Мектеп физика курсында Оптика бөлімінің есептерін шығару әдістемесі

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 36 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі

КУРСТЫҚ ЖҰМЫС
Тақырыбы:
Мектеп физика курсында Оптика бөлімінің есептерін шығару әдістемесі

Орындаған:

Тексерген:

Орал, 2016ж.

Мазмұны

КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..3
I-тарау МЕКТЕПТЕ ФИЗИКА КУРСЫН ОҚЫТУДА ФИЗИКАЛЫҚ ЕСЕПТЕРДІҢ АЛАТЫН ОРНЫ ЖӘНЕ ФИЗИКАЛЫҚ ЕСЕПТЕРДІ ШЫҒАРУДЫҢ ТӘСІЛДЕРІ
1.1 Орта білім беретін мектепте физиканы оқытуда физикалық
1.2 Физикалық есептерді шығарудың әдіс-тәсілдері ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ..5
2.Физика курсының Оптика бөлімі
2.1 Жарық туралы түсінік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 8
2.2 Фотометриялық шамалар, олардың энергетикалық шамалармен байланысы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..11
2.3 Дисперсияның электрондық теориясының негіздері ... ... ... ... ... ... .. ... ... .22
2.4 Геометриялық Оптика Негізізгі Заңдылықтары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...26
2.5 Жарықтың жұтылуы. Бургер заңы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..3 1
3.Практкалық бөлім
3.1 Оптика тарауы бойынша есептер шығару ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...36
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 39
Әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 41

КІРІСПЕ
Зерттеу өзектілігі. Қазіргі таңда білім беру жүйесін реформалаудың маңызды бағыттары қатарынан білім сапасын көтеру мәселесі жетекші орын алады. Жалпы білім беретін мектептерде білім сапасын арттыру, білім беру мазмұнын жетілдіру, оқыту үрдісін жаңа сапалық денгейге көтеру мұғалімдердің әдістемелік шеберліктерін арттыру сияқты факторлармен байланысты.
Соңғы жылдарда педагогикалық процесті ізгілендіру тенденцияларын күшейуі жаратылыстану пәндерін оқытуға аса көңіл бөлініп, болашақ ұрпақтың техникалық білімдерінің терең болуын талап етіп отыр. Мектептерде арнайы жабдықталған физикалық лабораториялар, жаңа буын оқулықтары т.б. оқыту үрдісін жетілдіруге қажетті оқу-техникалық және әдістемелік құралдармен қамтамасыз етуге үлкен қаржы бөлініп отыр.
Жарық электро-магниттік толқын болғандықтан Оптика электро-магниттік өріс жөніндегі жалпы ілімнің (электрдинамиканың) бір бөлігі болып табылады. Оптикалық сәулелер толқын ұзындығы (λ) бойынша 1 нм-ден 1 мм-ге, бір жағынан рентген, ал екінші жағынан радиосәуленің микротолқындық диапазонына дейінгі аралықты қамтиды. Оптика қалыптасқан дәстүр бойынша геометриялық, физикалық және физиологиялық Оптика болып бөлінеді. Геометриялық Оптика жарықтың табиғатына назар аудармай, тек оның таралуының тәжірибелік заңдарына сүйеніп, өзара тәуелсіз жарық сәулелерінің біртекті ортада түзу сызықтар бойымен таралуын, әртекті орталар шекарасындағы шағылу және сыну заңдылықтарын зерттейді. Бұл заңдылықтар әр түрлі оптикалық құрылымдарды жобалауға, есептеуге (көзілдірік, микроскоп, телескоп, т.б.) мүмкіндік береді. Сонымен қатар ол жарық әртекті орта арқылы өткенде байқалатын құбылыстарды (сағым, кемпірқосақ, т.б.) зерттейді. Есептеу математикасының кеңінен қолданылуы, әдістемелерінің дамып жетілуі есептеу Оптикасы деген жаңа бағыттың дамуына алып келді. Жарық шамаларын өлшейтін Оптиканың фотометрия бөлімі де іс жүзінде жарықтың табиғатын ескермейді. Оның бірқатар мәселелері адам көзінің жарықты сезу, қабылдау қабілетіне байланысты шешіледі. Бұл заңдылықтар биофизика мен психологияға және көздің көру механизмдеріне сүйенетін физиол. Оптикада зерттеледі.
Зерттеу жұмысының мақсаты орта білім беретін мектепте оқушылардың Оптика бөлімі бойынша физикалық есептерді шығаруға әдістемелік-дайындау жүйесін жасау.
Жұмыстың мақсатына сәйкес төмендегідей міндеттер таңдап алынды:
1. Оптика бөлімі бойынша оқушылардың біліміне қойылатын талаптарды анықтау.
