17. 18. Взаимодействие света с веществом. Дисперсия и поглощение света. Нормальная и аномальная дисперсия. Закон Бугера-Ламберта.
Дисперсией света называют явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества n от частоты света ω (или длины волны λ):
Следствием дисперсии света является разложение в спектр пучка белого света при прохождении его через призму. Первое экспериментальное исследование дисперсии света в стеклянной призме было выполнено И. Ньютоном в 1672 г.
Дисперсия света называется нормальной в случае, если показатель преломления монотонно возрастает с увеличением частоты (убывает с увеличением длины волны); в противном случае дисперсия называется аномальной , рис.1.
Величина
называется дисперсией вещества и характеризует скорость изменения показателя преломления при изменении длины волны.
Нормальная дисперсия света наблюдается вдали от полос или линий поглощения света веществом, аномальная – в пределах полос или линий поглощения.
Рассмотрим дисперсию света в призме, рис.2.
Пусть монохроматический пучок света падает на прозрачную призму с преломляющим углом θ и показателем преломления n под углом α 1 . После двукратного отклонения (на левой и правой гранях призмы) луч оказывается отклоненным от первоначального направления на угол φ. Из геометрических преобразований следует, что
т.е. угол отклонения лучей призмой тем больше, чем больше преломляющий угол и показатель преломления вещества призмы. Поскольку n = f(λ), то лучи разных длин волн после прохождения призмы окажутся отклоненными на разные углы, т.е. пучок белого света, падающий на призму, за призмой разлагается в спектр, что и наблюдалось впервые Ньютоном. Значит, с помощью призмы, так же как и с помощью дифракционной решетки, разлагая свет в спектр, можно определить его спектральный состав.
Следует помнить, что составные цвета в дифракционном и призматическом спектрах располагаются различно. В дифракционном спектре синус угла отклонения пропорционален длине волны, следовательно, красные лучи, имеющие большую длину волны, чем фиолетовые, отклоняются дифракционной решеткой сильнее. В призме же для всех прозрачных веществ с нормальной дисперсией показатель преломления n с увеличением длины волны уменьшается, поэтому красные лучи отклоняются призмой слабее, чем фиолетовые.
На явлении нормальной дисперсии основано действие призменных спектрометров , широко используемых в спектральном анализе. Это объясняется тем, что изготовить призму значительно проще, чем дифракционную решетку. Призменные спектрометры имеют также большую светосилу.
Электронная теория дисперсии света. Из макроскопической электромагнитной теории Максвелла следует, что
но в оптической области спектра для всех веществ μ ≈ 1, поэтому
n
=
ε. (1)
Формула
(1) противоречит опыту, т.к. величина n,
являясь переменной n = f(λ),
равняется в то же время определенной
постоянной
ε
(постоянной в теории Максвелла). Кроме
того, полученные из этого выражения
значения n
не согласуются с экспериментальными
данными.
Для объяснения дисперсии света была предложена электронная теория Лоренца, в которой дисперсия света рассматривается как результат взаимодействия электромагнитных волн с заряженными частицами, входящими в состав вещества и совершающими вынужденные колебания в переменном электромагнитном поле волны.
Ознакомимся с этой теорией на примере однородного изотропного диэлектрика, предположив формально, что дисперсия света является следствием зависимости ε от частоты ω световых волн. Диэлектрическая проницаемость вещества равна
ε = 1 + χ = 1 + Р/(ε 0 Е),
где χ – диэлектрическая восприимчивость среды, ε 0 – электрическая постоянная, Р – мгновенное значение поляризованности (наведенный дипольный момент единицы объема диэлектрика в поле волны напряженностью Е). Тогда
n 2 = 1 + Р/(ε 0 Е), (2)
т.е. зависит от Р. Для видимого света частота ω~10 15 Гц столь велика, что существенны лишь вынужденные колебания внешних (наиболее слабо связанных) электронов атомов, молекул или ионов под действием электрической составляющей поля волны, а ориентационной поляризации молекул при такой частоте не будет. Эти электроны наз. оптическими электронами.
Для простоты рассмотрим колебания одного оптического электрона в молекуле. Наведенный дипольный момент электрона, совершающего вынужденные колебания, равен р = ех, где е – заряд электрона, х – смещение электрона из положения равновесия под действием электрического поля световой волны. Пусть n 0 – концентрация атомов в диэлектрике, тогда
Р = р n 0 = n 0 е х. (3)
Подставив (3) в (2) получим
n 2 = 1 + n 0 е х /(ε 0 Е), (4)
т.е. задача сводится к определению смещения х электрона под действием внешнего электрического поля Е = Е 0 cos ωt.
Уравнение вынужденных колебаний электрона для простейшего случая
d 2 x/dt 2 +ω 0 2 x = (F 0 /m)cos ωt = (e/ m) E 0 cos ωt, (5)
где F 0 = еE 0 –амплитудное значение силы, действующей на электрон со стороны поля волны, ω 0 = √k/m – собственная частота колебаний электрона, m – масса электрона. Решив уравнение (5), найдем ε = n 2 в зависимости от констант атома (е, m, ω 0) и частоты внешнего поля ω, т.е. решим задачу дисперсии.
Решением (5) является
Х = А cos ωt, (6)
А = еЕ 0 /m(ω 0 2 – ω 2). (7)
Подставим (6) и (7) в (4) и получим
n 2 = 1 + n 0 e 2 /ε 0 m(ω 0 2 – ω 2). (8)
Из (8) видно, что показатель преломления вещества зависит от частоты ω внешнего поля, и что в области частот от ω = 0 до ω = ω 0 значение n 2 больше 1 и возрастает с увеличением частоты ω (нормальная дисперсия ). При ω = ω 0 значение n 2 = ± ∞; в области частот от ω = ω 0 до ω = ∞ значение n 2 меньше 1 и возрастает от - ∞ до 1 (нормальная дисперсия). Перейдя от n 2 к n, получим график зависимости n = n(ω), рис.1. Область АВ – область аномальная дисперсии . Изучение аномальной дисперсии – Д.С. Рождественский.
