Презентация к уроку "Давление света"

Давление света!

Давление света,  давление, производимое светом на отражающие или поглощающие тела. 

Что собой представляет свет с точки зрения волновой теории?

Поясните, что изображено на рисунке.

« Мгновенный снимок» электромагнитной волны, представляющей совокупность взаимодействующих между собой электрического и магнитного полей, распространяющихся в вакууме со скоростью 300000км/с

Что происходит, если электромагнитная волна падает на металлическую пластину?

• При падении плоской электромагнитной волны на поверхность вещества площадью S напряжённость Е электрического поля волны вызывает в веществе направленное движение свободных зарядов, то есть в веществе возникает электрический ток, на который магнитное поле с индукцией В действует с силой Ампера. Её направление определяют с помощью правила левой руки.

Сила Ампера направлена в сторону распространения волны (это и есть сила светового давления)

Объяснение светового давления с точки зрения волновой теории

• Электрическое поле волны действует на свободные заряды в пластине с переменной силой, под действием которой заряды начинают совершать колебания. На такие заряды магнитное поле действует с силой Лоренца, направление которой находят по правилу левой руки. Эта сила направлена в сторону распространения волны. Таким образом, свет оказывает давление на тела.

Расчёт светового давления в теории Д. К. Максвелла

• W – энергия, поглощаемая площадкой в 1 кв. метр за 1 с (мощность волны), С – скорость света, Р – световое давление

Идея опытов по измерению светового давления

• Свет от мощного источника (дуговой лампы) надо сфокусировать на легкоподвижной крыльчатке, подвешенной на нити в баллоне, из которого выкачан воздух. Силу светового давления измерить по углу закручивания нити.

Свет

Трудности, возникшие на пути к осуществлению идеи

• Проблема:

1. Измеряемая величина очень мала. Как измерить ничтожно малое давление света?

• Решение проблемы:

Размеры крыльчатки:

Высота – 4 см

Ширина – 2 см

Диаметр

крылышек – 0,5 см

Толщина

крылышек: 0,1 – 0,01 мм

Трудности, возникшие на пути к осуществлению идеи

2. Преодоление радиометрического эффекта.

Сущность проблемы:

Нагретая светом поверхность крыльчатки испытывает со стороны отскакивающих от неё молекул газа действие большей силы, причём радиометрические силы в тысячи раз больше сил светового давления.

• Решение проблемы:

Уменьшение толщины крылышек до предела

(0,1 – 0,01 мм)

Трудности, возникшие на пути к осуществлению идеи

3. Нагревание баллона под действием света

Сущность проблемы:

От освещённой части баллона молекулы отскакивают с большими скоростями и с большей силой действуют на крылышко.

• Решение проблемы:

1. Использование светофильтров, задерживающих тепловые лучи;

2. Баллон имеет большие размеры, чтобы молекулы потеряли за счёт столкновений свою скорость.

Трудности, возникшие на пути к осуществлению идеи

4. Возникновение конвекционных токов

Сущность проблемы:

Нагретый газ у освещённой стороны крылышка поднимается вверх, на его место приходит более холодный газ с теневой стороны.

• Решение проблемы:

Свет

попеременно

направляется

то на одну,

то на другую

поверхность

крылышка

Трудности, возникшие на пути к осуществлению идеи

5. Создание глубокого вакуума

Сущность проблемы:

И конвекционный, и радиометрический эффекты тем слабее, чем выше вакуум.

• Решение проблемы:

Помещение в баллон капли ртути, пары которой вытесняют воздух, откачиваемый насосом, после чего баллон охлаждают. Пары ртути конденсируются, повышая вакуум.

Значение опытов П.Н. Лебедева

• 1. Доказали справедливость теории электромагнитного поля Д. К. Максвелла;
• 2. Явились одним из краеугольных камней квантовой теории света и теории относительности;
• 3. Доказали наличие у света импульса, а значит, и массы, то есть существование фотонов (световых частиц);
• Доказали, что свет - один из видов материи, а не механические волны в эфире.

Объяснение давления света с точки зрения квантовой теории

• Световые частицы – кванты, попадая на вещество, передают ему свой импульс и тем самым, действуют на него с силой, которую и называют силой светового давления.