2. Оптика бөлімі бойынша оқушыларды есеп шығаруға дайындық жүйесін жасау.
3. Бөлім бойынша есептер шығарудың алгоритмін жасау.
4. Оптика бөлімі бойынша жасалған жүйені тәжірибелік эксперименттік тұрғыда сынау.
Зерттеу құрылымы: кіріспеден, 3 бөлімнен және қорытынды мен пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады.

I-тарау МЕКТЕПТЕ ФИЗИКА КУРСЫН ОҚЫТУДА ФИЗИКАЛЫҚ ЕСЕПТЕРДІҢ АЛАТЫН ОРНЫ ЖӘНЕ ФИЗИКАЛЫҚ ЕСЕПТЕРДІ ШЫҒАРУДЫҢ ТӘСІЛДЕРІ
1.1 Орта білім беретін мектепте физиканы оқытуда физикалық
Орта мектептің аса маңызды міндеті - жеткіншек ұрпаққа ғылыми егіздерінен тереңде тиянақты білім беру,оларды практикада қолданудың дағдыларын қалыптастыру, білім беру мазмұнының политехникалық бағытын күшейту.Физика заңдарын меңгеру және оларды дұрыс түсініп қолдана білу оқушылардың ой - өрісінің дамуын, табиғатқа ғылыми көзқарасты қалыптастыруын қамтамасыз етеді.
Физикалық теорияны үйренуде оның маңынасын терең түсініп қолдану жолдарын іздестіруде оқушыларға жаттығу ретінде класта,үйлерінде өз бетінше түрлі есептер шығарудың мәні ерекше.
Физика есебі физикалық құбылыстар бойынша құрылған, шешуді қажет ететін қиындықтары әртүрлі проблемалар, сұрақтар.
Физика есептерінің түрлері де, оларды шығарудың тәсілдері де көп.Есепті шығару - күрделі процесс. Оқушы есептерді тақырып бойынша шығара алмайтын болса , ол физиканы терең түсіне алмайды. Сондықтан оқу программасын меңгеру үшін физикалық есеп жаттығулар керек- ақ.
Физика есептерін шығару үшін теорияны терең түсініп,іс жүзінде практикада пайдалана білуі керек,творчестволық еңбек ете білуі және терең ойланып күрделі мәселелерді, құбылыстарды талдап, зерттеп шеше алатындай болуы керек. Есептерді шығару кезінде оқушылар көптеген құбылыстардың заңдарын анықтайды, теорияның маңынасын терең түсініп, өмірдегі ролін көреді, техниканың жаңалықтарымен танысады,олардың физикалық негіздерін анықтайды, жалпы білімдерін көтереді, политехникалық тәрбие береді.
Есеп шығару кезінде оқушылар физикамен бірге өздерінің матиматикалық дайындықтарын тереңдетеді. Физика есептері матиматиканы жандандырады, оның маңынасын артырады, оны шығаруда оқушылар түрлі электрондық есептеу машиналарымен жұмыс істеп, есептеу техникасын үйренеді.
Оқушылар есептерді өз бетінше шығаруға дағдыланып үйренсе,теориялық білімдерін практикамен ұштастыра алатын дәрежеге жетеді. Ол үшін оқушы мектепте, одан тыс үйде есептеген есептер шығару керек.Оқушылар есепті қызығып шығару үшін мұғалім әрбір сабаққа қажет есептерді таңдап,оның мазмұнынның өмірдегі таныс құбылыстарға сәйкес келуін,тартымды, проблемалық болуын қамтамасыз етуі керек. Есеп шығару сабақтары өте қызықты ұйымдастырып шығару сабақтарын ұйымдастырудың бірнеше тәсілдері белгілі. Әрбір сабақта жеке оқушылардың қаблеттерін ескерген жөн. Физикаға ереже қызығатын оқушылар үшін ұйірмелер ашып, олардың қаблеттерін жетілдіре түсіп, қиын есептерді ұсынып шығарту және де оларды физикалық олимпиадаларға қатыстыру керек.
Физика есептерінің түрлері.
Физика есептері мазмұнына қарай қаралатын проблемаларға, құбылыстарға байланысты механикалық, малекулалық физика, электромагнетизм, оптика, атомдық физика есептері болып бөлінеді.