Поглощением света – называется уменьшение энергии световой волны при ее распространении в веществе вследствие преобразования энергии волны в другие виды энергии.
С точки зрения электронной теории, взаимодействие света и вещества сводится к взаимодействию электромагнитного поля световой волны с атомами и молекулами вещества. Электроны, входящие в состав атомов, могут колебаться под действием переменного электрического поля световой волны. Часть энергии световой волны затрачивается на возбуждение колебаний электронов. Частично энергия колебаний электронов вновь переходит в энергию светового излучения, а также переходит в другие формы энергии, например, в энергию теплового излучения.
Поглощение светового излучения можно в общих чертах описать с энергетической точки зрения, не входя в детали механизма взаимодействия световых волн с атомами и молекулами поглощающего вещества.
Формальное описание поглощения света веществом было дано Бугером, который установил связь между интенсивностью света, прошедшего через конечный слой поглощающего вещества, и интенсивностью падающего на него света
I lλ = I 0λ e -K l (1)
где I 0 λ – интенсивность светового излучения с длиной волны λ, падающего на поглощающий слой; I lλ - интенсивность светового излучения, прошедшего поглощающий слой вещества толщиной l ; К λ – коэффициент поглощения, зависящий от λ, т.е. К λ = f(λ).
Если поглотителем является вещество в растворе, то поглощение света тем больше, чем больше молекул растворенного вещества свет встречает на своем пути. Поэтому коэффициент поглощения зависит от концентрации С. В случае слабых растворов, когда взаимодействием молекул растворенного вещества можно пренебречь, коэффициент поглощения пропорционален С:
К λ = c λ С (2)
где c λ – коэффициент пропорциональности, который также зависит от λ. Учитывая (2), можно закон Бугера (1) переписать в виде:
I λ = I 0λ e - c C l (3)
c λ – показатель поглощения света на единицу концентрации вещества. Если концентрация растворенного вещества выражается в [моль/литр], то c λ называют молярным коэффициентом поглощения .
Соотношение (3) носит название закона Бугера-Ламберта-Бера. Отношение величины светового потока, вышедшего из слоя I lλ , к вошедшему I 0λ носит название коэффициента оптического (или свето-) пропускания слоя Т :
Т = I lλ /I 0 λ = e - c C l (4)
или в процентах
Т = I lλ /I 0λ 100%. (5)
Поглощение слоя равно отношению
Л
огарифм
величины 1/Т называетсяоптической
плотностью слоя
D
D = lg 1/T = lg I 0 λ /I l λ = 0,43c λ Сl (6)
т.е. оптическая плотность характеризует поглощение света средой. Соотношение (6) может быть использовано как для определения концен- трации растворов, так и для характеристики спектров поглощения веществ.
Зависимость оптической плотности от длины волны D = f(λ) является спектральной характеристикой поглощения данного вещества, а кривая, выражающая эту зависимость, называется спектром поглощения. Спектры поглощения, как и спектры испускания, бывают линейчатые, полосатые и сплошные, рис. 3. Cогласно модели атома Бора кванты света испускаются и поглощаются при переходе системы (атома) из одного энергетического состояния в другое. Если при этом в оптических переходах меняется только электронная энергия системы, как это имеет место в атомах, то в спектре линия поглощения будет резкой.
Рис.3.а)линейчатый спектр поглощения, б)полосатый спектр поглощения, в) сплошной спектр поглощения.
Однако для сложных молекул, энергия которых слагается из электронной Е эл, колебательной Е кол и вращательной Е вр энергии (Е =Е эл + Е кол + Е вр) при поглощении света изменяется не только электронная энергия, но обязательно колебательная и вращательная. Причем поскольку ∆Е эл >>∆E кол >>∆Е вр, то в результате этого набор линий, соответствующих электронному переходу, в спектре поглощения растворов выглядит как полоса поглощения.
Коэффициент поглощения для диэлектриков невелик (примерно 10 -3 – 10 -5 см -1), для них наблюдаются широкие полосы поглощения, т.е. диэлектрики имеют сплошной спектр поглощения . Это связано с тем, что в диэлектриках нет свободных электронов и поглощение света обусловлено явлением резонанса вынужденных колебаниях электронов в атомах и атомов в молекулах диэлектрика.
Коэффициент поглощения для металлов имеет большие значения (примерно 10 3 - 10 5 см -1) и поэтому металлы являются непрозрачными для света. В металлах из-за наличия свободных электронов, движущихся под действием электрического поля световой волны, возникают быстропеременные токи, сопровождающиеся выделением джоулевой теплоты. Поэтому энергия световой волны быстро уменьшается, превращаясь во внутреннюю энергию металла. Чем выше проводимость металла, тем сильнее в нем поглощается свет. На рис. 1 показана типичная зависимость коэффициента поглощения света от частоты в области полосы поглощения. Видно, что внутри полосы поглощения наблюдается аномальная дисперсия. Однако поглощение света веществом должно быть значительным, чтобы повлиять на ход показателя преломления.
Зависимостью коэффициента поглощения от длины волны (частоты) объясняется окрашенность поглощающих тел. Например, стекло, слабо поглощающее красные и оранжевые лучи и сильно поглощающее зеленые и синие, при освещении белым светом будет казаться красным. Если на такое стекло направить зеленый и синий свет, то из-за сильного поглощения этих длин волн стекло будет казаться черным. Это явление используется при изготовлении светофильтров , которые в зависимости от хим. состава стекол пропускают свет только определенных длин волн, поглощая остальные.
