Урок "Дисперсія світла"

Дата: 26.02.2019                                                                                                      Клас: 11- А

Урок № 69

Тема: Дисперсія світла. Проходження світла крізь призму. Неперервний спектр світла.

Мета: Навчальна: ознайомити учнів з явищем дисперсії, з’ясувати фізичну сутність цього явища; з’ясувати, що показник заломлення залежить від швидкості світла в речовині і це явище являється причиною дисперсії; показати єдність матеріального світу, роль спостережень і експерименту в пізнанні;

Розвиваюча: розвивати пізнавальну активність, логічне мислення, уміння бачити прояви вивчених закономірностей в оточуючому житті, комунікативні здібності учнів;

Виховна: виховання цілеспрямованості в досяганні поставленої мети, відповідальне відношення до праці.

Обладнання: різнокольорове скло, призма для заломлення світла, поляроїди, прилад для демонстрації поляризації світла при падінні на воду, спектроскоп; електронна презентація «Дисперсія та поляризація світла» .

Тип уроку: Комбінований.

 

Хід уроку

І. Організаційний етап

 

II. Актуалізація опорних знань та вмінь.

1. Біля дошки 2 учня працюють по карточках.

Картка № 1. Накреслити хід променя в трикутній призмі.

Картка № 2. Якщо для кута падіння світлового променю в 45° з вакууму в скипидар кут заломлення дорівнює 30°, то чому дорівнює швидкість розповсюдження світла в скипидарі?

2. 4 учня отримують тести.

1. Швидкість поширення світла…

А) 3·10⁸ км/с             Б) 3·10⁸ м/с       В) 3·10⁵ м/с

2. Виберіть правильне твердження

А) світлові хвилі поширюються тільки у вакуумі

Б) при переході світлових хвиль з повітря у воду змінюється їхня частота

В) для поширення  світлових хвиль обов’язково потрібне пружне середовище

Г) При переході світлових хвиль з повітря в скло змінюється довжина хвилі

3. Монохроматична хвиля – це…

А) сонячне світло    

Б) хвиля, яка поширюється з однаковою частотою (довжиною) хвиль  

В) хвиля певної частоти або довжини хвилі

4. Частота поширення хвилі  - це…

А) кількість коливань здійснених системою за 1 с

Б) кількість коливань, здійснених системою за 1 хв

В) кількість коливань, здійснених системою за 1 год

5. Яка довжина хвилі, якщо її частота 4 Гц, а швидкість її поширення дорівнює 16 м/с?

А) 64 м     Б) 16 м                 В) 4 м        

 

6. Продовжити речення. Падаючий промінь, заломлений промінь і перпендикуляр, поставлений у точку падіння точки…

А) лежать в одній площині                      

Б) лежать у двох площинах                      

В) лежать у безліч площинах

7. Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення світлової хвилі – величина ...

А)  яка дорівнює 1

Б)  стала для двох середовищ

В)  яка залежить від роду речовини і сталого значення не має.

8. Абсолютний показник заломлення визначається за формулою…

А) n =                     Б)   n =            В)  n =

9. Світловий промінь, що переходить із одного середовища в інше. Виберіть правильне твердження. 

А) Кут падіння променя менший, ніж кут заломлення

Б) Промінь проходить із першого середовища у друге без заломлення

В) Коли промінь переходить із першого середовища у друге, він заломлюється

Г) Оптична густина першого середовища більша, ніж оптична густина другого середовища

 

3. Фронтальне опитування.

1. Як поширюється світло в однорідному прозорому середовищі?
2. Чи завжди світло поширюється прямолінійно? В яких випадках ні?
3. Сформулювати закон заломлення світла.
4. Пояснити значення виразу «Оптично густе середовище».
5. Який фізичний зміст показника заломлення середовища?
6. Який  зв'язок частоти світла з швидкістю його поширення?
7. Який зв'язок показника заломлення середовища з швидкістю світла?

 

ІІІ. Оголошення теми. Формування мети й завдання уроку.