Физика есептері құрлысына қарай, қойылған сұрақтарға шешу тәсілдерінет қарай ауызша, сапалық, мәселе есептер, графиктік ,тәжірибелік қызықты есептер болып бірнеше түрге бөлінеді.Осы есептердің түрлеріне тоқталайық:
Ауызша - сұрақ және сапалық есептер - Құрлысы қарапайым,ауызша жауап беретіндей етіп қарастырылады. Бұл есептерді шешу үшін қарапайым құбылыстардың заңдылықтарын білу керек. Ауызша есептер көбнесе,өткен сабақта берілген заңдылықтарды еске түсіру үшін,қайталау үшін, жаттығу ретінде қолдалыады. Сұрақ есептерді шешу кезінде оқушылар теориялық білімдерін саналы түрде,іс жұзінде пайдалануға алғашқы қадам жасайды. Мәселе тексте берілген есептер бір не бірнеше құбылыстарды, олардың заңдылықтарын қамтитын матиматикалық есептерді пайдаланып шешілетін проблемалар түрінде беріледі. Бұл есептерді шығару үшін келтірілген құбылыстатды талдап, бір - біріне байланысын анықтап,заңдарын жазып, оларға сай теңдеулер қорытып шығарып ,соңында есептеу жүргізу керек.
Тәжрибелік есептер - құрлысы жағынан, шығару тәсілдері бойынша,мәселе есептерге ұқсас. Бірақ кейбір қажетті шамалар тәжрибе нәтижесінде алынады. Яғни оқушы қойылған проблемаға байланасты заңдылықтарды анықтап, өз бетінше тәжрибелер жүргізіп,өлшеулер жасап, есепті шығару үшін қажет кейбір шамаларды анықтайды. Физиканы оқып үйренуде, оның маңынасын терең түсінуде, тәжрибелік есептердің мәні зор. Оқушылар құрал - жабдықтармен танысады,өлшеулер жүргізіп үйренеді,кейбір қарапайым құбылыстардың өтуін көзбен көреді. Мұндай жағдай оқушының қызығушылығын артырады, зерттеу жұмыстарына жетеледі.
Графиктік есептер - есептің берілу шартындағы графиктерді талдау жасау арқылы оны шығаруға қажет шамалар анықталатындай етіп қарастырылады. Графиктік байланыстар физика құбылыстардың динамикасын ашып айқындауға көмектеседі оның көнекілік жағын күшейтеді.Есептелуді жүргізу кезіндегі пайдаланылған матиматикалық аппаратқа байланысты физика есептерін шығарудың арифметикалық алгебралық және геометриялық тәсілдері практикада қолданылады.

1.2 Физикалық есептерді шығарудың әдіс-тәсілдері
Физика есептерін шығару әдістері.
Физика есептерін шығару әдістерін қарастыру алдында, қазіргі кезде қолданылып жүрген есеп шығарудың жалпы метадикасына тоқталайық.
1.Есептің шартымен танысу.
Оқушы есепте қарастырылып отырған мәселелерді толық ұғынып,қойылған сұрақтарды анық түсінуі керек.Есептің шартына байланысты берілген шамаларды,сұрақтарды,қосымша тұрақтыларды таңбалап жазу керек.Экспирменттік есеп болса,қажетті құрал - жабдықтарды алдын - ала түгелдеп,жұмыстың күйін тексеріп алу керек.
2.Есептің мазмұнын талқылау.
Есептің шартында берілген процестердің құбылыстардың қандай заңдарға бағынатынын анықтап,ол заңдарды сипаттайтын формулаларды жазу керек. Құбылыстар арасындағы байланыстарды анықтау қажет.Координаталар систамасын ыңғайлы етіп алып,секторлы шамалардың бағыттарын, кеңістіктегі орнын анықтау керек. Есепті талдау үшін мүмкін болған жағдайда оқиғаның суретін салу, оның графигін сызу керек.
3.Есепті жалпы түрде шығару керек.
Есептің сұрауларына талдау беретін, проблеманы анықтайтын теңдеуді жалпы формула түрінде қорытып шығару керек. Барлық уақытта осылау шығару міндет емес, кейде есепті бөлшектеп, есептеулерді жүргізіп шығарған ыңғайлы болады.
4.Есептеу.
Есепте берілген шамалардың барлығын ХБЖ өлшемдеріне келтіріліп, қорытып алынған жалпы формулаға шамалардың сандық мәндерін қойып,математикалық есептеулер жүргізу керек. Мүмкіндігі болса, арифметикалық жұмысты микрокалькуляторларда, есетеу машиналарында жүргізген жақсы.
Есептің жауабын тексеру.
Есептің жауабы шындыққа жақын болуы тиіс.Көп жағайда сандық мәннің шамасы есептің дұрыс шықпағандығын анықтауға мүмкіндік береді.Мысалы кез келген дене жылдамдығы жарықтың вакумдағы таралу жылдамдығынан артық бола алмайды.
Қазіргі кезде физика есептерін шығарудың практикада негізінен екі әдісі, атап айтқанды, аналитикалық және ситатикалық әдістері қолданылады.
Аналитикалық әдіс.
