розділи: фізика

Явище дисперсії світла було відкрито И.Ньютоном і вважається однією з найважливіших його наукових заслуг. Недарма на його надгробному пам'ятнику, поставленому в 1731 році і прикрашеному фігурами юнаків, які тримають в руках емблеми його найголовніших відкриттів, одна фігура тримає призму, а в написі на пам'ятнику є слова: «Він досліджував відмінність світлових променів і з'являються при цьому різні властивості кольорів , чого раніше ніхто не підозрював ». Останнє твердження не зовсім точно. Дисперсія була відома і раніше, але докладно вона не вивчалася.

Урок вивчення нового матеріалу «Дисперсія світла» проводиться у вигляді лекції. Пояснення даного явища з точки зору електромагнітної теорії з використанням проблемних ситуацій і сучасної технології з презентацією.

Тема: Дисперсія світла. ( слайд 1 )

цілі:

• дати поняття про дисперсії світла і пояснити її з точки зору електромагнітнойтеоріі.
• сприяти навчанню школярів вмінню встановлювати взаємозв'язки в досліджуваних явищах;
• висувати гіпотези і перевіряти їх, використовуючи фізичний експеримент;
• робити узагальнення.
• виховання організованості, впевненості в собі, самостійності, взаимопроверки, відповідальності.

ТСО: комп'ютер, мультимедійний проектор, прилади та матеріали до проведення експерименту.

План уроку:

Виклад нового матеріалу. ( слайд 2 )

Дисперсія - звучить чудово слово,
Прекрасно і явище саме
Воно нам з дитинства близьке і знайоме,
Ми спостерігали сотні разів його!
Грім відгримів, вірш літня злива швидкий,
І над вмитою свіжою землею
Мостом безтілесним веселка повисла,
Плення нас своєю красою
Дисперсія тут «руку доклала».
Звичайний білий промінчик світловий
Вона неначе в призмі розклала
Під була зустрінута їм краплі дощової.

1. Дисперсія світла.

Перед вивченням даної теми учні повторюють матеріал про заломлення хвиль, в тому числі світлових, і хід променів в трикутній призмі.

Згадуємо, як переломлює електромагнітні хвилі призма з діелектрика і світлові монохроматические пучки скляна призма. (Досвід проводять учні)

Досвід з заломлення монохроматичного пучка ставимо двічі, використовуючи призми з різного скла (флінт і крон). Будуємо падаючий і заломлений промені і записую співвідношення sin / sin = N2 / n1 = c2 / c1, де с1, с2 - швидкість електромагнітних хвиль, в першій і другій середовищах відповідно.

Висновок: швидкість електромагнітних хвиль залежить від середовища.

Веселку в кімнаті отримують за допомогою призми. ( слайд 3,4 )

Саме досвід з призмою дозволив Ісааку Ньютону укласти в «Лекціях з оптики» в 1669 році і в мемуарах «Нова теорія світла і кольорів», написаному в 1672 році: «Світлові промені розрізняються в їх здатності показувати ту чи іншу особливого забарвлення, точно так же , як вони розрізняються за ступенем преломляемости.

... Властиві якого-небудь роду променів, вони не можуть бути змінені ні заломленням, ні будь-якої іншої причиною ... Тому ми повинні розрізняти два роду квітів: одні початкові і прості, інші ж складені з них ... У цьому причина того, чому світло звичайно має біле забарвлення; бо світло - заплутана суміш променів всіх видів і кольорів, що викидаються з різних частин світяться тіл ».

(Слайд 5)

Якщо в темній кімнаті товсту скляну пластину висвітлити пучком світла від лампи розжарювання, то придивившись, можна помітити, що в склі на кордоні з повітрям пучок білого світла розщеплюється на безліч плавно переходять одна в одну кольорових пучків. Це явище свідчить про дисперсії світлових хвиль (від лат. Disperqo - розкидаю)

Явище дисперсії світла першим почав вивчати И.Ньютон (1666 рік).