Каждый охотник желает знать, где сидит фазан. Как мы помним, эта фраза означает последовательность цветов спектра: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Кто показал, что белый цвет это совокупность всех цветов, какое отношение имеет к этому радуга, красивые закаты и восходы солнца, блеск драгоценных камней? На все эти вопросы отвечает наш урок, тема которого: «Дисперсия света».
До второй половины XVII века не было полной ясности, что же такое цвет. Некоторые ученые говорили, что это свойство самого тела, некоторые заявляли, что это различные сочетания светлого и темного, тем самым путая понятия цвета и освещенности. Такой цветовой хаос царил до того времени, пока Исаак Ньютон не провел опыт по пропусканию света сквозь призму (рис. 1).
Рис. 1. Ход лучей в призме ()
Вспомним, что луч, проходящий через призму, терпит преломление при переходе из воздуха в стекло и потом еще одно преломление - из стекла в воздух. Траектория луча описывается законом преломления, а степень отклонения характеризуется показателем преломления. Формулы, описывающие эти явления:
Рис. 2. Опыт Ньютона ()
В темной комнате сквозь ставни проникает узкий пучок солнечного света, на его пути Ньютон разместил стеклянную трехгранную призму. Пучок света, проходя через призму, преломлялся в ней, и на экране, стоявшем за призмой, появлялась разноцветная полоса, которую Ньютон назвал спектром (от латинского «spectrum» - «видение»). Белый цвет превратился сразу во все цвета (рис. 2). Какие же выводы сделал Ньютон?
1. Свет имеет сложную структуру (говоря современным языком - белый свет содержит электромагнитные волны разных частот).
2. Свет различного цвета отличается степенью преломляемости (характеризуется разными показателями преломления в данной среде).
3. Скорость света зависит от среды.
Эти выводы Ньютон изложил в своем знаменитом трактате «Оптика». Какова же причина такого разложения света в спектр?
Как показывал опыт Ньютона, слабее всего преломлялся красный цвет, а сильнее всего - фиолетовый. Вспомним, что степень преломления световых лучей характеризует показатель преломления n. Красный цвет от фиолетового отличается частотой, у красного частота меньше, чем у фиолетового. Раз показатель преломления становится все больше при переходе от красного конца спектра к фиолетовому, можно сделать вывод: показатель преломления стекла увеличивается с возрастанием частоты света. В этом и состоит суть явления дисперсии.
Вспомним, как показатель преломления связан со скоростью света:
n ~ ν; V ~ => ν =
n - показатель преломления
С - скорость света в вакууме
V - скорость света в среде
ν - частота света
Значит, чем больше частота света, тем с меньшей скоростью свет распространяется в стекле, таким образом, наибольшую скорость внутри стеклянной призмы имеет красный цвет, а наименьшую скорость - фиолетовый.
Различие скоростей света для разных цветов осуществляется только при наличии среды, естественно, в вакууме любой луч света любого цвета распространяется с одной и той же скоростью м/с. Таким образом мы выяснили, что причиной разложения белого цвета в спектр является явление дисперсии.
Дисперсия - зависимость скорости распространения света в среде от его частоты.
Открытое и исследованное Ньютоном явление дисперсии ждало своего объяснения более 200 лет, лишь в XIX веке голландским ученым Лоренсом была предложена классическая теория дисперсии.
Причина этого явления - во взаимодействии внешнего электромагнитного излучения, то есть света со средой: чем больше частота этого излучения, тем сильнее взаимодействие, а значит, тем сильнее будет отклоняться луч.
Дисперсия, о которой мы говорили, называется нормальной, то есть показатель частоты растет, если частота электромагнитного излучения растет.
В некоторых редко встречающихся средах возможна аномальная дисперсия, то есть показатель преломления среды растет, если частота падает.
Мы увидели, что каждому цвету соответствует определенная длина волны и частота. Волна, соответствующая одному и тому же цвету, в разных средах имеет одну и ту же частоту, но разные длины волн. Чаще всего, говоря о длине волны, соответствующей определенному цвету, имеют в виду длину волны в вакууме или воздухе. Свет, соответствующий каждому цвету, является монохроматическим. «Моно» - один, «хромос» - цвет.
Рис. 3. Расположение цветов в спектре по длинам волн в воздухе ()
Самый длинноволновый - это красный цвет (длина волны - от 620 до 760 нм), самый коротковолновый - фиолетовый (от 380 до 450 нм) и соответствующие частоты (рис. 3). Как видите, белого цвета в таблице нет, белый цвет - это совокупность всех цветов, этому цвету не соответствует какая-то строго определенная длина волны.
Чем же объясняются цвета тел, которые нас окружают? Объясняются они способностью тела отражать, то есть рассеивать падающее на него излучение. Например, на какое-то тело падает белый цвет, который является совокупностью всех цветов, но это тело лучше всего отражает красный цвет, а остальные цвета поглощает, то оно нам будет казаться именно красного цвета. Тело, которое лучше всего отражает синий цвет, будет казаться синего цвета и так далее. Если же тело отражает все цвета, оно в итоге будет казаться белым.
Именно дисперсией света, то есть зависимостью показателя преломления от частоты волны, объясняется прекрасное явление природы - радуга (рис. 4).
Рис. 4. Явление радуги ()
Радуга возникает из-за того, что солнечный свет преломляется и отражается капельками воды, дождя или тумана, парящими в атмосфере. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате белый цвет разлагается в спектр, то есть происходит дисперсия, наблюдатель, который стоит спиной к источнику света, видит разноцветное свечение, которое исходит из пространства по концентрическим дугам.