До 1666 року вважалося, що колір – це властивість самого тіла. З давніх часів спостерігався поділ кольорів веселки, і було відомо, що утворення веселки пов’язане з освітленістю дощових крапель. Існує повір’я: хто пройде під веселкою, той на все життя залишиться щасливим. Казка чи бувальщина? Чи можна пройти під веселкою і стати щасливим? Розібратися в цьому допоможе одне цікаве фізичне явище, завдяки якому можна бачити оточуючий світ кольоровим? Чому ми можемо бачити красивими квіти, дивовижні фарби картин художників? Чому світ дарує нам цілу гаму різних по красі і неповторності пейзажів? Давайте спробуємо сформулювати тему нашого уроку.

Розгадаємо кросворд

1. Себе я в ньому бачу. (Дзеркало)

2. Розділ фізики, що вивчає світлові явища. (Оптика)

3. Природне джерело світла. (Сщнце)

4. Частина простору, у яку частково потрапляє світло. (Півтінь)

5. Кут відбивання променя. (Бета)

6. Лінія, уздовж якої поширюється світло. (

7. Різнокольорова дуга на небі. (Веселка)

8. Частина простору, у яку не потрапляє світло. (Тінь)

9. Зображення, що його дає плоске дзеркало. (Уявне)

 

Тему уроку прочитаємо у виділеному рядку кросворду. (Дисперсія)

Отже, тема нашого уроку : Дисперсія світла. Проходження світла крізь призму. Неперервний спектр світла.

Отже, метою нашого уроку є: дати поняття про дисперсію світла і пояснити її; з'ясувати причини появи веселки та інших оптичних явищ в природі.

 

ІV. Вивчення нового матеріалу.

Дослід. У вас на столах знаходяться плоско-паралельні скляні пластинки зі скошеними гранями. Подивіться крізь скошені грані на світло. Що ви бачите?

В 1666 році Ньютон провів ряд дослідів і зробив велике припущення. В своїй праці "Оптика" він описав свої дослідження так : " Я помістив в дуже темній кімнаті у круглого отвору близько третини дюйма шириною у віконниці вікна скляну призму, завдяки чому пучок сонячного світла, що входить в цей отвір, міг заломлюватися вгору до протилежної стіни кімнати і утворював там кольорове зображення сонця ... видовище живих і яскравих фарб, що вийшло при цьому, приносило мені дуже приємне задоволення."

У газеті "Нью-Йорк Таймс" була опублікована стаття співробітника філософського факультету університету Нью-Йорка Роберта Криза і історика Брукхевенської Національної Лабораторії Стоні Брук, які провели опитування серед американських фізиків, щоб визначити 10 найкрасивіших експериментів за всю історію цієї науки. І цей дослід Ісаака Ньютона увійшов в цю десятку найкрасивіших дослідів.

Ми відтворимо дослід Ньютона, але з іншим обладнанням. Демонстрація райдужної смужки світла через дві призми "Крон" і "Флінт".

Ньютон різнокольорову смужку, яка утворилася після проходження світла через призму назвав спектром (від лат. - spectrum, що означає "світло"), а явище розкладання світла призмою - дисперсією (від лат. - dispersion, що означає "розсіяння").

 

Дисперсією називається явище розкладання світла на кольори при проходженні світла через речовину.

 

Спектр видимого світла - це розкладання білого світла на 7 променів різного кольору (Ч,О,Ж,З,Г,С,Ф). Щоб запам’ятати кольори існують приказки:

•            Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан.
•            Чекав обіду журналіст, з’їв бутерброд – став футболіст.
  •            Как Однажды Жак – Звонарь Городской Сломал Фонарь.

Чи можливо із семи кольорів спектру знову утворити білий колір? (Можливо) А може це призма «фарбує» білий пучок світла?

Ньютон виділив із широкого різнокольорового пучка променів вузькі одноколірні (монохроматичні) пучки світла і знову спрямовував їх на призму. Такі пучки відхилялися призмою, але вже не розкладались у спектр.  При цьому найбільше відхилявся фіолетовий пучок світла, а найменше – червоний.

У чому полягає особливість проходження світлового пучка через призму? Світло різного кольору відрізняється ступенем заломлення. Які промені заломлюються найбільше? Найменше? Найбільш сильно заломлюються фіолетові промені, найменше - червоні. Чому?

У яких променів найменше змінюється швидкість поширення? Якою величиною характеризується заломлення світла? Показником заломлення.

Дисперсія – це явище залежності показника заломлення від довжини хвилі.