Бұл әдіс есептің мазмұнын талқылап, күрделі процесті қарапайым процестерге жіктеп, белгісіз ізделініп отырған физикалық шаманы қарапайым процесс заңдылығының формуласын көмегімен өрнектеп жазамыз. Алынған өрнектің оң жағында есеп шартында берілген шама болса, онда құбылыстар арасындағы байланыстарды тағайындап, бұл шаманы белгілі шамалар арқылы анықтап алатын формулалар жазылады. Осылай негізгі іздеп отырған шаманы белгілі шамалар арқылы анықтайтын өрнегін алуымыз керек.
Синтетикалық әдіс.
Синтетикалық әдісте есеп шартындағы көрсетілген физикалық шамалар сипаттайтын процесстердің заңдылықтары қарастырылып, оларды басқа шамалармен байланыстары анықталады. Осы байланыс формулалары арқылы анықталған аралық шамалар көменгімен өрнегінде белгісіз, ізделініп отырған шама бар теңдеу жазылып, есеп шығарылады.
Есеп шығарудың осы екі әдісінде жиі қолдануға болады. Олардың бір-бірінен артықшылығы жоқ. Бірақ дидактикалық планда оқу процестерінде ескеру қажет әрқайсысының ерекшіліктері бар. Күрделі есептерді шығаруда аналиикалық - синтетикалық және синтетикалық - аналитикалық, яғни комбинацияланған есеп шығару тәсілдері қолданылады.
Физика есептерін алгаритмдік әдіспен шығару.
Бүгінгі күннің негізгі мақсаттарының бірі оқушыарды электрондық есептеу машиналарында жұмыс істеуге үйрету, оларға қажет программалады жазуға және оларды тиімді пайдалануға білгірлігін қалыптастыру болып табылады. Осы орайда физика есептерін шығару кезінде алгаритімдік әдісті пайдаланудың маңызы артып отыр. Кез келген нақтылы есепті шығаруға жарамды дәл тұжырымдалған орындалуын қажет нұсқауларды алгаритм деп атайды.
Физика есептерін шығаруда программалаушы микрокоркульяторды пайдалану.
Микрокоркульятор - жеке адамның пайдалануына ыңғайлы ең көп тараған Э.Е.М.Олар көп таңбалы сандары бар арифметикалық амалдарды жоғары дәлдікпен әрі тез орындауға және функциялар мен алгебралық өрніктің мәнін автоматты түрде есептеуге арналған.
Микрокаркульяторды физика сабағында есептер шығаруда класта пайдалану нәтижесінде есептеулерді жеделдетіп,едәуір уақытты үнемдеуге және көптеген есептерді каллективті түрде шығаруға мүмкіндік туады.Яғни әрбір оқушы өзіне тиісті есебін алады,ал есептеу кезінде пайда болған проблемалар каллективті еңбектену,ойлану арқылы шешіледі.
Программалаушы МК- ды зерттеу элеметтері бар физика есептерін шығаруға қолдану өте тиімді.Себебі оқушылардың творчествалық іздеу қаблеті,белсенділігі және қызығушылығы артады.ЭЕМ - нің керемет мүмкіндіктеріне көздері жетеді.

2.Физика курсының Оптика бөлімі
2.1 Жарық туралы түсінік
Оптика (гр. optіke - көзбен қабылдау жөніндегі ғылым, optas - көрінетін) - физиканың сәуле (жарық) шығару табиғатын, жарықтың таралуын және оның затпен әсерлесу құбылыстарын зерттейтін бөлімі.

Жарық электро-магниттік толқын болғандықтан Оптика электро-магниттік өріс жөніндегі жалпы ілімнің (электрдинамиканың) бір бөлігі болып табылады. Оптикалық сәулелер толқын ұзындығы (λ) бойынша 1 нм-ден 1 мм-ге, бір жағынан рентген, ал екінші жағынан радиосәуленің микротолқындық диапазонына дейінгі аралықты қамтиды. Оптика қалыптасқан дәстүр бойынша геометриялық, физикалық және физиологиялық Оптика болып бөлінеді. Геометриялық Оптика жарықтың табиғатына назар аудармай, тек оның таралуының тәжірибелік заңдарына сүйеніп, өзара тәуелсіз жарық сәулелерінің біртекті ортада түзу сызықтар бойымен таралуын, әртекті орталар шекарасындағы шағылу және сыну заңдылықтарын зерттейді. Бұл заңдылықтар әр түрлі оптикалық құрылымдарды жобалауға, есептеуге (көзілдірік, микроскоп, телескоп, т.б.) мүмкіндік береді. Сонымен қатар ол жарық әртекті орта арқылы өткенде байқалатын құбылыстарды (сағым, кемпірқосақ, т.б.) зерттейді. Есептеу математикасының кеңінен қолданылуы, әдістемелерінің дамып жетілуі есептеу Оптикасы деген жаңа бағыттың дамуына алып келді. Жарық шамаларын өлшейтін Оптиканың фотометрия бөлімі де іс жүзінде жарықтың табиғатын ескермейді. Оның бірқатар мәселелері адам көзінің жарықты сезу, қабылдау қабілетіне байланысты шешіледі. Бұл заңдылықтар биофизика мен психологияға және көздің көру механизмдеріне сүйенетін физиол. Оптикада зерттеледі. Жарықтың табиғаты, оған байланысты әр түрлі оптикалық құбылыстар (интерференция, дифракция, полярлануы және жарықтың анизотроптық орталарда таралуы, т.б.) физикалық Оптикада зерттеледі. Жарықтың толқындық қасиеттері физикалық Оптиканың негізгі бөлімі - толқындық Оптикада зерттеледі. Толқындық Опитканың негізін Х.Гюйгенс (1629 - 1695), Т.Юнг (1773 - 1829), О.Френель (1788 - 1827) және т.б. қалаған. Гюйгенстің Оптикаға қосқан, осы кезге дейін маңызын жоймаған ең басты үлесі - Гюйгенс - Френель принципі.