Также дисперсией объясняется и замечательная игра цвета на гранях драгоценных камней.
1. Явление дисперсии - это разложение света в спектр, обусловленное зависимостью показателя преломления от частоты электромагнитного излучения, то есть частоты света. 2. Цвет тела определяется способностью тела отражать или рассеивать ту или иную частоту электромагнитного излучения.
Список литературы
- Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) - М.: Мнемозина, 2012.
- Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. - М.: Мнемозина, 2014.
- Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика - 9, Москва, Просвещение, 1990.
- Какие выводы сделал Ньютон после опыта с призмой?
- Дать определение дисперсии.
- Чем определяется цвет тела?
- Интернет-портал B -i-o-n.ru ().
- Интернет-портал Sfiz.ru ().
- Интернет-портал Femto.com.ua ().
) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимостью фазовой скорости света в веществе от частоты (или длины волны). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года , хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.
Пространственной дисперсией называется зависимость тензора диэлектрической проницаемости среды от волнового вектора . Такая зависимость вызывает ряд явлений, называемых эффектами пространственной поляризации.
Энциклопедичный YouTube
1 / 3
Дисперсия и спектр света
Дисперсия света и Цвет тел
Дисперсия света. Цвета тел.
Субтитры
Свойства и проявления
Один из самых наглядных примеров дисперсии - разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является различие фазовых скоростей распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе - оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно, чем меньше длина световой волны, тем больше показатель преломления среды для неё и тем меньше фазовая скорость волны в среде:
- у света красного цвета фазовая скорость распространения в среде максимальна, а степень преломления - минимальна,
- у света фиолетового цвета фазовая скорость распространения в среде минимальна, а степень преломления - максимальна.
Однако в некоторых веществах (например в парах иода) наблюдается эффект аномальной дисперсии , при котором синие лучи преломляются меньше, чем красные, а другие лучи поглощаются веществом и от наблюдения ускользают. Говоря строже, аномальная дисперсия широко распространена, например, она наблюдается практически у всех газов на частотах вблизи линий поглощения, однако у паров иода она достаточно удобна для наблюдения в оптическом диапазоне, где они очень сильно поглощают свет.
Дисперсия света позволила впервые вполне убедительно показать составную природу белого света.
Огюстен Коши предложил эмпирическую формулу для аппроксимации зависимости показателя преломления среды от длины волны:
n = a + b / λ 2 + c / λ 4 {\displaystyle n=a+b/\lambda ^{2}+c/\lambda ^{4}} ,где λ {\displaystyle \lambda } - длина волны в вакууме; a , b , c - постоянные, значения которых для каждого материала должны быть определены в опыте. В большинстве случаев можно ограничиться двумя первыми членами формулы Коши. Впоследствии были предложены другие более точные, но и одновременно более сложные, формулы аппроксимации.
Задачи урока:
- Образовательные
:
- ввести понятия спектр, дисперсия света;
- ознакомить учащихся с историей открытия данного явления.
- наглядно продемонстрировать процесс разложение узкого светового луча на составляющие различных цветовых оттенков.
- выявить различия этих элементов луча света.
- продолжить формирование научного мировоззрения учащихся.
- Развивающие
:
- развитие внимания, образного и логического мышления, памяти при изучении данной темы.
- стимулирование познавательной мотивации учащихся.
- развитие критического мышления.
- Воспитательные
:
- воспитание интереса к предмету;
- воспитание чувства прекрасного, красоты окружающего мира.
Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.
Методы обучения: беседа, рассказ, объяснение, эксперимент. (Информационно-развивающий)
Требования к базовому уровню подготовки: уметь описывать и объяснять явление дисперсии.
Оборудование и материалы: компьютер, цветные карточки, плоскопараллельные пластины
План урока:
Этапы урока |
Время, мин |
Приемы и методы |
|
| 1. | Цветопись | 5 мин.(перед уроком, на перемене) | Выбор цветной карточки, соответствующий настроению, каждым учащимся перед уроком на перемене. |
| 2. | Мотивация | 2 мин. | Рассказ учителя |
| 3. | Оргмомент | 3 мин. | Чтение стиха учеником |
| 4. | Изучение нового материала | 19 мин. | Рассказ учителя. Демонстрация опытов. Беседа по вопросам. Записи в тетрадях. |
| 5. | Закрепление Синквейн |
12 мин. | Консультация учителя. Наблюдение. Ответы
учащихся. Составление синквейна |
| 6. | Подведение итогов. Цветопись |
3 мин. | Обобщение изученного материала. Выбор цветной карточки, соответствующий настроению, каждым учащимся в конце урока |
| 7. | Домашнее задание | 1 мин. | Запись на доске. Комментарий учителя. |
Перед началом урока, на перемене провести диагностику «Цветопись класса». Каждый ученик, заходя в класс, выбирает карточку с определенным цветом, соответствующий его настроению, составляется диаграмма «Цветопись класса» в начале урока.
- Желтый цвет – хорошее
- Оранжевый – очень хорошее
- Красный – радостное
- Зеленый – спокойное
- Синий – грустное
- Коричневый – тревожное
- Черный – плохое
- Белый – безразличное
Эпиграф к уроку:
Природу нельзя застигнуть неряшливой и полураздетой, она всегда прекрасна.
Р. Эмерсон (американский философ XIX в.)
ХОД УРОКА
1. Мотивация
Солнечный свет всегда был и остается для человека символом радости, вечной юности, всего хорошего, лучшего, что может быть в жизни:
«Пусть всегда будет Солнце.
Пусть всегда будет небо…», –
Такие слова есть в известной песне автор слов –
Лев Ошанин.
