Опыты‎ > ‎

Истоки Дисперсия света

Опыт Дисперсия света


Сценарий проведения опыта

«Разложение белого света на спектр»

Цель опыта: сформировать у учащихся единое, целое представление о физической природе явления дисперсии света, рассмотреть условия возникновения радуги.

Задачи:

  • используя методы научного познания, объяснить природу дисперсионного спектра, применять полученные знания к объяснению атмосферных оптических явлений;
  • формировать исследовательские умения: получать явление дисперсии, устанавливать причинно-следственные связи между фактами, выдвигать гипотезы, их обосновывать и проверять достоверность;
  • формировать эмпатические качества учащихся через эвристические приемы работы, реализовать потребности подростка  в общении, способствовать развитию качеств сотрудничества, мотивации в изучении физики;

Оснащение опыта:

  • Оборудование: демонстрационное оборудование по волновой оптике, прибор для демонстрации радуги в лабораторных условиях.
  • Проведение демонстрационных экспериментов и практических наблюдений: опыт по дисперсии света с призмами, практическая работа «Наблюдение дисперсии света», неразложимость в спектр монохроматического света, сложение спектральных цветов.

Практическое назначение опыта: способствует развитию навыков работы с оборудованием  – получать и изучать дисперсионный спектр, способствует формированию целостной картины мира, совершенствовать навыки высказывать собственное мнение, публичного выступления,  работать с аудиторией, применять полученные теоретические знания при объяснении природных явлений.
Опыт является составной частью работы по самосовершенствованию компетентностей ученика, т.к. учащиеся в своем предметном «Портфолио» отметят свои успехи и достижения, смогут проанализировать свою деятельность на открытом мероприятии.

Понятийный аппарат: преломление, скорость света, дисперсия, спектр, порядок цветов в спектре, монохроматическая волна.

Проведение опыта

Расположить призму так, чтобы на одну из её граней падал луч света. Для достижения направленного пучка света от лампы накаливания между призмой и лампой устанавливают ширму с узкой щелью. В результате прохождения луча через призму он испытывает ряд преломлений, т.к. проходит через среды с разной оптической плотностью. А на выходе из призмы луч разлагается на спектр, который отслеживаем на экране, установленном за призмой. Для удобства проведения опыта в лаборатории должно быть темно.

Если на пути луча между призмой и узкой щелью поместим светофильтр, например красный, то разложения красного света не увидим, т.к. свет монохромный

Мотивация познавательной деятельности

– Как можно объяснить удивительное многообразие красок в природе? Я хочу предложить послушать вам стихотворение Ф.И.Тютчева:

Как неожиданно и ярко,
На влажной неба синеве,
Воздушная воздвиглась арка
В своем минутном торжестве!
Один конец в леса вонзила,
Она полнеба обхватила
И в высоте изнемогла.

– Какое явление описано в этих поэтических строках? (Радуга)

– До 1666г считалось, что цвет – это свойство самого тела. С давних времен наблюдалось разделение цвета радуги, и было известно, что образование радуги связано с освещенностью дождевых капель. Существует поверье: кто пройдёт под радугой, тот на всю жизнь останется счастливым. Сказка это или быль? Можно ли пройти под радугой и стать СЧАСТЛИВЫМ? Разобраться в этом поможет одно удивительное физическое явление, благодаря которому можно видеть наш окружающий мир цветным. Почему  мы можем видеть красивыми цветы, удивительные краски картин художников: Почему мир дарит нам целую гамму различных по красоте и неповторимости пейзажей? Это явление – дисперсия. Давайте попробуем сформулировать название опыта. (Учащиеся предлагают различные варианты названий)

Цель: изучить дисперсию и выяснить причины появления радуги.

Задачи:

  • выяснить, что такое дисперсия;
  • история открытия дисперсии;
  • объяснить причины появления дисперсии;
  • провести эксперимент по получению дисперсии;
  • рассмотреть природное явление – радугу.

Гипотеза: если знать явление дисперсии, то можно объяснить природные явления и получить радугу в лабораторных условиях. Любое исследование предполагает выбор объекта и предмета исследования

Объект исследования: световые волны, дисперсия

Предмет исследования: радуга

Дисперсия – звучит прекрасно слово,
Прекрасно и явление само,
Оно нам с детства близко и знакомо,
Мы наблюдали сотни раз его!

Опыты И.Ньютона по дисперсии

Явление дисперсии было открыто И.Ньютоном и считается одной из важнейших его заслуг. "Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные свойства цветов, чего раньше никто не подозревал". 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 исследовал различие световых лучей и проявляющиеся при этом различные свойства, чего ранее никто не подозревал». Он открыл, что белый свет – это «чудесная смесь цветов».
Итак, что же сделал Ньютон? Повторим опыт Ньютона.
Если внимательно присмотреться к прохождению света через треугольную призму, то можно увидеть, что разложение белого света начинается сразу же, как только свет переходит из воздуха в стекло. В описанных опытах использовались призма, изготовленная из стекла. Вместо стекла можно взять и другие прозрачные для света материалы. Замечательно, что этот опыт пережил столетия, и его методика без существенных изменений используется до сих пор. 

