Вивчення дисперсії світла у 11-му класі
Вивчення дисперсії світла у 11-му класі
Цей урок проводиться наприкінці вивчення теми "хвильові властивості світла" у класах фізико-математичного профілю.
А. Учні повинні засвоїти:
- Пучок білого світла при проходженні через речовину, що має заломлюючий кут, розкладається на пучки різної кольоровості. Це називається дисперсією світла.
- При падінні на межу розділу двох середовищ світлові пучки різної кольоровості заломлюються по-різному:червоні — менше, а фіолетові — більше.
- Об'єктивна характеристика кольоровості – частота електромагнітної хвилі.
- Створювати поняття “дисперсія світла”.
- Розпізнавати дисперсію світла серед інших явищ.
- Відтворювати дисперсію світла у конкретній ситуації.
- Ті уявлення про фізичні явища, що виникають у нашій свідомості в результаті їх вивчення, відповідають дійсності, тобто є відображенням об'єктивно існуючого світу.
- Органи почуттів дають лише обмежену інформацію про властивості матеріальних об'єктів.
- Людський розум здатний відкривати такі властивості об'єктів, які не виявляються простим спостереженням.
- Виховання почуття прекрасного шляхом використання міжпредметних зв'язків фізика + література + живопис.
Етап актуалізації знань.
Звучить музика з опери П. І. Чайковського "Іоланта".
Викладач.Сьогодні на уроці ми закінчимо вивчення хвильових властивостей світла і з'ясуємо, яка роль світла в житті людини. Світло ... Таке коротке і в той же час ємне слово.
Чудовий дар природи вічної, Дар безцінний ісвятий, У ньому джерело нескінченне Насолоди красою.
Це слова з гімну світла, яке пролунало в опері П. І. Чайковського "Іоланта". Світло ... Таке коротке, але ємне слово. Без світла немислиме життя людини. Тому питання про те, що таке світло, виникло відразу, як тільки людина почала розмірковувати про навколишній світ. XVII століття започаткувало уявлень про природу світла. Досить назвати деяких учених, які зробили величезний внесок у розвиток вчення про природу світла: Ньютон, Гюйгенс, Юнг, Френель, Максвелл, Лебедєв, Вавілов. Зверніть увагу на слова, написані на дошці:
Нехай три століття минуло з тих пір, Ще не вирішилася ця суперечка. Один сказав, що світло - це хвиля, Подібна механічної вона. Інший сказав, що світло - потік частинок. >В будь-якому середовищі він не знає кордонів. Светло твого вікна – він квант чи хвиля?
Викладач.Назвіть вчених, які дотримувалися квантової природи світла?
Учні.Ньютон, Планк, Вавілов.
Викладач.Хто з вчених дотримувався хвильової структури світла?
Учні.Гюйгенс, Френель, Юнг, Лебедєв.
Викладач.Які відкриття були зроблені українськими вченими Лебедєвим та Вавіловим?
Учні.Коротке повідомлення про цих вчених та їх відкриття.
Викладач.Сьогодні ми говоритимемо про хвильові властивості світла. Які властивості світла ви знаєте?
Учні.Називають і на дошці відкривають властивості, написані на аркушах, розфарбованих у кольори веселки.
Виходить діаграма (одна властивість закрита).
^
Мотиваційний етап.
Викладач.У нас залишилося не відкритим одна властивість. Спробуємо виявити його експериментально. Використовуючи відомі властивості світла,отримайте зображення нитки лампочки від кишенькового ліхтаря за допомогою лінзи, що збирає.
Учні.Працюють у групах (6 груп). На партах лампочка на підставці, батарейка, лінза та екран. Отримують зображення нитки лампочки і роблять висновок: зображення має райдужне забарвлення.
Викладач.Чи можна пояснити це явище відомими вам властивостями світла?
Етап створення нового знання.
Викладач.Щоб вивчити це явище необхідно з'ясувати, чи тільки проходячи через лінзу, біле світло забарвлюється?
Демонструється досвід розкладання світла на спектр за допомогою проекційного апарату, використовуючи призми з флінтгласу і кронгласу, призму прямого зору. Який висновок можна зробити?
Учні.Розкладання світла на кольори відбувається при проходженні його через прозору речовину.
Викладач.Подивіться через скошені грані плоскопаралельної пластинки на лампочку. Чи є фарбування?
Викладач.Якщо дивитися на світ через плоскі сторони платівки?
Висновок: При проходженні світла через речовину, що має заломлюючий кут, відбувається розкладання світла на кольори.
Викладач.Тепер перевіримо, чи розкладатиметься на кольори світло, що має забарвлення.
Для цього проведемо експеримент. Між призмою та екраном ставимо екран із щілиною, крізь яку проходить червоне світло. Далі поміщаємо другу призму і спостерігаємо, що це світло не розкладається на кольори. Таке світло назвали монохроматичним.
Учні.Тільки біле світло при проходженні через речовину, що має заломлюючий кут, розкладається на кольори.
Викладач.Введемо назву цього явища і дамо йому визначення.
Дисперсією називається явище розкладання світла на кольори під час проходженнясвітла через речовину, що має заломлюючий кут.
Доповнимо це визначення, використовуючи теорію Максвелла. Відповідно до цієї теорії , оскільки = 1 у більшості середовищ, то .
Також v = c/n. Отже, швидкість світла речовині залежить від постійних величин цієї речовини (,n). З іншого боку, швидкість поширення світла залежить від довжини хвилі чи частоти світла. Отже, показник заломлення середовища залежить від довжини (частоти) світла. Це і є дисперсія за визначенням Максвелла. ^
Етап закріплення матеріалу.