Даже физик. Привыкший иметь дело с фактами, с
точной регистрацией явлений, подчас испытывает
чувство неловкости, говоря, что свет – это
электромагнитные волны определенной длины волны
и ничего больше.
Длина световой волны очень мала. Представьте
себе среднюю морскую волну, которая увеличилась
бы настолько, что заняла одна весь Атлантический
океан – от Америки до Лиссабона в Европе. Длина
световой волны притом же увеличении лишь
ненамного превысила бы ширину страницы книги.
Вопрос
:
– Откуда берутся эти электромагнитные волны?
Ответ
:
– Источник их – Солнце.
Вместе с видимым излучением Солнце посылает нам
тепловое излучение, инфракрасное и
ультрафиолетовое. Высокая температура солнца –
главная причина рождения этих электромагнитных
волн.
2. Оргмомент
Формулировка темы и целей урока.
Тема нашего урока – «Дисперсия света». Сегодня нам необходимо:
- Ввести понятие «спектр», «дисперсия света»;
- Выявить особенности данного явления – дисперсии света;
- Познакомиться с историей открытия данного явления.
Активизация мыслительной деятельности :
Ученик читает стихотворение
Аромат Солнца
Запах Солнца? Что за вздор!
Нет, не вздор.
В солнце звуки и мечты,
Ароматы и цветы,
Все слились в согласный хор,
Все сплелись в один узор.
Солнце пахнет травами,
Свежими купавами,
Пробужденною весной
И смолистою сосной,
Нежно-светлотканными
Ландышами пьяными,
Что победно расцвели
В остром запахе земли.
Солнце светит звонами,
Листьями зелеными,
Дышит внешним пеньем птиц,
Дышит смехом юных лиц.
Так и молви всем слепцам:
Будет вам!
Не узреть вам райских врат,
Есть у солнца аромат,
Сладко внятный только нам,
Зримый птицам и цветам!
А. Бальмонт
3. Изучение нового материала
Немного истории
Говоря об этих представлениях, следует начать с теории цветов Аристотеля (IV в. до н. э.). Аристотель утверждал, что различие в цвете определяется различием в количестве темноты, «примешиваемой» к солнечному (белому) свету. Фиолетовый цвет, по Аристотелю, возникает при наибольшем добавлении темноты к свету, а красный – при наименьшем. Таким образом, цвета радуги – это сложные цвета, а основным является белый свет. Интересно, что появление стеклянных призм и первые опыты по наблюдению разложения света призмами не породили сомнений в правильности Аристотелевой теории возникновения цветов. И Хариот, и Марци оставались последователями этой теории. Этому не следует удивляться, так как на первый взгляд разложение света призмой на различные цвета, казалось бы, подтверждало представления о возникновении цвета в результате смешения света и темноты. Радужная полоска возникает как раз на переходе от теневой полосы к освещенной, т. е. на границе темноты и белого света. Из того факта, что фиолетовый луч проходит внутри призмы наибольший путь по сравнению с другими цветными лучами, немудрено сделать вывод, что фиолетовый цвет возникает при наибольшей утрате белым светом своей «белизны» при прохождении через призму. Иначе говоря, на наибольшем пути происходит и наибольшее промешивание темноты к белому свету. Ложность подобных выводов нетрудно было доказать, поставив соответствующие опыты с теми же призмами. Однако до Ньютона никто этого не сделал.
Солнечный свет имеет много тайн. Одна из них – явление дисперсии . Первым его обнаружил великий английский физик Исаак Ньютон в 1666 году , занимаясь усовершенствованием телескопа.
Дисперсия света (разложение света) – это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты).
Экспериментально дисперсия света была открыта
И. Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически
достаточно хорошо объяснена значительно
позднее.
Один из самых наглядных примеров дисперсии –
разложение белого света при прохождении его
через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления
дисперсии является неодинаковая скорость
распространения лучей света c различной длиной
волны в прозрачном веществе – оптической
среде (тогда как в вакууме скорость света всегда
одинакова, независимо от длины волны и
следовательно цвета). Обычно чем больше частота
волны, тем больше показатель преломления среды и
меньше ее скорость света в ней:
- у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления,
- у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.
Дисперсия света позволила впервые вполне убедительно показать составную природу белого света.
Белый свет разлагается на спектр и в результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции).
Дифракционный и призматический спектры несколько отличаются: призматический спектр сжат в красной части и растянут в фиолетовой, и располагается в порядке убывания длины волны: от красного к фиолетовому; нормальный (дифракционный) спектр – равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному.
Зная, что белый свет имеет сложную структуру, можно объяснить удивительное многообразие красок в природе. Если предмет, например лист бумаги, отражает все падающие на него лучи различных цветов, то он будет казаться белым. Покрывая бумагу слоем красной краски, мы не создаем при этом света нового цвета, но задерживаем на листе некоторую часть имеющегося. Отражаться теперь будут только красные лучи, остальные же поглотятся слоем краски. Трава и листья деревьев кажутся нам зелеными потому, что из всех падающих на них солнечных лучей они отражают лишь зеленые, поглощая остальные. Если посмотреть на траву через красное стекло, пропускающее лишь красные лучи, то она будет казаться почти черной.
Явление дисперсии, открытое Ньютоном, – первый шаг к пониманию природы цвета. Глубина понимания дисперсии пришла после того, как была выяснена зависимость цвета от частоты (или длины) световой волны.
Томас Юнг (1773-1829 г.г.) в 1802 году первым измерил длины волн разных цветов.
После открытия дисперсии света основной величиной, определяющей цвет света, стала длина волны. Главный цветоприемник – сетчатка глаза.
