Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Zespół Szkół w Sławnie

Prezentacja na temat: "Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Zespół Szkół w Sławnie"— Zapis prezentacji:

1

2 Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Zespół Szkół w Sławnie
ID grupy: 97/2_mf_g1 Kompetencja: matematyczno - fizyczna Temat projektowy: Zjawiska optyczne Semestr/rok szkolny: I / 2009/2010

3 Jaka jest natura światła? Nauka o świetle Klasyczna optyka
SPIS TREŚCI Spis treści Jaka jest natura światła? Nauka o świetle Klasyczna optyka

4 Model optyki geometrycznej
SPIS TREŚCI Model optyki geometrycznej 4.1 Wiązka, promień światła 4.2 Zjawiska optyki geometrycznej 4.2.1 Prawo odbicia światła a) „Puszczanie zajączków” b) Studium przypadku 1: aula szkolna c) Studium przypadku 2: dowolne pomieszczenie 4.2.2 Prawo załamanie światła a) Ciekawy efekt załamania światła 4.3 Zaleta modelu optyki geometrycznej 4.4 Wada modelu optyki geometrycznej

5 Podsumowanie: optyka geometryczna czy falowa?
SPIS TREŚCI Optyka falowa 5.1 Pojęcie światła w optyce falowej 5.1.1 Widmo fal elektromagnetycznych 5.1.2 Natura falowa światła a) Obserwacja zjawiska falowego światła 5.1.3 Natura kwantowa światła a) Światło nie jest „ciągłą nitką” b) Wnioski z obserwacji Podsumowanie: optyka geometryczna czy falowa?

6 Jaka jest natura światła?
Czy światło jest zbiorem cząsteczek, czy też ruchem wypełniającym świat?

7 JAKA JEST NATURA ŚWIATŁA?
Czym jest światło?

8 NAUKA O ŚWIETLE Nauka o Świetle Tradycyjnie, naukę o świetle i budowaniu przyrządów optycznych, określano mianem optyka. Obecnie, światło rozważa się w ramach działu fizyki traktującego o rozchodzeniu się fal elektromagnetycznych.

9 KASYCZNA OPTYKA Klasyczna optyka Traktuje o częściach fal elektromagnetycznych, które są odbierane przez oko człowieka. Optyka Optyka geometryczna Optyka falowa

10 Model optyki geometrycznej
Główne założenia: światło rozchodzi się jako strumień promieni, promienie biegną prostoliniowo od źródła światła do momentu, w którym napotkają na przeszkodę lub zmianę ośrodka.

11 Wiązka, promień światła
MODEL OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > WIĄZKA, PROMIEŃ ŚWIATŁA Wiązka, promień światła Promień światła jest to pojedynczy, bardzo cienki i rozchodzący się w jednym kierunku "fragment" światła". Wiązka świetlna to wiele promieni rozchodzących się w zbliżonym kierunku. Rodzaje wiązek światła równoległe rozbieżne zbieżne inne...

12 Zjawiska optyki geometrycznej
MODEL OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > ZJAWISKA OPTYKI GEOMETRYCZNEJ Zjawiska optyki geometrycznej odbicie światła załamanie światła

13 Kąt odbicia równy jest kątowi padania.
MODEL OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > ZJAWISKA OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > PRAWO ODBICIA ŚWIATŁA Prawo odbicia światła Kąt odbicia równy jest kątowi padania.  Kąty, padania i odbicia, leżą w jednej płaszczyźnie α β Ośrodek pierwszy Ośrodek drugi α = β

14 „puszczanie zajączków”
MODEL OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > ZJAWISKA OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > PRAWO ODBICIA ŚWIATŁA „puszczanie zajączków” Problem zainspirowany dziecięcą zabawą w „puszczanie zajączków” na ścianę. W jaki sposób rozmieścić w auli szkolnej wzdłuż ścian 7 lusterek tak, aby osoba stojąca na środku krótszego boku auli „puszczająca zajączka” została oświetlona światłem odbitym?

15 Studium przypadku 1: Aula szkolna
MODEL OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > ZJAWISKA OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > PRAWO ODBICIA ŚWIATŁA Studium przypadku 1: Aula szkolna Obliczenia dla auli o wymiarach 30m x 20m

16 Studium przypadku 2: Dowolne pomieszczenie
MODEL OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > ZJAWISKA OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > PRAWO ODBICIA ŚWIATŁA Studium przypadku 2: Dowolne pomieszczenie Uogólnienie obliczeń dla dowolnego prostokątnego pomieszczenia.

17 Prawo załamania światła
MODEL OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > ZJAWISKA OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > PRAWO ZAŁAMANIA ŚWIATŁA Prawo załamania światła Stosunek sinusa kąta padania, do sinusa kąta załamania jest dla danych ośrodków stały i równy stosunkowi prędkości fali w ośrodku pierwszym, do prędkości fali w ośrodku drugim. Kąty padania i załamania leżą w tej samej płaszczyźnie. α β Ośrodek pierwszy Ośrodek drugi α – kąt padania, β – kąt załamania v1 – prędkość światła w ośrodku 1 v2 – prędkość światła w ośrodku 2

18 Ciekawy efekt załamania światła
MODEL OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > ZJAWISKA OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > PRAWO ZAŁAMANIA ŚWIATŁA Ciekawy efekt załamania światła Złudzenie "złamania" patyka umieszczonego w misce z wodą.

