мельчайшие копии («эйдосы» или «атомы-образы»), которые летят в пространстве во всех направлениях. Попадая в глаз, эти копии вызывают зрительные ощущения. Эта теория лучше объясняла, почему мы не видим в темноте – для создания и переноса «эйдосов» нужен свет.

Ответ: Древнегреческие философы выдвинули две основные гипотезы: 1) теория испускания, согласно которой из глаз исходят лучи, «ощупывающие» предметы; 2) теория вхождения, согласно которой от предметов отделяются их копии («эйдосы») и попадают в глаз.

2. Какую гипотезу о природе света высказал Ньютон?

Исаак Ньютон был сторонником и разработчиком корпускулярной гипотезы о природе света. Согласно его представлениям, свет представляет собой поток мельчайших частиц — «корпускул», которые испускаются светящимися телами (например, Солнцем или пламенем свечи). Эти корпускулы, по мнению Ньютона, движутся в однородной среде прямолинейно и с огромной скоростью. С помощью этой гипотезы он успешно объяснял такие явления, как прямолинейное распространение света (образование резких теней), отражение света от зеркальных поверхностей (подобно упругому отскоку мячиков) и дисперсию — разложение белого света в спектр при прохождении через призму (объясняя это тем, что корпускулы разных цветов имеют разную массу).

Ответ: Ньютон высказал корпускулярную гипотезу, согласно которой свет — это поток мельчайших частиц (корпускул), испускаемых источниками света.

3. Какие доводы есть в пользу корпускулярной гипотезы о природе света?

В пользу корпускулярной (частицеподобной) природы света свидетельствует ряд явлений:

1. Прямолинейное распространение света. В однородной среде свет распространяется по прямым линиям, что объясняет образование четких теней от непрозрачных предметов. Это легко представить как полет частиц по прямой траектории.

2. Закон отражения света. Угол падения света равен углу отражения, что можно смоделировать как упругий отскок шарика от поверхности.

3. Давление света. Существование светового давления, экспериментально подтвержденное П.Н. Лебедевым, говорит о том, что свет передает импульс, что свойственно частицам, обладающим массой (в релятивистском смысле) и импульсом.

4. Фотоэлектрический эффект. Это явление, при котором свет выбивает электроны из вещества, имеет пороговый характер (зависит от частоты, а не от интенсивности света) и происходит практически мгновенно. Альберт Эйнштейн объяснил его, предположив, что свет состоит из отдельных порций энергии — квантов (фотонов), которые ведут себя как частицы.

Ответ: Основные доводы в пользу корпускулярной гипотезы: прямолинейное распространение света, закон отражения, существование светового давления и явление фотоэффекта.

4. Какие доводы есть в пользу волновой гипотезы о природе света?

Волновая природа света подтверждается явлениями, которые характерны именно для волн и труднообъяснимы с точки зрения простой корпускулярной теории:

1. Интерференция света. Это явление усиления или ослабления света при наложении двух или нескольких световых волн. Классическим примером является опыт Юнга с двумя щелями, где на экране наблюдается чередование светлых и темных полос, что является результатом сложения волн в фазе или противофазе.

2. Дифракция света. Это способность световых волн огибать препятствия. Из-за дифракции край тени от предмета получается не абсолютно резким, а слегка размытым, и свет может проникать в область геометрической тени. Дифракция хорошо видна при прохождении света через малые отверстия или щели.

3. Поляризация света. Это явление выделения из естественного света колебаний, происходящих в определенной плоскости. Поляризация доказывает, что световые волны являются поперечными (колебания происходят перпендикулярно направлению распространения волны), что невозможно для продольных волн или простого потока частиц.

4. Постоянство скорости света. Скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника или наблюдателя, что является фундаментальным постулатом теории относительности и свойством распространения электромагнитных волн.

Ответ: Основные доводы в пользу волновой гипотезы: явления интерференции, дифракции и поляризации света.

5. Как была измерена скорость света?

Скорость света впервые была оценена астрономическим методом, а затем более точно измерена в лабораторных условиях.

1. Астрономический метод Олафа Рёмера (1676 г.). Рёмер наблюдал за затмениями спутника Юпитера Ио. Он заметил, что когда Земля в своем движении по орбите удаляется от Юпитера, затмения Ио наступают с запаздыванием по сравнению с расчетным временем. Когда Земля приближается к Юпитеру, затмения происходят раньше. Рёмер правильно объяснил это тем, что свету требуется дополнительное время, чтобы преодолеть расстояние, на которое увеличилась дистанция между Землей и Юпитером. Зная диаметр земной орбиты и максимальное время запаздывания (около 22 минут), он получил первую в истории оценку скорости света.

2. Лабораторный метод Ипполита Физо (1849 г.). Физо использовал установку, состоящую из источника света, полупрозрачного зеркала, быстро вращающегося зубчатого колеса и удаленного на несколько километров зеркала. Луч света проходил между зубьями колеса, отражался от удаленного зеркала и возвращался обратно. Если за время пути света до зеркала и обратно ($t = 2L/c$) колесо успевало повернуться так, что на пути луча оказывался зуб, наблюдатель не видел отраженного света. Зная расстояние до зеркала $\text{L}$, число зубьев колеса $\text{N}$ и скорость его вращения $\nu$ (в оборотах в секунду), при которой свет исчезал, можно было вычислить скорость света по формуле: $c = 4LN\nu$.

Ответ: Скорость света была впервые измерена астрономическим методом Олафа Рёмера по запаздыванию затмений спутника Юпитера, а позже — лабораторными методами, например, методом Физо с использованием вращающегося зубчатого колеса.

6. Объясните принцип действия камеры-обскуры.

Камера-обскура (в переводе с латыни — «темная комната») — это простейшее оптическое устройство, представляющее собой светонепроницаемый ящик (или комнату) с небольшим отверстием в одной из стенок. Принцип ее действия основан на законе прямолинейного распространения света.

Лучи света, отраженные от внешних объектов, проходят через это малое отверстие и попадают на противоположную ему внутреннюю стенку, которая служит экраном. Поскольку свет распространяется по прямым линиям, лучи от верхней части объекта, пройдя через отверстие, попадут на нижнюю часть экрана. Аналогично, лучи от нижней части объекта попадут на верхнюю часть экрана. В результате на экране формируется действительное, но перевернутое (вверх ногами) и зеркально отраженное (лево-право) изображение внешнего пространства. Четкость изображения зависит от размера отверстия: чем меньше отверстие, тем изображение резче, но тусклее, так как через него проходит меньше света. Увеличение размера отверстия делает изображение более ярким, но и более размытым.

Ответ: Принцип действия камеры-обскуры основан на прямолинейном распространении света: лучи от объекта проходят через малое отверстие в темной камере и создают на противоположной стенке перевернутое изображение.