Дисперсія світла
2-й семестр
ЕЛЕКТРОДИНАМІКА
5. Хвильова й квантова оптика
УРОК 8/66
Тема. Дисперсія світла
Мета уроку: дати поняття про дисперсію світла й пояснити її з погляду електромагнітної теорії.
Тип уроку: комбінований урок.
ПЛАН УРОКУ
Контроль знань | 12 хв. | Самостійна робота № 10 “Природа світла. Закони геометричної оптики”. |
Демонстрації | 4 хв. | Відео-фрагменти фільму “Дисперсія світла”. |
Вивчення нового матеріалу | 23 | 1. Досліди Ньютона з розкладання білого світла в спектр. 2. Дисперсія світла. 3. Спектроскоп. 4. Забарвлення предметів. |
Закріплення вивченого матеріалу | 6 хв. | 1. Якісні питання. 2. Навчаємося розв’язувати задачі. |
ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Досліди Ньютона з розкладання білого світла в спектр
1666 року Ісаак Ньютон направив тонкий пучок сонячного світла на скляну призму. За призмою спостерігалося розкладання білого світла в кольоровий спектр: сім основних кольорів – червоний, жовтогарячий, жовтий, зелений, блакитний,
Ньютон дійшов висновку, що біле світло має складну структуру, тобто біле світло містить електромагнітні хвилі різних частот.
Другий важливий висновок Ньютона полягає в тому, що світло різних кольорів характеризується різними показниками заломлення в певному середовищі. Це означає, що абсолютний показник заломлення nф для фіолетових кольорів більший, ніж для червоного nч. Залежність показника заломлення світла від його кольорів Ньютон назвав дисперсією (від латинського слова dispersio – “розсіювання”).
2. Дисперсія світла
Відповідно до хвильової теорії кольори світла визначаються частотою електромагнітної хвилі, якою є світло. Найменшу частоту має червоний колір, найбільший – фіолетовий. Аналізуючи досліди Ньютона і спираючись на хвильову теорію світла, можна зробити висновок: показник заломлення світла залежить від частоти світлової хвилі.
Різним швидкостям поширення хвиль відповідають різні абсолютні показники заломлення середовища (n = c/
).
Явище розкладання світла в спектр, обумовлене залежністю абсолютного показника заломлення середовища від частоти світлової хвилі, називають дисперсією світла.
З огляду на те, що довжина хвилі обернено пропорційна частоті (? = c/), можна стверджувати, що абсолютний показник заломлення зменшується відповідно до збільшення довжини світлової хвилі.
Звідси випливає те, що в разі заданої частоти довжина хвилі більша в тому середовищі, де швидкість хвилі більша.
Під час переходу з одного середовища в інше швидкість поширення світлової хвилі змінюється, але частота v, а отже, і колір світла залишаються незмінними. Тому, відповідно до формули = ?v, змінюється довжина світлової хвилі. Під час переходу в середовище з більшою оптичною густиною довжина хвилі, як і її швидкість, зменшується:
Досліди довели, що колір визначає саме частота світлової хвилі, тому, наприклад, довжина хвилі червоного світла у воді менше, ніж у вакуумі (або повітрі).
3. Спектроскоп
Сукупність частот світлових хвиль, які містяться у випромінюванні будь-якої речовини, називають спектром випромінювання цієї речовини.
Спектральний аналіз – метод визначення хімічного складу речовини за її спектром.
Спектральний склад світла вивчають за допомогою спектральних апаратів. Зазвичай спектральний апарат складається із трьох основних частин: коліматора, призми й зорової труби (або лінзи й екрана).
Коліматор являє собою вузьку трубку, на одному кінці якої розташована ширма із щілиною 1, що перебуває у фокусі лінзи 2.
Вузький паралельний пучок світла напрямлено на призму 3. Після заломлення із призми виходять пучки, кожний з яких відхиляється на деякий кут. Якщо пучки фокусує збиральна лінза 4 на фотопластині або екрані, то такий прилад називається спектрографом. Якщо замість лінзи й екрана використовують зорову трубу, то прилад називають спектроскопом.
