Дисперсия света: что это такое, причины, примеры. Что называется дисперсией света

Физика
Что называется дисперсией света - Справочный материал по дисперсии света В заключение Дисперсия света в природе и искусстве Литература Заключение

Первым физиком, доказавшим, что белый свет представляет собой смесь различных цветов, был Исаак Ньютон, первооткрыватель закона всемирного тяготения. Ньютон был тем, кто использовал призмы в своих экспериментах.

Мы живем в мире различных световых явлений — радуги, света, голубого неба и т.д. Для тех, кто не знаком с причинами, эти светящиеся явления кажутся необычными и загадочными.

В повседневной жизни мы сталкиваемся со многими светящимися явлениями, но обычно не задумываемся о них — настолько они нам знакомы, — но часто находим их труднообъяснимыми. Например, чайная ложка, опущенная в стакан с водой, может показаться сломанной или разбитой, в зависимости от того, кто смотрит на ложку. Когда светит солнце или горит лампочка, мы видим предметы в цветном свете, но когда становится темно или свет меркнет, цвета исчезают.

Все эти явления связаны со значением слова «свет». В повседневной речи термин «свет» используется по-разному. Обучение — это свет, а невежество — тьма. Мой свет, солнце, например … В физике термин «свет» имеет гораздо более конкретное значение. Научно доказано, что свет нагревает тела, на которые он падает. В результате он передает энергию этим телам. Известно также, что одним из видов передачи тепла является излучение. Таким образом, свет — это электромагнитное излучение, которое воспринимается человеческим глазом и вызывает зрение. Свет обладает несколькими свойствами, одним из которых является рассеяние. Мы постоянно сталкиваемся с этим явлением в нашей жизни, но не всегда осознаем его. Однако, если мы обратим внимание, феномен рассеивания окружает нас постоянно. Одним из них является обыкновенная радуга. На первый взгляд радуга кажется простой, но на самом деле при ее появлении происходят сложные физические процессы. Именно поэтому тема рассеяния света была выбрана для лучшего понимания естественных процессов и природных явлений. Это очень интересная тема, и мы постараемся представить каждый момент истории науки о свете и показать эксперименты для демонстрации рассеяния света и специально разработанное экспериментальное оборудование для наблюдения за рассеянием света. и могут быть использованы на уроках физики при последующем изучении предмета.

Цель данного проекта — изучить концепцию рассеяния света и построить экспериментальный прибор под названием «Диск Ньютона».

  1. Изучить историю открытия И. Ньютоном явления Дисперсия света.
  2. Рассмотреть спектральный состав света.
  3. Дать понятие о дисперсии света.
  4. Подготовить эксперименты по наблюдению дисперсии света.
  5. Рассмотреть природное явление радуга.
  6. Изготовить экспериментальную установку «Цветовой диск Ньютона».

Теоритическая часть

1.1. Открытие Исаака Ньютона

В 1665-1667 годах Исаак Ньютон — английский физик и математик, работавший над усовершенствованием телескопа, — заметил, что изображение, даваемое объективом, вытягивается по краям, и его очень заинтересовало это наблюдение, и он решил выяснить природу зоны появления цвета. В то время в Англии свирепствовала чума. Молодой Исаак Ньютон решил укрыться в своем родном городке Вулторп. Перед отъездом из страны он купил стеклянную призму, чтобы «поэкспериментировать с известным явлением цветов». Изучая природу цвета, Ньютон изобрел и провел ряд различных визуальных экспериментов. Некоторые из них используются в физических лабораториях и сегодня, без существенных изменений в методологии. Основными экспериментами были традиционные эксперименты. Ньютон проделал небольшое отверстие в оконной раме темной комнаты и поместил стеклянную призму на пути луча света, проходящего через отверстие. На противоположной стене он получил изображения в виде полос чередующихся цветов (рис. 1).

Эксперимент Ньютона (рис. 1)

Рисунок 1: Эксперимент Ньютона.

1.2. Спектральный состав света

Ньютон разделил цветные полосы солнечного света, в результате чего получилось семь цветов радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый (рис. 2).

Рисунок 2: Спектральное расщепление пучка белого света

Рис. 2: Разделение белого луча света на спектр.

Спектр (скрытый спектр, от «зрение») — это непрерывный ряд цветовых зон, образованный разделением пучка белого света на составляющие (рис. 3).

Рис. 3: Спектр

Рассматривая такой беспристрастный спектр, спектральная зона делится на три основные составляющие — желто-зеленую, сине-фиолетовую. Остальные цвета занимают относительно узкую область между этими основными частями.

Все цвета спектра содержатся в самом солнечном свете, а стеклянная призма разделяет их, потому что разные цвета по-разному преломляются в стекле. Фиолетовые лучи преломляются сильнее, а красные — слабее всего.

1.3. Дисперсия света

Проходя через призму, солнечный свет не только преломляется, но и разбивается на различные цвета.

Диаспора — это явление распада цветного света при его прохождении через материю.