Чудово, що цей досвід пережив століття, і його методика без істотних змін використовується в фізичних лабораторіях досі. (Слайд 6)

Ньютон в темній кімнаті направив пучок сонячного світла, що пройшло через отвір у віконниці, яким закривалося вікно, на трикутну призму. На протилежній стіні Ньютон побачив яскраву кольорову смугу, що складається з безлічі різнокольорових смуг, кольори яких, змінюючись плавно переходили від червоного до помаранчевого до жовтого і до фіолетового.

Спостережувану на стіні картину Ньютон назвав - спектром (від лат. Spectrum - бачення).

Якщо уважно придивитися до проходження світла через трикутну призму, то можна побачити, що розкладання білого світла починається відразу ж, як тільки світло переходить з повітря в скло. В описаних дослідах використовувалися пластина і призма, виготовлені зі скла. Замість скла можна взяти і інші прозорі для світла матеріали. Чим більше показник заломлення матеріалу, тим яскравіше проявляється дисперсія світла.

Середовища, в яких спостерігається явище дисперсії називаються - диспергуючими.

2. Про що свідчить явище дисперсії?

Білий світ має складний склад, але це не ново. При вивченні явища дифракції було встановлено, що довжини хвиль і їх частоти різні для кожного кольору.

Явище дисперсії свідчить про те, що фазові швидкості хвиль входять до складу білого світла в склі різні.

Фазова швидкість - швидкість поширення фази хвилі.

Дійсно, безпосередньо з досвіду випливає, що для показників заломлення справедливо наступне нерівність:

nк <nор <nж <nз <nг <nс <nф ( слайд 7 )

Але показник заломлення дорівнює відношенню швидкостей світла в повітрі до фазової швидкості в склі. Тому показники заломлення колірних пучків можна виразити через їх фазові швидкості:

n = c / до; n = c / про; n = c / ж ...; n = c / ф

Підставивши знайдені значення показників заломлення в попереднє нерівність отримаємо:

с / до <с / про <с / ж <.... <с / ф або до> про> ж> ....> ф

Таким чином, з явища дисперсії випливає, що хвилі входять до складу білого світла, в речовині поширюються з різними швидкостями: з найбільшою швидкістю поширюються хвилі, які ми сприймаємо як червоне світло. І з найменшою хвилі, що сприймаються нами як фіолетовий світло.

Але сприйняття кольору залежить від довжини хвилі, а отже, і від частоти коливань. Отже, фазові швидкості поширення світлових хвиль залежать і від їх частоти.

( слайд 8 )

Дисперсією називають залежність показника заломлення світла від частоти коливань (або дині хвилі).

Отже, розподіл будь-якого випромінювання по довжинах хвиль (частотах коливань) називається спектром цього випромінювання.

Спектр (лат слово «видимий») в якому монохроматические промені безперервно слідують один за одним, називають суцільним. Прикладом суцільного спектра є спектр білого світла.

У суцільному спектрі видимого світла умовно прийнято розрізняти сім основних кольорів: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий. Різкого розмежування серед них немає.

Кожній кольоровості відповідає своя довжина і частота хвилі, такий одноколірний світло називають - монохроматическим. ( слайд 9 )

Колір Довжина хвилі, нм Ширина ділянки, нм Червоний 800-620

180

помаранчевий 620-585

35

жовтий 585-575

10

зелений 550-510

40

блакитний 510-480

30

синій 480-450

30

фіолетовий 450-390

60

Якісне уявлення про причини виникнення дисперсії.

Електромагнітна хвиля збуджує в речовині вимушені коливання електронів в атомах і молекулах. Хиткі електрони стають вторинними випромінювачами електромагнітних хвиль такої ж частоти, але зі зрушенням фази. Оскільки первинна і вторинна хвилі когерентні, вони інтерферують, і результуюча хвиля поширюється зі швидкістю, відмінною від швидкості світла у вакуумі.

Учні спостерігають розкладання і синтез білого світла за допомогою призм здійснений И.Ньютоном. ( слайд 10 )

У наступних дослідах Ньютону вдалося з'єднати кольорові промені в білий світ. Для цього припустимо промені сонячного світла крізь призму, а потім вийшли з неї колірні промені зберемо за допомогою збиральної лінзи. У місці з'єднання колірних променів, промінь став білого кольору.

