Дисперсія світла. Веселка Розкладіть сонячний промінь. Поставте дзеркало у воду під невеликим кутом. Зловіть дзеркалом сонячний промінь і направте його стіну

Тема. Дисперсія світла. Веселка

Мета уроку: Сформувати в учнів єдине, ціле уявлення про фізичну природу кольору на явищі дисперсії світла, розглянути умови виникнення веселки, пояснити походження кольорів оточуючих нас тіл, виховувати інтерес до фізики.

Обладнання: комп'ютер, презентація "Дисперсія світла", відео.

Хід уроку

І. Актуалізація опорних знань та перевірка Д/З.

ІІ. Пояснення нового матеріалу.

 Веселка

          З давніх часів існує повір'я: хто пройде під веселкою, той на все життя залишиться щасливим. Казка це або минуле? Чи можна пройти під райдугою стати ЩАСЛИВИМ? Розібратися в цьому допоможе одне дивовижне фізичне явище - дисперсія.

Явище дисперсії було відкрито І. Ньютоном і вважається однією з найважливіших його заслуг. "Він досліджував відмінність світлових променів і що з'являються при цьому різні властивості кольорів, чого раніше ніхто не підозрював". Близько 300 років тому Ісаак Ньютон пропустив сонячні промені через призму. Він відкрив, що білий колір - це «чудова суміш квітів».

           Змінюючи світлофільтри (колір) отримуємо кольорові зображення щілини, відхилені на різні кути. Сукупність кольорових зображень щілини на екрані і є безперервний спектр. Фіолетовий фільтр дає на екрані фіолетовий світло, відчуває найбільше відхилення, червоний - найменше. Використовуючи призму Крон, Флінт показуємо, що ширина і насиченість спектру залежить від речовини.

Ісаак Ньютон умовно виділив у спектрі сім основних кольорів:

Порядок розташування кольорів  просто запам'ятати по абревіатурі слів: кожен мисливець бажає знати, де сидить фазан.

        Учням пояснюється розходження в явищах спектрального розкладання і дисперсії.

Спектральним розкладанням називається розкладання несинусоїдної хвилі (білого світла) на синусоїдальні компоненти (монохроматичні хвилі).

        Дисперсією називається залежність швидкості світла в речовині від частоти хвилі.

За рахунок дисперсії відбувається розкладання білого світла (але це відбувається і при інтерференції, дифракції, поляризації). У речовині ж швидкість світла є функція частоти і показник заломлення.

n = c / v = f (v)

Різним кольорами відповідають хвилі різної довжини. Ніякої певної довжини хвилі білому світу не відповідає.

       У речовині швидкість поширення короткохвильового випромінювання менше ніж довгохвильового. Значить показник заломлення n для фіолетового світла більше, ніж для червоного.

Механізм дисперсії пояснюється наступним чином. Електромагнітна хвиля збуджує в речовині вимушені коливання електронів в атомах і молекулах. Хиткі електрони стають вторинними джерелами електромагнітних хвиль з такою ж частотою, але зі зрушенням фази (vвн = VТ). Оскільки первинні і вторинні хвилі когерентні, вони інтерферують, і результуюча хвиля поширюється зі швидкістю, відмінною від швидкості світла у вакуумі.

Так як дисперсія виникає внаслідок взаємодії частинок речовини зі світловою хвилею, то це явище пов'язане з поглинанням світла - перетворенням енергії електромагнітної хвилі у внутрішню енергію речовини. Максимальне поглинання енергії виникає при резонансі, коли частота v падаючого світла дорівнює v коливань атомів. Ще раз звертаємо увагу учнів на те, що при переході хвилі з одного середовища в іншу змінюються і швидкість, і довжина хвилі, а частота коливань залишається незмінною.

При цьому виникає два ефекти:

1. Різна прозорість речовини для різних ділянок спектра. (Так звичайне скло прозоро для видимого світла і погано пропускає інфрачервоні і ультрафіолетові промені). На цій властивості речовини заснована дія світлофільтрів.

2. Різна відбивна здатність речовини для різних ділянок спектра. На цьому явищі заснована явище кольору тіл. Якщо при денному освітленні тіло здається зеленого кольору, то це значить, що воно добре відображає хвилі зеленого кольору і поглинає інші. Якщо освітить тіло червоним світлом, то воно (тіло) "поглине" його і нічого відображати не буде. Отже, тіло здаватиметься чорним.

Які колірні відчуття, що сприймаються нашим оком?