Прежде чем мы сможем понять природу этого явления, нам необходимо рассмотреть преломление световых волн. Изменение направления распространения волны при переходе из одной среды в другую называется преломлением.

Поместите монету или другой небольшой предмет на дно пустого непрозрачного стакана. Переместите стекло так, чтобы центр монеты, край стекла и глаз находились на одной линии. Налейте воду в стакан, не меняя положения головы. Когда уровень воды поднимается, дно стакана с валютой освобождается. Монета, которая ранее была видна лишь частично, становится полностью видимой. Эти явления объясняются изменением направления световых лучей в двух границах среды, называемым преломлением света (рис. 4).

Практическая часть

2.1. Демонстрация экспериментов по наблюдению дисперсии света

После открытия распространения света и изучения истории процессов, формирующих спектр, мы решили проверить рассеивание света. Для этого мы подготовили и запустили видеоролик, который можно использовать в курсе физики по дисперсии света.

Эксперимент №1. Получение радужного спектра на мыльных пленках

Для эксперимента вам понадобится емкость с мыльным раствором и проволочный каркас.

Мыло наливается в бутылку, и рама опускается в раствор для образования мыльной воды. В фильме появляются радужные полосы.

Эксперимент № 1

Эксперимент №2. Дисперсия света – разложение в радужный спектр пучка белого света при прохождении сквозь стеклянную призму

Для проведения эксперимента вам понадобятся. Призма, источник света (линза) и экран (белый лист бумаги).

Эксперимент № 2

Как провести эксперимент: поместите призму на экспериментальный стол. Поместите экран на одну сторону стола. Направьте свет прямо на призму и наблюдайте за полосами радуги на экране.

Ход эксперимента № 2

Ход эксперимента № 2

Эксперимент № 3. Дисперсия света – разложение в радужный спектр пучка белого света при прохождении через воду

Для проведения эксперимента необходимо зеркало, источник света (линза), экран (лист белой бумаги) и емкость с водой.

Эксперимент 3

Эксперимент 3

Для проведения эксперимента: налейте воду в емкость и поместите зеркало на дно. Направьте свет прямо на зеркало, чтобы отраженный свет поместился на экране.

Эксперимент № 3

Эксперимент № 3

1.2. Цветовой диск Ньютона

Ньютон проводил обычные эксперименты со стеклянной призмой и наблюдал за расщеплением спектра света. Направляя луч дневного света на призму, он увидел на экране различные цвета радуги. После увиденного он выбрал из них семь основных цветов. Основными цветами были красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый (каждый охотник хочет знать, где сидит фазан). Ньютон выбрал семь цветов только потому, что они были самыми яркими, но он сказал, что в музыке всего семь нот, но их сочетание позволяет из разных вариаций сделать совершенно разные мелодии. Заметив обратный опыт, Ньютон в результате эксперимента снова получил белый свет, повернув полученный им спектр лицом к разным призмам (рис. 10).

Рис. 10.Первая призма расщепляет белый свет на спектр, а вторая призма восстанавливает спектр с помощью белого света.

Некоторые спектральные цвета образуют белый, когда между ними происходит передозировка. Такие пары спектральных цветов называются комплементарными (рис. 3.47). В дизайне цвета в областях A и B являются комплементарными, поскольку дополняют друг друга белым цветом.

Дисперсия света: что это такое, причины, примеры

Дисперсия света (расщепление света, рассеяние света) — это распад света в спектре, вызванный зависимостью показателя преломления среды от частоты световых волн.

Возможно, вы уже заметили феномен радуги, образующей в небе банты разного цвета. Если нет, то, возможно, вы видели разноцветные капли росы на своем солнечном завтраке. Если вы не любите дождь и не хотите вставать по утрам, поставьте перед собой бутылку газированной минеральной воды, чтобы солнечные лучи освещали ее. Вы увидите, как пузырьки газа в стакане меняют цвет и светятся. Все эти явления являются проявлениями распада света.

Расщепление солнечного света Ньютоном в 1665 — 66 годах признано научным миром как один из самых красивых экспериментов в истории физики. Ученые показали, что белый свет на самом деле представляет собой смесь цветов. Таким образом, белый свет образуется путем многократного сочетания всех цветов спектра.

Разложение белого света

Первым физиком, доказавшим, что белый свет представляет собой смесь различных цветов, был Исаак Ньютон, первооткрыватель закона всемирного тяготения. Ньютон был тем, кто использовал призмы в своих экспериментах.

Призма — это твердое тело из визуально прозрачного материала (обычно стекла), являющееся основанием треугольника. Когда свет проходит через призму, он преломляется дважды, сначала на границе раздела воздух-стекло (вход в призму), а затем на границе раздела стекло-воздух (выход из призмы). Путь яркого луча через призму показан на рисунке 1 ниже.

Траектория световых лучей в призмах

Рисунок 1.Трасса светового радиуса призмы.

Эксперимент. Как и почему свет рассеивается?

Проверьте предположение о том, что белый свет рассеивается, потому что он является основной, простой смесью цветов.