Жарықталған оптика -- кейбір элементтерінің жарық шағылу коэффициенттері оларға арнайы жапкыштар жағу жолымен азайтылған оптикалык жүйе.
Оптиканың жарықталуы - оптикалық жүйе тетіктерінің шағылу коэффициентін оларға арнайы жапқыштар жағу жолымен азайту.
М.Фарадей (1791 - 1867) 1848 жылы жарықтың поляризация жазықтығының бұрылуын ашып, жарықтың көлденең электро-магниттік толқын екендігін және физиканың электрмагнитизм және Оптика бөлімдерінің арасындағы тікелей байланысты көрсетті. Фарадей тәжірибелерінің нәтижелеріне сүйеніп Дж.Максвелл (1831 - 1879) осы байланыстарды сипаттайтын электро-магниттік өрістің біртұтас теңдеулерін (1865 - 67) қорытып шығарды. Жарық тарайтын ортаның қасиеттерін осы теңдеулердегі макроскопиялық тұрақтылар - диэлетрлік өтімділік (ε) пен магнит өтімділік (u) сипаттайды. Ортаның сыну көрсеткіші осы тұрақтылар арқылы анықталады.
Жарықтың электро-магниттік теориясының Лоренцтің электрондық теориясымен толықтырылуы Оптиканың дамуындағы маңызды кезең болып саналады. Бірақ көптеген жетістіктерге қарамастан классикалық электрдинамика жарықтың шығу және жұтылу процестерін түбегейлі түсіндіре алмады. Абсолют қара дененің жылулық сәуле шығару энергиясының толқын ұзындығына тәуелділігін талдау теория мен тәжірибе арасындағы қайшылықты көрсетті.
Осы мәселені зерттеу (1900) арқылы М.Планк: қарапайым тербелмелі жүйе (атом, молекула) шығаратын не жұтатын электро-магниттік толқын энергиясы тербеліс жиілігіне пропорционал жеке үлестерден - кванттардан (фотондардан) тұрады деген тұжырымға келді.
Түсініктерге қайшы келген осы тұжырым негізінде А.Эйнштейн 1905 жылы фотоэффект құбылысының негізгі заңдарын түсіндірді. Фотоэффект құбылысы жарық табиғатындағы екіжақтылықты, толқындық та корпускулалық та қасиеттерді көрсетті. 1916 жылы Эйнштейн еріксіз сәуле шығару теориясын жасап, соның негізінде 1954 жылы сантиметрлік диапозонда еріксіз монохроматты сәуле шығаратын алғашқы кванттық генераторлар [мазерлер, А.М. Прохоров, Н.Г. Басов (КСРО) және Ч.Таунс (АҚШ)], 1960 жылы когеренттік жарық сәулесін шығаратын рубиндік лазер [Т.Мейман (АІШ)] жасалып, Оптиканың маңызы арта түсті. Лазерлерді қолдану атомның, молекуланың және конденсацияланған ортаның құрылысы мен оларда өтетін процестер жайлы мол деректер беретін лазерлік спектроскопияны күрт дамытты. 1948 жылы ағылшын физигі Д.Габор негізін қалаған голография әдісі лазер пайда болғаннан кейін нысанның көлемдік кескінін алудың, шапшаң өтетін процестерді тіркеудің және денелердегі ығысу мен кернеулерді зерттеудің жаңа мүмкіндіктерін туғызды. Жарық интерференциясы арқылы аса дәл өлшеу әдістері, кванттық оптикалық аппараттар (фотоэлементтер, фотоэлектрондық көбейткіштер, т.б.), полярлану мен дифракция құбылыстарына негізделген аса сезгіш оптикалық аппараттар өмірде кеңінен қолданылады. Фотографияның негізінде жатқан фотохимиялық процестер Оптика мен химияның шекарасындағы сала - фотохимияда зерттеледі. Өткен 20 ғасырдың 70-жылдары есептеу техникасы мен ақпараттану мәселелерін шешуге голография принциптерін қолдану интегралдық Оптика деген жаңа саланың дамуына алып келді. Лазердің қолданылуына байланысты Оптикалық локация және Оптикалық байланыс жүйелері пайда болды. Оптикалық құбылыстарды бақылау және талдау қазіргі заманның негізгі физикалық теориялары кванттық механика мен салыстырмалық теориясының пайда болуына себеп болды.