4. Забарвлення предметів
Оскільки біле світло є складеним, тобто являє собою сукупність різних кольорів, забарвлення предметів може виникати з двох причин:
1) Виключення якого-небудь кольору (або кольорів) зі складу білого світла у разі поглинання речовиною світлових хвиль із певною довжиною хвилі. У результаті відбите від речовини або заломлене нею світло набуває забарвлення. Наприклад, зелений колір листя рослин обумовлений тим, що хлорофіл, який входить до їхнього складу, поглинає в основному червоні промені. Всі інші кольори спектра аркуш відбиває, але біле світло після виключення з його складу червоних кольорів око сприймає як зелене.
2) Поділ кольорів у пучку білого світла через те, що хвилі різної довжини хвилі заломлюються або розсіюються речовиною по-різному, а також у результаті інтерференції або дифракції. Наприклад:
– внаслідок того, що хвилі різної довжини хвилі заломлюються по-різному, пучок білого світла після заломлення в призмі розкладається в кольоровий спектр;
– під час інтерференції променів, відбитих двома поверхнями тонкої плівки, виникає райдужне забарвлення (мильні бульки, крила комах);
– оскільки хвилі різної довжини хвилі по-різному розсіюються на скупченнях молекул у повітрі, колір неба стає блакитним;
– веселка також пояснюється поділом кольорів під час заломлення світла крапельками води.
ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
Перший рівень
1. Як можна спостерігати явище дисперсії світла?
2. Чому Ньютон зробив зі свого досліду висновок, що біле світло є складеним?
3. Чим пояснюється розкладання білого світла на кольорові пучки?
4. Чи спостерігається дисперсія світла під час проходження через вакуум?
Другий рівень
1. На скляну призму напрямляють промінь червоного або зеленого світла. Чи буде спостерігатися розкладання цього світла на якісь кольорові промені?
2. Чому під час проходження через трикутну скляну призму широкого пучка білого світла райдужне забарвлення з’являється тільки біля країв пучка?
ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ
1). Якісні питання
1. На зошиті написано червоним олівцем “відмінно” і зеленим – “добре”. Є два скельця – зелене й червоне. Через яке скло треба дивитися, щоб побачити слово “відмінно”?
2. Одним із недоліків перших телескопів Галілея було райдужне забарвлення країв зображень. Поясніть це явище.
2). Навчаємося розв’язувати задачі
1. Світлова хвиля довжиною хвилі 600 нм поширюється в повітрі. Яка довжина хвилі у воді?
Розв’язання. Довжини хвиль?1 і?2 світлових хвиль у повітрі й у воді пов’язані зі швидкостями 1 й 2 поширення цих хвиль у повітрі такими співвідношеннями: ?1 = 1/v і?2 = 2/v, де v – частота світла, що не змінюється під час переходу світла з одного середовища в інше. З попередніх рівнянь одержуємо:
Швидкості поширення світла в повітрі й у воді пов’язані з абсолютними показниками заломлення цих середовищ співвідношенням: 
Звідси 
Остаточно:
Підставляючи числові значення, одержуємо 4,51 – 10-7 м.
2. Яка довжина хвилі жовтого світла пар натрію в склі з показником заломлення 1,56? Довжина хвилі цього світла в повітрі дорівнює 589 нм.
ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ
– Ньютон дійшов висновку, що біле світло має складну структуру, тобто біле світло містить електромагнітні хвилі різних частот.
– Явище розкладання світла в спектр, обумовлене залежністю абсолютного показника заломлення середовища від частоти світлової хвилі, називають дисперсією світла.
– Під час переходу в середовище з більшою оптичною густиною довжина хвилі, як і її швидкість, зменшується: 
– У разі заданої частоти довжина хвилі більша в тому середовищі, де швидкість хвилі більша.
– Спектральний аналіз – метод визначення хімічного складу речовини за її спектром.
– Кожний колір має свою частоту хвилі.
Домашнє завдання
1. Підр-1: § 43; підр-2: § 22 (п. 1).
2. Зб.:
Рів1 № 14.1; 14.2; 14.3; 14.4.
Рів2 № 14.21; 14.22; 14.23; 14.25.
Рів3 № 14.29, 14.31; 14.32; 14.35.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...