 

 При вивченні дисперсії було виявлено, що всі складові білого світла мають у повітрі (вакуумі) однакову швидкість, у той час як в інших середовищах їхні швидкості різні. Внаслідок того, що під час проходження світлом межі двох середовищ змінюється його швидкість, воно відхиляється від свого початкового напрямку.

 Отже, явище дисперсії світла виникає внаслідок того, що швидкість поширення світла різних кольорів у даному середовищі є різною.

 

Дисперсія світла – це явище розкладання світла у спектр, зумовлене залежністю показника заломлення середовища від кольору світла.

 

Теорію світла Ньютона піддав різкій критиці видатний німецький поет Й. В. Гете. Можливо, не всі знають, що Гете був і видатним природодослідником. Він писав: «Твердження Ньютона - жахливе припущення. Не може бути, що найпрозоріший, найчистіший колір - білий - виявився сумішшю кольорових променів».

Гете вважав, що досліджене Ньютоном світло - це вже не те світло, з яким ми зустрічаємося в природному середовищі, а світло, «замучене всякого роду знаряддями тортур - щілинами, призмами, лінзами». Гете закликав:

Друзі, уникайте темної кімнати,

Де вам спотворюють світло

І самим жалюгідним чином

Схиляються перед спотвореними образами.

Гете і Ньютон були різними людьми за складом свого мислення. Гете сприймав світ як ціле, надавав перевагу осяянню і фантазії. Ньютон кожен крок вперед перевіряв і підкріплював дослідами і розрахунками.

Хтось сказав «Світла ми не бачимо, але він є, колір ми бачимо, але його немає».

Експеримент з променем лазера: промінь не бачимо. Бачимо тільки плямочку на екрані. Як зробити промінь видимим? - Створити відбивну середу (дим, крейдяні пил) - це доказ тези «Світло ми не бачимо, але він є ...». Це про світло. А зараз ми поговоримо про колір.

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

Перед вами схема трьох основних кольорів.

Червоний, жовтий і синій - найбільш чисті кольори, бо їх не можна отримати змішуванням інших кольорів. З них же, навпаки, можна отримати всі інші кольори. Три вторинних кольори виходять шляхом змішування основних: червоний і жовтий в суміші дають помаранчевий, жовтий з синім, дають зелений, синій з червоним дають пурпурний. Кольори, протилежні на колірному колі, називаються додатковими (Додатковий до зеленого - червоний і т. Д.), в суміші, з якими вони дають білий колір.

Всі кольори ділять на ахроматичні і хроматичні.

До хроматичних відносяться спектральні кольори (від червоного до фіолетового), пурпурні (малиновий, вишневий і бузковий) і всі інші (коричневий, салатний і т.д.), що виходять в результаті змішування різних кольорів між собою.

Відтінки сірого (в діапазоні білий - чорний) носять парадоксальну назву ахроматичних (від грец. Α- негативна частка + χρώμα - колір, тобто безбарвних) кольорів. Найбільш яскравим ахроматическим кольором є білий, найбільш темним - чорний. Можна помітити, що при максимальному зниженні насиченості тон (відношення до певного кольору спектру) відтінку стає нерозрізненим.

Напевно, немає людини, яка не милувався веселкою. Слово веселка містить старослов'янський корінь «Радь», що означає «веселий». Не випадково на Україні її називають «веселкою». Існує повір'я, що в тому місці, де веселка йде в землю, можна відкопати горщик із золотом. Воно, можливо, народилося з розповідей про те, що ангели сидять на вершині веселки і, граючи, скочують вниз золоті монетки. А якщо хочете бути щасливим, то треба пройти під райдугою босоніж. Шкода тільки, що це ще нікому не вдавалося. Але веселка дарує нам мрію і натхнення.

А скільки кольорів ви бачите? Яких?

Те, що у веселці сім кольорів - це загальна помилка, всіма повторювана і зазвичай не перевіряєма. Подивіться уважніше на веселку і розгляньте її неупереджено. Скільки ви бачите кольорів? (5: червоний, жовтий, зелений, блакитний і фіолетовий). Вони не мають різких кордонів, а переходять один в інший поступово, так що, крім перерахованих основних кольорів, розрізняються проміжні відтінки: червоно - жовтий (оранжевий), жовто-зелений, зелено-блакитний, фіолетово-блакитний (синій). Значить, в сонячному спектрі або 5 кольорів, або 9 (якщо вважати проміжні). Звідки ж узялася число 7?