2.2 Фотометриялық шамалар, олардың энергетикалық шамалармен байланысы
Жарық толқыны энергия тасымалдайды. Әртүрлі оптикалық зерттеулерді жүргізгенде жарық энергиясын және онымен байланысты шамаларды өлшеу қажет болады. Оптикалық аумаққа жататын электромагниттік толқындардың тасымалдайтын энергиясын өлшеулермен шұғылданатын оптика бөлімі фотометрия деп аталады.
Фотометриялық шамалар. Бұлар энергетикалық шамаларға ұқсас, бірақ негізгі шама ретінде жарық күші алынады. Жарық күшінің бірлігі-кандела қара сәуле шығарғыш көмегімен анықталады; қара сәуле шығарғыш платинаның қату температурасы жағдайында істейтін негізгі эталон ретінде қабылданған.
Бұл эталон 1967 ж. өлшемдер және таразылар бойынша ХIII Бас конференция шешімімен бекітілген. Ол төмен жағы жабық диаметрі ~2 мм және ұзындығы 40 мм керамика түтікшеден тұрады. Бұл түтікше балқыту үшін таза платинамен толтырылған тигельде орналастырылған. Салқындатқан кезде платина қатаяды және оның температурасы орнығады және 2045 К мәнінде сақталады. Басқа жарық көзінен шыққан жарық күші, оның және эталонның жасайтын жарықталуларын салыстырудан анықталады.
Жарық ағыны. Жарық ағыны деп жарық көзінің жарық күшінің, ішінде шығарылған жарық таралатын денелік бұрышқа көбейтіндісін айтады
(19)
Егер жарық күші нүктелік көз барлық бағыттарда жарық шығаратын болса, онда оның сәулесінің толық қуаты болатындығы көрінеді.
Жарық ағынының спектрлік тығыздығы мына формуламен анықталады
(20)
Жарықтылық (яркость). Ол (9) энергетикалық жарықтылық анықтамасына ұқсас енгізіледі
а) ,
б) (21)
-ның бұрыштарына тәуелділігіне бет қасиеттері себепші болады. Егер бұрыштарға тәуелді болмаса, онда және (1.74) өрнек мына түрге келеді
, (22)
мұндағы бұрышы бағытындағы жарық күші, -бетке нормаль бойынша жарық күші. (22) тәуелділігі Ламберт заңы деп, ал сәуле шығаруы шартымен сипатталатын беттер-ламберттік деп аталады. Осындай беттерден шығарылған сәуле диффузиялық сипатта болады. Сондықтан бұларды диффузиялық сәуле шығарушылар деп атайды.
Жарықталу (освещенность). (11)-ға сәйкес жарықталу және жарықталудың спектрлік тығыздығы мына қатынастармен анықталады
(23) , (24)
Жарық экспозициясы. Бұл шама мына формуламен анықталады
(25)
мұндағы -уақыт аралығы, осы уақыт аралығы ішінде жарық ағыны шығарылады немесе қабылда нады.
Жарық ағыны мен жарық қуаты арасындағы байланыс. Іс жүзінде жарық ағынын қуат бірлігі арқылы өрнектеуге тура келеді. Осы себептен жарық ағыны (люмен) мен қуат (Вт) арасындағы байланысты тағайындау қажет болады. Бірақ, жарықтың физиологиялық әсерінің ерекшелігіне байланысты мұндай байланыс универсал емес. Мәселе мынада: толқын ұзындығы әртүрлі жарықтың энергия ағындары бірдей болғанымен, бұлар әртүрлі көру сезімін тудырады. Сондықтан толқын ұзындығына байланысты 1 лм жарық ағынына әртүрлі қуат сәйкес келеді. Адам көзінің сезгіштігі түсетін сәуленің толқын ұзындығына байланысты елеулі түрде өзгереді. Қалыпты көздер (ақауы жоқ көздер) үшін ең үлкен сезгіштік толқын ұзындығы жағдайында байқалады. Басқа толқын ұзындықтарының (үлкені де, кішісі де) сәулелік энергиясының бірдей мөлшері салыстырмалы аз көру сезімін туғызады. Толқын ұзындықтары 400 нм-ден кіші және 760 нм-ден үлкен жарық, интенсивтігі қандай болғанынан тәуелсіз, көру сезімін тіпті туғызбайды. Осы себептен 400 нм-ден 760 нм-ге дейінгі аралықтағы электромагниттік толқындар шкаласының бөлігі көрінетін жарық деп аталады.