Демонстрируется непрерывный спектр белого света

Прежде чем разобраться в сути этого явления, давайте вспомним о преломлении световых волн.

– В чем состоит особенность прохождения светового пучка через призму?
1 вывод Ньютона: свет имеет сложную структуру, т.е. белый свет содержит электромагнитные волны разных частот.
2 вывод Ньютона: свет различного цвета отличается степенью преломляемости, т.е. характеризуется разными показателями преломления в данной среде.

Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, меньше всего – красные.
Совокупность цветных изображений щели на экране и есть непрерывный спектр. Исаак Ньютон условно выделил в спектре семь основных цветов:
Порядок расположения цветов просто запомнить по аббревиатуре слов: каждый охотник желает знать, где сидит фазан. Резкой границы между цветами нет.
Различным цветам соответствуют волны различной длины. Никакой определенной длины волны белому свету не соответствует. Тем не менее, границы диапазонов белого света и составляющих его цветов принято характеризовать их длинами волн в вакууме. Таким образом, белый свет – это сложный свет, совокупность волн длинами от 380 до 760 нм.

Выводы из опытов:

  • Скорость света зависит от среды.
  • Призма разлагает свет.
  • Белый свет – сложный свет, состоящий из световых волн различных цветов.

Вывод: при прохождении света через вещество, имеющее преломляющий угол, происходит разложение света на цвета.

Вывод: В веществе скорость распространения коротковолнового излучения меньше, чем длинноволнового. Значит показатель преломления для фиолетового света больше, чем для красного.
Механизм дисперсии объясняется следующим образом. Электромагнитная волна возбуждает в веществе вынужденные колебания электронов в атомах и молекулах. Так как дисперсия возникает вследствие взаимодействия частиц вещества со световой волной, то это явление связано с поглощением света – превращением энергии электромагнитной волны во внутреннюю энергию вещества.
Разделение цветов в пучке белого света происходит из-за того, что волны разной длиной волны преломляются или рассеиваются веществом по-разному. Радуга – разделение света при преломлении капельками воды.
Максимальное поглощение энергии возникает при резонансе, когда частота v падающего света равна v колебаний атомов. Ещё раз обращаем внимание учащихся на то, что при переходе волны из одной среды в другую изменяются и скорость, и длина волны, а частота колебаний остается неизменной.


Игра «Закончи предложение»

  • Призма не изменяет свет, а лишь… (разлагает)
  • Белый свет как электромагнитная волна состоит из… (семи цветов)
  • Наиболее сильно преломляется … (фиолетовый свет)
  • Меньше преломляется… (красный свет)

Вопросы для обсуждения:

  • Как можно наблюдать явление дисперсии света?
  • Чем объясняется разложение белого цвета на цветные пучки?
  • На стеклянную призму направляют луч красного света. Будет ли наблюдаться разложение этого света на какие-либо цветные лучи?
  • Наблюдается ли дисперсия света при прохождении через вакуум?
  • Будет ли наблюдаться дисперсия, если свет переходит из одной среды в другую, обе среды имеют одинаковые показатели преломления?

Продолжим изучение световых явлений на примере радуги

Радугу «творят» водяные капли: в небе – дождинки, на поливаемом асфальте – капельки, брызги от водяной струи. Однако не все знают, как именно преломление света на капельках дождя приводит к возникновению на небосводе гигантской многоцветной дуги. Яркая радуга, которая возникает после дождей или в брызгах водопада – это первичная радуга. Цветные полосы сильно отличаются по яркости, но порядок всегда одинаков: внутри дуги всегда находится фиолетовая полоса, которая переходит в синюю, зелёную, жёлтую, оранжевую и красную – с внешней стороны радуги. Выше первой, в небе, возникает вторая менее яркая дуга, в которой цветовые полосы расположены в обратном порядке.



Основные черты радуги будем изучать по распространению света внутри одной изолированной капли воды. На рисунке изображён путь одного луча, участвующего в образовании основной радуги. Каждая капелька воды в воздухе выполняет роль крохотной призмы, дробящей свет на разные цвета.

Наблюдать радугу можно во время дождя при условии, что Солнце или источник света, близкий по спектру к солнечному, находится позади наблюдателя. Размер видимой части радуги зависит от положения Солнца относительно горизонта.

Вывод: явление радуги связано с явлениями преломления и отражения света. Явление дисперсии сильно увеличивает эффект радуги и позволяет видеть это прекрасное явление природы.

 

Источник

http://school-collection.edu.ru/catalog/search/?text=%F0%E0%E7%EB%EE%E6%E5%ED%E8%E5+%F1%E2%E5%F2%E0&tg=&context=current&interface=teacher&subject%5B%5D=30&class%5B%5D=49&class%5B%5D=50&class%5B%5D=51&class%5B%5D=53&class%5B%5D=54

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/07018554-4fb5-4e96-a0cb-fbd60b12ec04/9_117.swf

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/e4af6f28-cb66-4979-a345-07967ff98e84/9_118.swf







Comments