Ньютон спочатку теж розрізняв тільки п'ять кольорів. Прагнучи створити відповідність між числом кольорів спектру і числом основних тонів музичної гами, Ньютон додав до 5 перерахованим квітам спектра ще два. (7 чудес світу, 7 днів тижня, на 7 небі) Що ж стосується веселки, то тут не вдається помітити навіть і 5 відтінків. Зазвичай ми бачимо 3 кольори (червоний, зелений, фіолетовий), іноді різниться жовтий.

Але так як Ісаак Ньютон вирішив, що в спектрі 7 кольорів, то ми змушені теж так вважати.

Чому світ різнокольоровий?

Колір будь-якого непрозорого тіла залежить від світла, яке воно відбиває.

Яблуко має червоний колір, тому що воно відбиває червоне світло і поглинає всі інші кольори.

Листя дерев має зелений колір, тому що воно відбиває зелене світло і поглинає всі інші кольори.

Голуб білого кольору відбиває світло всіх кольорів.

Чорний кіт, навпаки, взагалі не відбиває світла, а повністю його поглинає.

 

Колір прозорих тіл залежить від того, які промені світла проходять крізь них.

Наприклад, синє скло пропускає тільки сині промені (всі інші поглинає), а жовте – тільки жовті (всі інші поглинає), що і зумовлює їх колір.

Який колір матимуть предмети, якщо на них падає світло якого-небуть іншого кольору?

Синє світло, спрямоване на червоні пелюстки троянди, майже цілком поглинеться ними, бо пелюстки відбивають переважно червоні промені, а решту –  поглинають. Тому троянда, освітлена синім світлом, здаватиметься нам практично чорною.

Якщо ж червоним світлом освітити білий сніг, то він здаватиметься нам червоним, адже білий сніг відбиває промені всіх кольорів (у тому числі й червоні).

А от чорна шерсть кота добре поглинає всі промені, тому, хоч яким світлом ми його освітимо, кіт однаково здаватиметься чорним.

Ми не створюємо при цьому світло нового кольору - це доказ тези «... колір ми бачимо, але його немає».

 

 

V. Закріплення нових знань і вмінь.

№ 1. Як пояснити: білий колір кота; чорний колір сажі; фіолетовий колір квітки?

Кіт білого кольору відбиває світло всіх кольорів; чорна сажа, навпаки, взагалі не відбиває світла, а повністю його поглинає; квітка має фіолетовий колір, тому що вона відбиває фіолетове світло і поглинає всі інші кольори.

 

№ 2. Світлофор дає три сигнали: червоний, жовтий і зелений. Лампа всередині нього біла. Пояснить, як отримують різні сигнали світлофора?

Лампи в середині світлофору випромінюють біле світло, яке містить весь спектр. Колір прозорих тіл залежить від того, які промені світла проходять крізь них. Наприклад, червоне скло пропускає тільки червоні промені (всі інші поглинає), а жовте – тільки жовті (всі інші поглинає), що і зумовлює їх колір.

 

№ 3. Коричневий колір відсутній у спектрі білого світла. Тоді як виникає цей колір?

Коричневий колір можна утворити накладанням двох основних кольорів, наприклад зеленого і червоного.

 

№ 4. Чому в кімнаті з темними шпалерами темно, а зі світлими – світло?

В кімнаті з темними шпалерами темно, тому що велика кількість світла ними поглинається та відбивається лише колір самих шпалер, а зі світлими – світло тому, що світлі шпалери відбивають майже весь спектр кольорів.

 

№ 5. Світло яких кольорів проходить крізь зелене скло? поглинається ним?

Зелене скло пропускає тільки зелені промені; усі інші кольори окрім зеленого поглинаються.

 

№ 6. Визначте забарвлення цуценят.

Забарвлення цуценят чорно-біле. У всіх випадках цятки чорного кольору, це означає, що вони при сонячному освітленні також чорні бо чорний колір поглинає промені будь-якого кольору. А інші частини тіла білого кольору бо білий колір відбиває промені всіх кольорів, у тому числі й кольори кожного із світлофільтрів.