У 1807 році Томас Юнг зробив настільки ж важливе відкриття, що біле світло можна отримати складанням червоного, зеленого, блакитного.

Продемонструвати можна за допомогою обертального кола, що є комбінацією основних спектральних квітів. ( слайд 11 )

Поєднання різних кольорів грає важливу роль в житті людини: одяг, меблі і т.д.

Закони поєднання кольорів: ( слайд 12 )

1. Кольори повинні бути споріднені.
2. Один колір панівний.

Завдання: Яка сорочка гармонує до блакитного костюму. (За аплікацій знаходять більш вдале рішення).

Кольори непрозорих тел. ( слайд 13 )

• Різноманіття кольорів і відтінків в навколишньому світі пояснює явище дисперсії.
• При взаємодії з різними тілами промені світла різного кольору по-різному відображаються і поглинаються цими тілами.
• Тіла, пофарбовані в білий колір, відбивають промені світла різних частот однаково добре.
• Тіла, пофарбовані в чорний колір, поглинають промені світла різних частот однаково добре.
• Непрозорі тіла забарвлюються в той колір, промені світла якого вони добре відображають.
• За допомогою дисперсії світла можна пояснити таке явище, як веселка.

Кольори прозорих тіл ( слайд 14 )

• Колір прозорого тіла визначається складом того світла, який проходить через нього.
• Якщо прозоре тіло рівномірно поглинає промені всіх кольорів, то в минаючому білому світлі воно безбарвно, а при кольоровому освітленні має колір тих променів, якими освітлено.
• При пропущенні білого світла через забарвлене скло воно пропускає той колір, в який пофарбовано.
• Ця властивість використовується в різних світлофільтрах.

висновки ( слайд 15 )

• Дисперсія світла - явище розкладання білого світла в спектр за допомогою призми. Порядок проходження квітів в спектрі не змінюється.
• Дисперсія світла відбувається через те, що показник заломлення середовища залежить від кольору світла.
• Дисперсія світла доводить, що біле світло - складний, складається з простих - монохроматичних кольорів.
• Дисперсія дозволяє пояснити кольору непрозорих тіл, тим що тіла по-різному відображають і поглинають світло різних частот.

( слайд 16,17 )

закріплення

1.Пронаблюдать освіту кольорових кіл навколо лампочки вуличного ліхтаря і пояснити дане явище, відзначити послідовність розташування кіл. (Пояснення пов'язати з показником заломлення кольорових променів зі швидкістю поширення? Кр.&gt;? Ф)

2. Чому бачимо біле - білим, чорне - чорним, червоне - червоним?

3.Пронаблюдать білий аркуш паперу через кольорове скло і пояснити чому папір приймає колір скла?

4. На зошити написано червоним олівцем «відмінно» і зеленим «добре». Є два скла червоне і зелене, через яке треба дивитися, щоб побачити оцінку «відмінно»?

5. На сірому тлі сцени знаходиться фігура в червоному. Яким світлом її треба висвітлити, щоб створити видимість зникнення?

6.Із розповіді Жуля Верна «Зелений промінь»: «Чи бачили ви коли-небудь сонце, що заходить на горизонті? - Так звісно! - ... Але чи помітили ви, як з'являється і гасне останній сонячний промінь, коли повітря звільняється від туману і стає прозорим? - Ймовірно, немає! І так, якщо випаде бачити це явище - воно буває дуже рідко, - то зверніть увагу на те, що цей останній промінь буде не червоним, а зеленим. Так, так, буде мати чудовий зелений колір, то є такий зелений, який не зможе створити жоден художник на своїй палітрі. Подібний зелений колір не вдається зустріти ніде в природі, бо його не можна знайти в рослинному світі, незважаючи на всі безліч і різноманітність і у найяскравіших морів »

Питання: Чому з'являється цей зелений промінь?

Домашнє завдання: §66, Римкевіч № 1051-1053.

22.01.2007