Викладач.Отже, ми вивчили всі хвильові властивості світла. Давайте з'ясуємо, де і коли ми використовуємо ці властивості. У багатьох галузях природознавства колір є важливою діагностичною ознакою. Маючи точну характеристику, легше визначати види рослин, тварин, мінералів. Величезне значення світло та колір мають у образотворчому мистецтві.
Викладач.Зверніть увагу на картини відомих художників (картини Левітана "Золота осінь", Джогіна "Захід Сонця", Айвазовського "Райдуга", Шишкіна "Ранок у сосновому борі"), які представлені на дошці. Які кольори ви бачите? Чи лише ті, що входять до складу білого?
Учні.Ні. На картинах використовувалися пурпурові, малинові кольори.
Викладач.Як можна отримати такі кольори?
Учні.Шляхом змішування різних кольорів набувають різні відтінки.
Викладач.Ми з'ясували, що біле світло складається з семи кольорів. Який колір ми отримаємо при складанні цих кольорів?
Демонструється досвід зі складання кольорів за допомогою диска Ньютона.
Учні.При складанні кольорів ми отримуємо біле світло.
Викладач.Подивіться на дошку. Перед вами схема трьох основних кольорів (рисунок 1).
Червоний, жовтий та синій – найчистіші кольори, бо їх не можна отримати змішуванням інших кольорів. З них, навпаки, можна отримати всі інші кольори. Три вторинних кольори виходять шляхом змішування основних: червоний і жовтий у суміші дають помаранчевий, жовтий із синім, дають зелений, синій із червоним дають пурпуровий. Кольори, що протилежать на колірному колі, називаються додатковими (Додатковий до зеленого – червоний тощо), у суміші, з якими вони дають білий колір.
Викладач.Повернемося до картин. Зверніть увагу на забарвлення неба під час заходу сонця і вдень. Як пояснити відмінності у забарвленні неба? Для цього необхідно використовувати закон Релея, згідно з яким розсіювання світла в середовищі обернено пропорційно до четвертого ступеня довжини світлової хвилі. Цей закон повністю застосовується до чистого повітря. Причому червоний колір буде більш насиченим, якщо товщина шару буде більшою. Навпаки, синій або блакитний колір більш насичений, коли шар, що розсіює, більш тонкий.
Учні.При проходженні через атмосферу сині та фіолетові промені послаблюються сильніше, ніж червоні та помаранчеві. Тому при заході сонця небо забарвлюється в червоні кольори. Блакитний колір піднебіння найбільш насичений у зеніті, де промінь зору зустрічає найтонший шар повітря. На самому горизонті, де товща повітря максимальна, небо виглядає трохи блакитним або навіть білим.
Викладач.Чи спостерігали ви, колись, веселку? Поясніть її походження. Чому веселка має форму дуги?
Учні.Веселка виникає внаслідок дисперсії сонячних променів у крапельках води. У кожній крапельці промінь відчуває багаторазове внутрішнє відображення, але при кожному відображенні частина енергії виходить назовні. Тому чим більше внутрішніх відбитків відчувають промені в краплі, тим слабша веселка.Спостерігати веселку можна, якщо Сонце знаходиться позаду спостерігача. Тому найяскравіша, первинна веселка формується з променів, що зазнали одного внутрішнього відбиття. Вони перетинають падаючі промені під кутом близько 42 0 . Геометричним місцем точок, розташованих під кутом 42 0 до падаючого променя, є конус, що сприймається оком у його вершині як коло. При освітленні білим світлом буде виходити кольорова смуга, причому червона дуга завжди вища за фіолетову.
Викладач.Досвід з диском Бенхема (рисунок 2). Чергування чорних і білих смужок моделює розкладання світлових хвиль. Знайдіть пояснення цього явища вдома.
Викладач.У чому ми сьогодні переконалися?
Учні.Досвід - джерело знань, органи почуттів дають лише обмежену інформацію про властивості об'єктів.
Викладач.Тепер завдання щодо груп.
- Чому дисперсійний спектр білого світла, отриманий при його пропусканні через скляну призму, стиснутий у червоній частині та розтягнутий у фіолетовій?(Відповідь. Показник заломлення скла в області коротких хвиль при зміні довжини хвилі випромінювання змінюється швидко, а в області довгих хвиль – повільно).
- Зелений пучок кольору переходить із повітря у воду. Чи змінюються у своїй його частота, довжина хвилі, колір?(Відповідь. Довжина хвилі у воді в n разів менша, ніж у повітрі. Частота хвилі і, отже, колір пучка не змінюються).
- На шляху білого пучка поставили червоний і зелений світлофільтри, один за одним. Що вийде на виході?(Відповідь. Червоний світлофільтр пропускає тільки червоне світло, а зелене його поглинає, отже, на виході світла не буде взагалі).
- Чому колір картин або інших матеріалів при денному та електричному освітленні різний?(Відповідь. Колір визначається відбитим випромінюванням, яке склад залежить від складу падаючого випромінювання).
- Чому в кімнаті з темними шпалерами темно, а зі світлими світло?(Відповідь. Темні шпалери поглинають світло сильніше, ніж світлі).
- Чому за точного визначення показника заломлення речовини користуються не білим світлом, а монохроматичним? (Відповідь. Коефіцієнти заломлення променів різного кольору неоднакові через дисперсію).