 

 

№ 7. Якими здаватимуться червоні літери на білому папері, якщо дивитися на них крізь синє скло? Яким при цьому здаватиметься колір паперу?

Червоні літери відбивають червоний колір та поглинають усі інші кольори, а синє скло пропускає тільки сині промені (всі інші поглинає). Тому червоні літери на білому папері будуть здаватися чорними бо літери поглинуть синій колір. Якщо дивитися на білий папір через синє скло, то він здаватиметься синім, тому що білий колір відбиває промені всіх кольорів, у тому числі й сині.

 

№ 8. Через скло якого кольору не можна побачити текст, написаний блакитним чорнилом на білому папері?

Текст, написаний блакитними літерами на білому папері, не можна побачити через блакитне скло. Блакитні літери поглинають усі кольори та відбивають блакитний колір, а блакитне скло пропускає тільки блакитні промені. Якщо дивитися на білий папір через блакитне скло, то він здаватиметься блакитним. Крізь скло літери та папір будуть одного кольору тому ми не побачимо текст.

 

№ 9. У склі поширюються пучки світла фіолетового, зеленого та блакитного кольорів. Швидкість поширення якого з пучків буде найменшою?

З дослідів відомо, що пучки світла, які мають меншу швидкість поширення в даному середовищі, заломлюються більше. Саме тому смужка фіолетового кольору в спектрі розташована нижче за інші кольори. Отже, швидкість поширення пучка фіолетового світла менша за швидкість поширення пучка зеленого та жовтого кольорів.

№ 10.  Довжина хвилі червоного світла у повітрі дорівнює 750 нм. Яка довжина хвилі цього світла у воді? Світло якого кольору Бачить водолаз під водою?

 

VI. Домашнє завдання.

Опрацювати § 43. Експеримент з творчим звітом.

Експеримент: Подрібніть буряк і відіжміть сік. Розбавте злегка водою і розділіть на чотири порції в стакани ємністю 100 мл. У перший з склянок прилейте розбавлений розчин оцту. У другій - слабкий розчин нашатирного спирту. У третій - розчин пральний соди. Четвертий стакан доповніть водою до половини обсягу. Спостерігайте утворення цілої гами різних кольорів розчинів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фронтальный эксперимент: учащиеся проводят эксперимент на местах по следующему плану: взять в одну руку экран со щелью и расположить его на расстояние вытянутой руки на фоне лампы дневного света, между щелью и глазом поместить призму или плоскопараллельную пластину и посмотреть через косые грани пластины на освещенную щель экрана; если спектр не виден, то надо повернуть голову вместе с пластиной в сторону преломляющего угла.

Учитель.  Тепер попрацюємо самостійно у групах з 4 чоловік. Кожна група отримує кольоровий конверт із завданням  (додаток 5). Робота розрахована на

3 хв.

1. На білому фоні написані літери жовтою фарбою. Що ви спостерігаєте, якщо дивитися на літери через жовтий світлофільтр? Чому?
2. На аркуші червоного кольору зображено синій прямокутник. Через фільтр якого кольору (червоного, синього) його не можна побачити? Чому?
3. Батьки виконують ремонт кімнати сина-підлітка. Якого кольору шпалери необхідно їм купити для обклеювання стін. Пояснити вибір.
4. Ви дизайнер інтер’єру. Ваше завдання: вирішити кольорове оформлення кабінету офісу. Який колір використаєте для фарбування стін?
5. Якими здаватимуться червоні літери на білому листку паперу, якщо дивитися на них через зелений фільтр? Яким здаватиметься при цьому колір листка? Чому?

 

 

• Як поширюється світло в однорідному прозорому середовищі?
• Чи завжди світло поширюється прямолінійно? В яких випадках ні?
• Сформулювати закон заломлення світла.
• Пояснити значення виразу «Оптично густе середовище».
• Який фізичний зміст показника заломлення середовища?
• Який  зв'язок частоти світла з швидкістю його поширення?
• Який зв'язок показника заломлення середовища з швидкістю світла?

Картка № 1. Накреслити хід променя в трикутній призмі.

Картка № 2. Якщо для кута падіння світлового променю в 45° з вакууму в скипидар кут заломлення дорівнює 30°, то чому дорівнює швидкість розповсюдження світла в скипидарі?