Око (сітківка ока) реагує на частоту видимого електромагнітного випромінювання; нервові клітини зорового нерва посилають сигнал в кору головного мозку, де і відбувається остаточне формування сприйманого нами зорового образу, Для формування повного колірного сприйняття досить три основні кольори, решта (допоміжні) отримують при накладенні цих квітів один на одного.

     Спільно з учнями вирішуємо питання про нерозкладення  в спектрі монохроматичного світла.

      Обговорюємо питання. Що буде, якщо всі кольори зібрати воєдино?

Проводимо досвід по складанню спектральних кольорів. Геометричне зведення променів з різною довжиною хвилі на одну область екрану в даному досвіді здійснюється за допомогою лінзи. Встановимо на оптичний столик, що закриває кадрове вікно графічного проектора, штатив і закріпимо в ньому оправу для лінзи і поляроїдів. У цю оправу поставимо лінзу з фокусною відстанню F '= 12 см і діаметром D = 15-20 см. (зручно використовувати збиральну лінзу від оптичної лави). При цьому весь вийшов з призми світло повинен пройти через лінзу.

Наближаючи і видаляючи лінзу від призми, доб'ємося мінімальної забарвлення плями на екрані. Оптимальне положення лінзи відповідає тому, що відстань між призмою і лінзою приблизно дорівнює фокусній відстані лінзи. Відсутність явно вираженої забарвлення плями на екрані означає, що при зведенні разом різних складових спектра наше око знову починає сприймати їх як білий світ. Досвід дуже ефектний і не займає багато часу!

         Продовжимо вивчення світлових явищ на прикладі веселки.

Веселку «творять» водяні краплі: у небі - дождінкі, на поливається асфальті - крапельки, бризки від водяного струменя. Однак не всі знають, як саме заломлення світла на крапельках дощу призводить до виникнення на небозводі гігантської багатобарвної дуги. Яскрава веселка, яка виникає після дощів або в бризках водоспаду - це первинна веселка. Кольорові смуги сильно відрізняються по яскравості, але порядок завжди однаковий: всередині дуги завжди знаходиться фіолетова смуга, яка переходить у синю, зелену, жовту, помаранчеву і червону - з зовнішнього боку веселки. Вище першою, в небі, виникає друга менш яскрава дуга, в якій колірні смуги розташовані у зворотному порядку.

ІІІ. Узагальнення, закріплення вивченого матеріалу.

Висновки:

1. Білий колір - це суміш спектральних кольорів.

2. Розкладання білого світла в спектр - це поділ його на промені спектральних квітів, що відбувається в результаті заломлення променя в призмі.

3. Показник заломлення залежить від кольору спектральної складової білого світла. Промені, які відповідають різним квітам, при попаданні в одну і ту ж середу заломлюються під різними кутами, оскільки їх швидкості в даному середовищі різні.

4. Колір, який не можна розділити на складові частини, називається монохроматичного.

Усні питання:

1. Чому дисперсійний спектр білого світла, отриманий при його пропусканні через скляну призму, стиснутий в червоній частині і розтягнуть у фіолетовій?

2. Зелений пучок кольору переходить з повітря у воду. Чи змінюються при цьому його частота, довжина хвилі, колір?

3. Чому в кімнаті з темними шпалерами темно, а зі світлими світло?

4. На шляху білого пучка поставили червоний і зелений світлофільтри, один за іншим. Що вийде на виході?

5. На білому аркуші написано червоним олівцем «відмінно», а зеленим - «добре». Є два скла - зелене і червоне. Через якийсь скло треба дивитися, щоб побачити оцінку

ІV Домашнє завдання: Розкладіть сонячний промінь. Поставте дзеркало у воду під невеликим кутом. Зловіть дзеркалом сонячний промінь і направте його стіну. Повертайте дзеркало до тих пір, поки не побачите спектр. Вода виконує роль призми, що розкладає світло на складові його кольору. Параграф № 22.

Загадки

1  Хтось у лузі біля річки  загубив барвисті стрічки.  Дощик вгледів, підібрав,  Небеса підперезав.                 (Веселка)

2    Тільки дощик прошумів  За лужком, за лісом,  Хтось у небі рушничок  Вишитий повісив.  Хто вгадає з діточок, Що воно за рушничок? (Веселка)

3    Хтось на річкою Оріль        Із дощем розбив таріль.          Дощик вилився у річку,   По собі залишив стрічку.  Стрічка грає-виграє.   Хто вгадає, що то є? (Веселка)