Толқын ұзындықтары әртүрлі жарық бірдей жарық ағыны жағдайында әртүрлі көру сезімін туғызатындықтан, көздің салыстырмалы сезгіштіктері деп аталатын шамалар бірдей көру сезімін беретін монохроматтық қуаттарға кері пропорционал болады, яғни
,
мұндағы -көздің салыстырмалы сезгіштігі (көру функциясы), -монохроматты жарық ағыны шамасы, -пропорциялық коэффициент, мұны көздің салыстырмалы сезгіштігінің максимум мәніне (шартты түрде 1-ге тең) сүйеніп анықтауға болады. Егер болатын толқын ұзындығын арқылы белгілесек, онда , осыдан болады.
Демек, -көздің максимум сезгіштігіне сәйкес толқын ұзындық болғандықтан,жарық ағынының шамасы бірдей көру сезімін беретін монохроматты қуаттарының ішінен ең кішісі (минимум) болады, яғни нм-ден өзгеше барлық толқын ұзындықтар жағдайында :
(көрінетін аймақ)
Көздің сезгіштігінің жарықтың толқын ұзындығына тәуелділігі (көру функциясы) 5 - суретте келтірілген. Көру функциясының максимум мәні нм толқын ұзындығына сәйкес келеді. Сондықтан жарық ағыны (лм) мен жарық қуаты (Вт) арасындағы байланысты толқын ұзындығы үшін табу ыңғайлы. нм толқын ұзындығы жағдайында 1 лм жарық ағынына 0,0016 Вт қуат сәйкес келеді, яғни
Вт,
немесе 1 Вт.
5 - сурет
Көрінетін аймақтағы кез-келген толқын ұзындығы үшін осы сияқты байланысты көру функциясын пайдаланып тағайындауға болады: 1 Вт.
Втлм шамасы жарықтың ең кіші механикалық эквиваленті деп аталады, өйткені нм-ден өзгеше барлық толқын ұзындықтары жағдайында шамасы 1 лм жарық ағынына сәйкес келетін қуат 0,0016 Вт-тан үлкен болады.
Энергетикалық шамалар. Электромагниттік толқындардың энергетикалық жағын сипаттайтын шамалар энергияны, энергия ағынын және т.б. өлшеу үшін қолданылатын жалпы энергетикалық бірліктермен өлшенеді. Жарықтың қолданылу салаларында сәуле интенсивтігінің объективтік энергетикалық сипаттамасы ғана емес, бақылаушы көзіне оның әсер ету өлшемі де маңызды. Мәселен, 800 К-ге дейін қыздырылған дене инфрақызыл сәулелерді қарқынды шығарады, бірақ осы сәулелер көрінбейді және көздің қабылдаған бұлардың интенсивтігі нөлге тең болады.
Сондықтан қос өлшеу бірліктерін: энергетикалық (объективті энергетикалық сипаттамалар бойынша бағаланатын) және фотометриялық (көзге әсер етуі бойынша бағаланатын) бірліктерді енгізуге тура келеді.
Энергетикалық шамаларды анықтау сәуле қуатына негізделген. Егер сәуле түріндегі энергия уақыт ішінде шығарылатын болса, онда сәуле қуаты:
, (1)
Бұл қуат барлық мүмкін толқын ұзындықтар бойынша үлестіріледі.
Сәуле қуатының спектрлік тығыздығы
, (2)
мұндағы -толқын ұзындықтарының () аралығына келетін қуат:
(3)
Сәуле материалдық денелердің беттерінен шығарылады. Ауданы дене бетінің элементі элементар сәуле шығарғыш болады (1-сурет). -дене беті элементінің ауданы, -энергия ағыны тығыздығы, -элементар жарық көзі шығаратын сәуле қуаты.
Сәуленің энергетикалық күші. Элементар сәуле көзі шығаратын сәуленің энергетикалық күші деп денелік бұрыш элементіне келетін сәуле қуатының -ға қатынасын айтады:
1-сурет
(4) Сәуленің спектрлік тығыздығы үшін бұл формула мына түрге келеді
(5)
мұндағы -толқын ұзындықтарлың () аралығына келетін сәуленің энергетикалық күшінің спектрлік тығыздығы.