Что нам нужно?

  • источник белого света (светодиодный фонарик, проектор);
  • щель;
  • призма с подставкой;
  • экран.
  1. Расположите щель вертикально непосредственно за источником света.
  2. Направьте источник света на одну стенку призмы.
  3. Расположите экран так, чтобы свет падал на него после прохождения через призму.

Выводы, которые мы делаем из нашего эксперимента.

На экране мы наблюдаем так называемый спектр белого света, который представляет собой набор цветов от фиолетового до красного в результате рассеивания луча белого света. Таким образом, белый свет представляет собой смесь цветов.

Какие механизмы формируют спектр белого света? Лучи света, представляющие собой смесь цветов, могут страдать от двойного преломления, поскольку они проходят через точку зрения (см. рис. 2). Каждый компонент преломляется под разным углом, потому что скорость диффузии меняется при переходе из одной среды в другую.

Рисунок.

Помните! При прохождении через призму фиолетовый свет значительно отклоняется от своего первоначального направления, в то время как красный свет отклоняется незначительно.

Когда белый свет попадает в призму, рассеяние света уже произошло. При выходе из призмы цветная составляющая белого света имеет больший угол преломления, что делает явление более заметным.

Рассеяние света может объяснить многие явления, наблюдаемые в природе, например, образование радуги.

Причина дисперсии света

Белый свет рассеивается через призмы по следующим причинам Свет разных цветов и, следовательно, разных длин волн распространяется с разной скоростью в таких материалах, как стекло. Например, в одном и том же стекле скорость распространения синего света медленнее, чем красного.

Поэтому, согласно закону преломления света, синий свет преломляется сильнее, чем красный. В результате различных преломлений различных частей белого света свет расширяется и образует спектр. Это также известно как спектр призмы. При использовании белого света создается непрерывный спектр.

Длины волн и частоты спектральных цветов

Спектр, который мы видим, охватывает диапазон длин волн от 390 нм до 780 нм. Это соответствует диапазону частот от 7,7⋅1014 Гц до 3,8⋅1014 Гц.

Проблемы, возникающие при дисперсии света

Рассеивание света — это красивое и эффектное явление, но оно также может доставлять неприятности. Первые наблюдения за небом проводились с помощью телескопов, оснащенных одной стеклянной линзой.

Преломление света в объективах астрономических телескопов

Рисунок 4.Преломление света в объективе астрономического телескопа.

Особенно при использовании «толстых» линз свет может быть «разделен» на основные цвета, когда лучи света проходят через линзу и преломляются подобно призме. Поскольку каждый цвет имеет свой фокус (фокусную точку), не существует единой точки, в которой сходятся все лучи. В результате вокруг наблюдаемого объекта может появиться цветовое поле (см. рис. 4), которое может ухудшить зрение.

Преобразование цвета

Рис. 5.Отклонение цвета (цвет желтка)

Это явление называется хроматической аберрацией. Его определение следующее.

Хроматическая аберрация — это дефект линзы, вызванный преломлением белого света на составляющие его цвета, поэтому каждый цвет имеет свой собственный фокус на разном расстоянии от линзы.

Поскольку камеры оснащены пластиковыми или стеклянными линзами, хроматическая аберрация влияет на качество изображения как при простых телескопических астрономических наблюдениях, так и при обычной фотографии. Это явление можно устранить, используя вместо отдельных линз систему соответствующим образом адаптированных линз (бесцветные системы).

Геометрическая оптика — это область оптики, изучающая законы распространения света в прозрачных средах, основанная на представлении о свете как о совокупности лучей.

Дисперсия вещества

Это называется дисперсией материала. Скорость изменения показателя преломления в зависимости от длины волны.

Поскольку показатель преломления прозрачных материалов монотонно увеличивается с уменьшением длины волны, значение D-добавленной группы увеличивается с уменьшением длины волны. Такая дисперсия называется нормальной дисперсией. Явление нормального рассеяния лежит в основе призменных спектрометров, которые можно использовать для изучения спектрального состава света.

Примеры решения задач

Задание В чем состоят основные различия в дифракционном и призматическом спектрах?
Решение Дифракционная решетка раскладывает свет по длинам волн. По полученным и измеренным углам на направления соответствующих максимумов можно рассчитать длину волны. В отличи от дифракционной решетки призма раскладывает свет по величинам показателя преломления, следовательно, для нахождения длины волны света необходимо иметь зависимость .

В дополнение к вышесказанному, цвета спектров, полученных с помощью дифракции, упорядочены по-разному. В случае дифракционных решеток синус угла обхода пропорционален длине волны. Таким образом, дифракционные решетки отводят красные лучи больше, чем фиолетовые. Призмы разделяют световые лучи в зависимости от их коэффициента преломления. Этот показатель монотонно уменьшается с увеличением длины волны для всех прозрачных материалов. Лучи красного света с более низким показателем преломления отводят меньше света, чем фиолетовые лучи (рис. 2).

Оцените статью
Uhistory.ru