19 zaleta modelu optyki geometrycznej
MODEL OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > ZALETA MODELU OPTYKI GEOMETRYCZNEJ zaleta modelu optyki geometrycznej Główną zaletą modelu optyki jest to, że jest użyteczny, w oparciu o niego świetnie działają takie przyrządy jak: aparaty fotograficzne, okulary, lornetki, teleskopy, itp.

20 Wada modelu optyki geometrycznej
MODEL OPTYKI GEOMETRYCZNEJ > WADA MODELU OPTYKI GEOMETRYCZNEJ Wada modelu optyki geometrycznej Model ten nie do końca jest zgodny z rzeczywistością. Prawa optyki geometrycznej przestają działać wtedy, gdy rozmiary obiektów zbliżają się do rozmiaru mikrometra. Światło przestaje rozchodzić się prostoliniowo i dzieją się zjawiska charakterystyczne dla optyki falowej.

21 Wielkością charakterystyczną dla modelu falowego jest długość fali.
OPTYKA FALOWA Optyka falowa Model ruchu falowego zakłada, że energia fali przenosi się nie poprzez ściśle określony tor ale porusza się na raz wieloma drogami – właściwie całą dostępną przestrzenią. Wielkością charakterystyczną dla modelu falowego jest długość fali.

22 Pojęcie światła w optyce falowej
OPTYKA FALOWA > POJĘCIE ŚWIATŁA W OPTYCE FALOWEJ Pojęcie światła w optyce falowej Światło jest falą elektromagnetyczną o długościach fali z zakresu od 0,39 μm do 0,74 μm. Światło widzialne stanowi tylko drobną część powstających we wszechświecie fal elektromagnetycznych, a pozostałego zakresu tych fal ludzkie oczy nie są w stanie zarejestrować.  Światło rozchodzi się w próżni z prędkością c= m/s.

23 Widmo fal elektromagnetycznych
OPTYKA FALOWA > POJĘCIE ŚWIATŁA W OPTYCE FALOWEJ > WIDMO FAL ELEKTROMAGNETYCZNYCH Widmo fal elektromagnetycznych

24 OPTYKA FALOWA > POJĘCIE ŚWIATŁA W OPTYCE FALOWEJ > NATURA FALOWA ŚWIATŁA
W optyce falowej (a także w rzeczywistości) światło może np. omijać przeszkody, rozdzielać się na  wiązki, rozszczepiać na kolory tylko z powodu różnic przebytej przez światło drogi.

25 Obserwacja zjawiska falowego światła
OPTYKA FALOWA > POJĘCIE ŚWIATŁA W OPTYCE FALOWEJ > NATURA FALOWA ŚWIATŁA Obserwacja zjawiska falowego światła Doświadczenie: W ciemnym pokoju oświetlamy płytę kompaktową zwykłą latarką, tak aby odbite światło padło na ścianę, pełniącą rolę ekranu.

26 Obserwacja zjawiska falowego światła
OPTYKA FALOWA > POJĘCIE ŚWIATŁA W OPTYCE FALOWEJ > NATURA FALOWA ŚWIATŁA Obserwacja zjawiska falowego światła Przy pewnym ustawieniu płyty i latarki odbite światło wyraźnie rozszczepia się na wielokolorową piękną tęczę.

27 Natura kwantowa światła
OPTYKA FALOWA > POJĘCIE ŚWIATŁA W OPTYCE FALOWEJ > NATURA KWANTOWA ŚWIATŁA Natura kwantowa światła Doświadczenie: W ciemnym pokoju oświetlamy płytę kompaktową laserem, tak aby odbite światło padło na ścianę, pełniącą rolę ekranu. Światło lasera ma tę własność, że zawiera w sobie ściśle określoną długość fali (czasami dwie długości fali), czyli bardzo ściśle określoną barwę światła. Dzięki temu nie rozszczepia się ono na kolorową tęczę.

28 Światło nie jest „ciągłą nitką”
OPTYKA FALOWA > POJĘCIE ŚWIATŁA W OPTYCE FALOWEJ > NATURA KWANTOWA ŚWIATŁA Światło nie jest „ciągłą nitką” Światło jest jakby pokawałkowane w miniaturowe porcje.

29 OPTYKA FALOWA > POJĘCIE ŚWIATŁA W OPTYCE FALOWEJ > NATURA KWANTOWA ŚWIATŁA
Wnioski z obserwacji Dla pojedynczej fali światła lasera widać, że z jednego strumienia (promienia) światła tworzy się rząd świecących plamek. Gdyby światło zwyczajnie się odbijało jak pojedyncza wiązka, to na ekranie powstałaby tylko jedna plamka.

30 Podsumowanie: Optyka geometryczna czy falowa?
Model geometryczny jest uproszczeniem rzeczywistego rozchodzenia się światła, ale może być stosowany w sytuacjach, w których obiekty stojące na drodze światła są stosunkowo duże.

31 Podsumowanie: Optyka geometryczna czy falowa?
Przestaje funkcjonować w sytuacjach, gdy światło spotyka obiekty o wielkościach porównywalnych z długością fali świetlnej. Większość widzialnych obiektów jest wyraźnie większa od tego rozmiaru. Dlatego w typowych życiowych sytuacjach zjawiska falowe się nie ujawniają, a model geometryczny jest jak najbardziej uprawniony.

32