2-сурет
жалпы алғанда сәуленің шығарылу бағытына тәуелді болады, яғни элементар сәуле шығарғышқа қатысты денелік бұрыш элементінің бағдарлануына тәуелді. Егер дене бетінің элементі элементар сәуле шығарғыш болса, онда бетке түсірілген нормаль мен денелік бұрыш элементі бағдарланған бағыт арасындағы бұрыштан, және де нормальды ось етіп айналысты сипаттайтын аксиалдық бұрыштан тәуелді болады. Нормаль беттен сәуле шығарылатын жаққа бағытталған. Бұдан басқа, сірә, бет элементінің ауданына да пропорционал болады. Барлық бағыттар бойынша біркелкі шығаратын нүктелік сәуле көзінің энергетикалық күші (2-сурет) мынаған тең:
(6)
(6) өрнегінен нүктелік көздің энергетикалық күшін оның толық қуатымен байланыстыратын мына қатынас келіп шығады:
(7)
3-сурет
Энергетикалық жарықтылық (яркость). Сәуле беттің элементінен бет элементіне нормаль мен сәуленің таралу бағыты арасындағы бұрышпен сипатталатын барлық мүмкін бағыттар бойынша шығарылады (3-сурет). Сәуленің таралу бағытына перпендикуляр бетке -ның проекциясы (8)
бет элементінің нүктесіндегі беттің энергетикалық жарықтылығы деп осы бет элементінен сәуленің энергетикалық күшінің ауданға қатынасын айтады
(9)
Спектрлік тығыздық үшін бұл формула мына түрде жазылады
( 10)
Энергетикалық жарықтылық сәуле шығарылу бағытына тәуелді, жалпы ол беттің әртүрлі нүктелері үшін әртүрлі болады.
Энергетикалық жарқырау (светимость). Бет элементінен барлық бағыттар бойынша шығарылған сәуле қуатының элемент бетіне қатынасы, энергетикалық жарқырау деп аталады
(11)
мұнда интегралдау элементінен сәуле шығарылатын жағына қарай барлық бағыт қамтылатын денелік бұрыш бойынша жүргізіледі.
Энергетикалық жарқыраудың спектрлік тығыздығы мына формула бойынша анықталады
, (12)
Егер энергетикалық жарқыраудың спектрлік тығыздығы бағытқа тәуелді болмаса (яғни ), онда (11)-дағы интегралды есептеуге болады. Сфералық координаталар жүйесінің осін бет элементіне нормаль бойынша бағыттап және аксиал бұрышты белгілеп, (11)-ны мына түрде жазамыз
(13)
Интегралдауды орындап мына нәтижені табамыз
(14)
(14)-дан теңдігі шығады мына түрде жазылады
(15)
мұндағы ; (16)
-беттің энергетикалық жарқырауы және энергетикалық жарықтылығы.
4-сурет
Энергетикалық жарықталу (освещенность). Барлық алдыңғы шамалар сәуле шығару процесін сипаттады. Енді сәуленің бет элементіне түсуін қарастырамыз. Бұл құбылыс энергетикалық жарықталу деп аталатын шамамен сипатталады. Ол бет элементіне түсетін сәуле қуатының элемент ауданына қатынасына тең (17)
Есептеулерде бетке нормаль бетінен сәуле түсетін жаққа қарай бағытталған деп саналады (4-сурет).
Энергетикалық жарықталудың спектрлік тығыздығы
. (18)

2.3 Дисперсияның электрондық теориясының негіздері
Жарықтың дисперсиясын электромагниттік теория мен заттың электрондық теориясы негізінде түсіндіруге болады. Дәлмә-дәл қарастырғанда атомдағы электрондардың қозғалысы (дәлірек-тәртібі) кванттық физика заңдарына бағынады. Бірақта жарықтың дисперсиясын сапалық дәрежеде ұғыну үшін классикалық көріністермен шектелу жеткілікті болады; бұлар кванттық теория нәтижелерімен үйлесетін нәтижелер береді.
Сонымен, тәуелділігін түсіндіру міндеті алда тұрған болсын. Изотропты магниттік емес ортада болатыны белгілі. Өз кезегінде мына қатынастан табуға болады, мұндағы - диэлектрлік алғырлық, ол қатынасындағы коэффициент, -поляризациялану, яғни бірлік көлемнің диполдық моменті.
Г.А. Лоренц ұсынған дисперсияның классикалық электрондық теориясы жарық өрісінің (электромагниттік толқынның) атомдардың байланысқан электрондарына бұлардың тежелуі ескерілгенде тигізетін ықпалына негізделген. Дисперсияның электрондық теориясына сәйкес диэлектрик жарық сәулесі әсерінен еріксіз тербелістер жасайтын осцилляторлардың жиынтығы ретінде қарастырылады.
Қарапайым жағдайда атом меншікті дөңгелектік жиілігі гармоникалық осциллятор ретінде қарастырылады. Электронның гармоникалық тербелісі жайындағы ұйғарым электронға оның тепе-теңдік қалыптан ауытқуы өскенде ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.