Цвет – есть ощущение, которое возникает в сетчатой оболочке глаза при её возбуждении световой волной определенной длины. Зная длину волны испущенного света и условия его распространения, можно наперед с высокой степенью точности сказать, какой цвет увидит глаз.
Может быть так, что сетчатка глаза плохо воспринимает один из основных цветов или совсем на него не реагирует, тогда у этого человека нарушается цветоощущение. Такой недостаток зрения назван дальтонизмом.
Хорошее цветоощущение очень важно для ряда профессий: моряков, летчиков, железнодорожников, хирургов, художников. Созданы специальные приборы – аномалоскопы для исследования нарушений цветового зрения.
Дисперсией объясняется факт появления радуги
после дождя (точнее тот факт, что радуга
разноцветная, а не белая).
Первая попытка объяснить радугу
как
естественное явление природы была сделана в 1611
году архиепископом Антонио Доминисом.
1637 год – научное объяснение радуги впервые дал Рене Декарт. Он объяснил радугу на основании законов преломления и отражения солнечного света в каплях дождя. Явление дисперсии еще не было открыто, – поэтому радуга Декарта оказалась белой.
Спустя 30 лет Исаак Ньютон дополнил теорию Декарта, объяснил, как преломляются цветные лучи в каплях дождя.
«Декарт повесил радугу в нужном месте на небосводе, а Ньютон расцветил её всеми красками спектра»
Американский ученый А. Фразер
Радуга – это оптическое явление, связанное с преломлением световых лучей на многочисленных капельках дождя. Однако далеко не все знают, как именно преломление света на капельках дождя приводит к возникновению на небосводе гигантской многоцветной дуги. Поэтому полезно подробнее остановиться на физическом объяснении этого эффектного оптического явления.
Радуга глазами внимательного наблюдателя. Прежде всего, радуга может наблюдаться только в стороне, противоположной Солнцу. Если встать лицом к радуге, то Солнце окажется сзади. Радуга возникает, когда Солнце освещает завесу дождя. По мере того как дождь стихает, а затем прекращается, радуга блекнет и постепенно исчезает. Наблюдаемые в радуге цвета чередуются в такой же последовательности, как и в спектре, получаемом при пропускании пучка солнечных лучей через призму. При этом внутренняя (обращенная к поверхности Земли) крайняя область радуги окрашена в фиолетовый цвет, а внешняя крайняя область – в красный. Нередко над основной радугой возникает еще одна (вторичная) радуга – более широкая и размытая. Цвета во вторичной радуге чередуются в обратном порядке: от красного (крайняя внутренняя область дуги) до фиолетового (крайняя внешняя область).
Для наблюдателя, находящегося на относительно ровной земной поверхности, радуга появляется при условии, что угловая высота Солнца над горизонтом не превышает примерно 42°. Чем ниже Солнце, тем больше угловая высота вершины радуги и тем, следовательно, больше наблюдаемый участок радуги. Вторичная радуга может наблюдаться, если высота Солнца над горизонтом не превышает примерно 52.
Радуга может рассматриваться как гигантское колесо, которое как на ось, надето на воображаемую прямую линию, проходящую через Солнце и наблюдателя.
Дисперсия является причиной хроматических аберраций – одних из аберраций оптических систем, в том числе фотографических и видео-объективов.
Дисперсия света в природе и искусстве
- Из-за дисперсии можно наблюдать разные цвета света.
- Радуга, чьи цвета обусловлены дисперсией, – один из ключевых образов культуры и искусства.
- Благодаря дисперсии света, можно наблюдать цветную «игру света» на гранях бриллианта и других прозрачных гранёных предметов или материалов.
- В той или иной степени радужные эффекты обнаруживаются достаточно часто при прохождении света через почти любые прозрачные предметы. В искусстве они могут специально усиливаться, подчеркиваться.
- Разложение света в спектр (вследствие дисперсии) при преломлении в призме – довольно распространенная тема в изобразительном искусстве. Например, на обложке альбома Dark Side Of The Moon группы Pink Floyd изображено преломление света в призме с разложением в спектр.
Открытие дисперсии стало в истории науки весьма значительным. На надгробии ученого есть надпись с такими словами: «Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, дворянин, который… первый с факелом математики объяснил движения планет, пути комет и приливы океанов.
Он исследовал различие световых лучей и проявляющиеся при этом различные свойства цветов, чего ранее никто не подозревал. …Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого».
4. Закрепление
- Ответить на вопросы по изученной теме.
- Рубрика «Подумайте…»
- Вопрос: почему радуга круглая?
- Составление «Синквейна» по теме «Дисперсия»
5. Подведение итогов урока
В конце урока провести опять диагностику «Цветопись класса». Выяснить какое стало настроение в конце урока, на основе чего составляется диаграмма «Цветопись класса» и сравнивается результат, какое настроение было у учеников в начале урока и в конце.
6. Домашнее задание: §66
Литература:
- Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика: Учебник для 11 класса средней школы. – М.: Просвещение, 2006.
- Рымкевич А.П. Сборник задач по физике для 9-11 классов средней школы. – М.: Просвещение, 2006.
- Хрестоматия по физике: Учебное пособие для учащихся 8-10 классов средней школы / Под ред. Б.И. Спасского. – М.: Просвещение, 1987.
- Журнал «Физика в школе» № 1/1998 г.
Окружающий мир наполнен миллионами разнообразных оттенков. Благодаря свойствам света каждый предмет и объект вокруг нас имеет определенный цвет, воспринимаемый человеческим зрением. Изучение световых волн и их характеристик позволило людям глубже взглянуть на природу света и явления, связанные с ним. Сегодня поговорим о дисперсии.
Природа света
С физической точки зрения свет представляет собой сочетание электромагнитных волн с разными значениями длины и частоты. Глаз человека воспринимает не любой свет, а только лишь тот, длина волн которого колеблется от 380 до 760 нм. Остальные разновидности остаются для нас невидимыми. К ним, например, относятся инфракрасное и ультрафиолетовое излучения. Знаменитый ученый Исаак Ньютон представлял свет как направленный поток самых мелких частиц. И лишь позже было доказано, что он по своей природе является волной. Однако Ньютон все же был отчасти прав. Дело в том, что свет обладает не только волновыми, но и корпускулярными...
0 0
Разложение света в спектр вследствие дисперсии при прохождении через призму (опыт Ньютона). У этого термина существуют и другие значения, см. Дисперсия.
Диспе рсия све та (разложение света) - это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.
Один из самых наглядных примеров дисперсии - разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе - оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления...
0 0
Опыты Ньютона
Первые опыты с дисперсионным разложением света проделал Ньютон. Он направил обычный луч солнечного света на призму и получил то, что многие сегодня видят ежедневно – призма разложила световой пучок на множество разноцветных цветов - от красного до фиолетового. После серии других опытов с линзами и призмой Ньютон сделал вывод, что призма не изменяет солнечного света, а лишь разлагает его на составляющие. Но как же это получается?
Дело в том, что свет имеет определенную скорость. Как показал опыт, световой пучок состоит из множества цветов, вот их-то скорость как раз и различна. То есть каждый цвет спектра имеет свою скорость движения и свою длину волны. Различной оказалась также степень преломления цветовых лучей. Вспомните, как выглядит...
0 0
Глава 1. Световые волны - Урок 5. Дисперсия света
Вернуться к оглавлению
Урок 5. ДИСПЕРСИЯ СВЕТА
Показатель преломления не зависит от угла падения светового пучка, но он зависит от его цвета. Это было открыто Ньютоном.
Занимаясь усовершенствованием телескопов. Ньютон обратил внимание на то. что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено. Он заинтересовался этим и первый «исследовал разнообразие световых лучей и проистекающие отсюда особенности цветов, каких до того никто даже не подозревал» (слова из надписи на надгробном памятнике Ньютону). Радужную окраску изображения, даваемого линзой, наблюдали, конечно, и до него. Было замечено также, что радужные края имеют предметы, рассматриваемые через призму. Пучок световых лучей, прошедший через призму, окрашивается по краям.
Основной опыт Ньютона был гениально прост. Ньютон догадался направить на призму световой пучок малого поперечного сечения. Пучок солнечного света проходил в затемненную...
0 0
Гимназия № 26 ДИСПЕРСИЯ СВЕТА Выполнил: ученик 11 В класса Шелепов Дмитрий Руководитель: Пылкова Л.В. Томск-2011 В 17 веке начинает развиваться представление о волновой природе света. Первое открытие, свидетельствующее о волновой природе света, было сделано итальянским учёным Франческо Гримальди. Он заметил, что если на пути очень узкого пучка света поставить предмет, то на экране не получается резкой тени. Края тени размыты, кроме того, вдоль тени появляются цветные полосы. Открытое явление Гримальди назвал дифракцией, но объяснить правильно не сумел. Он понимал, что наблюдаемое им явление находится в противоречии с корпускулярной теорией света, однако не решился полностью отказаться от этой теории. Правильное объяснение открытого явления связано с теорией цветного зрения, основы которой были заложены замечательным английским учёным Исааком Ньютоном. Дисперсия света (разложение света) - это явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества от длины волны света...
0 0
Диспе рсия све та (разложение света) - это явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества от длины волны света (частотная дисперсия) , а также, от координаты (пространственная дисперсия) , или, что то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты) . Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.
Один из самых наглядных примеров дисперсии - разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона) . Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе - оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета) . Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней:
у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления,...
0 0
Урок физики "Дисперсия света"
Разделы: Физика
Задачи урока:
Образовательные: ввести понятия спектр, дисперсия света; ознакомить учащихся с историей открытия данного явления. наглядно продемонстрировать процесс разложение узкого светового луча на составляющие различных цветовых оттенков. выявить различия этих элементов луча света. продолжить формирование научного мировоззрения учащихся. Развивающие: развитие внимания, образного и логического мышления, памяти при изучении данной темы. стимулирование познавательной мотивации учащихся. развитие критического мышления. Воспитательные: воспитание интереса к предмету; воспитание чувства прекрасного, красоты окружающего мира.
Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.
Методы обучения: беседа, рассказ, объяснение, эксперимент. (Информационно-развивающий)
Требования к...
0 0
Министерство науки и образования Украины
Украинская инженерно-педагогическая академия
Доклад на тему:
Дисперсия света
Выполнил студент гр. ДРЭ-С5-1
Фесенко А.В.
Харьков 2006
Явление дисперсии
Дисперсия света. В яркий солнечный день закроем окно в комнате плотной шторой, в ко торой сделаем маленькое отверстие. Через это отвер стие будет проникать в комнату узкий солнечный луч, образующий на противоположной стене светлое пятно. Если на пути луча поставить
стеклянную призму, то пятно на стене превратится в разноцветную по лоску, в которой будут представлены все цвета ра дуги-от фиолетового до красного (рис. 1,ф– фиолетовый, С - синий, Г - голубой, 3 - зеленый, Ж -желтый, О -оранжевый, К - красный).
Дисперсия света – зависимость показателя преломления n вещества от частоты f (длины волны) света или зависимость...
0 0
Слайд 1
Слово “дисперсия” происходит от латинского слова dispersio , что в буквальном переводе означает “рассеяние, развеивание ”. Дисперсия света Работу выполнила ученица 11 «Э» класса Адельшина Ильвира
Слайд 2
История открытия Определение Опыт Ньютона Особенность прохождения светового пучка через призму Основные свойства Следствия Условия возникновения радуги Вопросы Выводы Содержание
Слайд 3
Световой поток при прохождении через призму разлагается на цветовой спектр, который Исаак Ньютон достаточно детально изучил в свое время. Результатом его исследований стало открытие явления дисперсии в 1672 году. Первые шаги на пути к открытию дисперсии
Слайд 4
Около 300 лет назад Исаак Ньютон пропустил солнечные лучи через призму. Недаром на его надгробном памятнике, поставленном в 1731 году и украшенном фигурами юношей, которые держат в руках эмблемы его главнейших открытий, одна фигура держит призму, а в надписи на памятнике есть слова: «Он...
0 0
10
Изучение дисперсии света в 11-м классе
Тишкова Светлана Анатольевна, учитель физикиСтатья отнесена к разделу: Преподавание физики
Этот урок проводится в конце изучения темы “волновые свойства света” в классах физико-математического профиля.
А. Учащиеся должны усвоить:
Пучок белого света, при прохождении через вещество, имеющее преломляющий угол, разлагается на пучки различной цветности. Это явление называется дисперсией света.
При падении на границу раздела двух сред световые пучки разной цветности преломляются по-разному: красные - меньше, а фиолетовые - больше.
Объективная характеристика цветности – частота электромагнитной волны.
Б. Учащиеся должны научиться:
Создавать понятие “дисперсия света”.
Распознавать дисперсию света среди других явлений.
Воспроизводить дисперсию света в конкретной ситуации.
0 0
11
Дисперсия света рассматривается как результат взаимодействия электромагнитных волн с заряженными частицами, входящими в состав веществ. Частицы вещества совершают вынужденные колебания в переменном электромагнитном поле волны.
Дисперсия света – зависимость абсолютного показателя преломления вещества n от частоты...
0 0
12
Наблюдение явления дисперсии света лабораторная
В физике дисперсией света называется зависимость показателя преломления вещества от длины световой волны. Наиболее наглядно демонстрирует явление дисперсии света его разложение под действием какой-либо призмы.
1.3. Первые опыты с призмами. Представления о при чинах возникновения цветов до Ньютона.
1.4. Опыты Ньютона с призмами. Ньютоновская теория возникновения цветов
1.5. Открытие аномальной дисперсии света. Опыты Кундта
Глава II . Дисперсия в природе
2.1. Радуга
Глава III . Экспериментальная установка для наблюдения смешения цветов
3.1. Описание установки
3.2. Устройство экспериментальной установки
Заключение
Литература
Введение.
Дисперсия света. Мы всегда сталкиваемся с этим явлением в жизни, но не всегда замечаем этого. Но если быть внимательным, то явление дисперсии всегда нас окружает. Одно из таких явлений это обычная радуга. Наверное, нет человека, который не...
0 0
13
МАОУ «Средняя школа №28 имени Г. Ф. Кирдищева»
Петропавловск-Камчатского городского округа
Дисперсия света и цвета тел
Конспект урока физики в 11 классе
Урок изучения нового материала, закрепления и контроля
Учитель физики МАОУ «Средняя школа №28 имени Г. Ф. Кирдищева» Юрьева О. Л.
Сергей ЕСЕНИН
Не жалею, не зову, не плачу,
Все пройдет, как с белых яблонь дым.
Увяданья золотом охваченный,
Я не буду больше молодым.
Ты теперь не так уж будешь биться,
Сердце, тронутое холодком,
И страна березового ситца
Не заманит шляться босиком.
Дух бродяжий! ты все реже, реже
Расшевеливаешь пламень уст
О, моя утраченная свежесть,
Буйство глаз и половодье чувств!
Я теперь скупее стал в желаньях,
Жизнь моя, иль ты приснилась мне?
Словно я весенней гулкой ранью
Проскакал на розовом коне.
Все мы, все мы в этом мире тленны,
Тихо льется...
0 0
14
Какие волны называются когерентными?
волны, имеющие одинаковую частоту
волны, имеющие одинаковую амплитуду
волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз
Поляризация света доказывает, что свет –
поток нейтральных частиц
поперечная волна
продольная волн
Что называется дифракцией света?
разложение белого света в спектр при помощи стеклянной призмы
усиление или ослабление света при наложении двух когерентных волн
огибание светом препятствий
Цвета спектра (красный – к, оранжевый – о, синий – с, желтый – ж, голубой – г, зеленый – з, фиолетовый – ф) в порядке убыли длины волны правильно указаны в ответе:
1.ф, с, г, з, ж, о, к
к, о, ж, з, г, с, ф
ф, г, з, с, ж, о, к
Радужная окраска тонких пленок нефтепродуктов в лужах вызвана явлением
дифракции
дисперсии
интерференции
Просветление линз объясняется за счет...
0 0
15
Реферат: Тема урока: «Свет это поток частиц»
Учитель Пылкова Л.В., МОУ гимназия № 26
Тема урока: «Свет это поток частиц»
Тип урока: Модифицированные дебаты
Организация «модифицированных» дебатов допускает некоторые изменения правил, можно увеличить или уменьшить количество игроков в командах; допустимы вопросы аудитории, организуются группы поддержки, к которым команды могут обращаться во время игры, группа экспертов осуществляет функции судейства, вырабатывает компромиссное решение, когда это необходимо для реализации учебных целей. Основными этапами организации учебного процесса на основе использования методики дебатов являются: ориентация (выбор темы); подготовка к проведению; проведение дебатов; обсуждение игры.
^ Цели урока:
Обобщение и систематизация знаний