Дисперсия – зависимость показателя преломления и скорости света от частоты световой волны.

Введение в тему урока

Опыты И.Ньютона по дисперсии

– Кто из вас, ребята, слышал или знает об этом удивительном явлении или его открытии?
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" ("История физики", Б. И.Станков, стр. 123.). 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 (используем разные прозрачные материалы)

белый свет – это сложный свет, совокупность волн длинами от 380 до 760 нм.

4. 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.

Исследовательская экспериментальная работа

Учащиеся выполняют творческое экспериментальное задание (6-7 мин):

5.1. Разложение белого света на его цветовые составляющие (используется лабораторное оборудование L-микро). В начале эксперимента учащимся напоминается техника безопасности работы с электрооборудованием.

При выполнении практического задания обратить внимание учащихся на угол падения лучей на призму (кювету с водой).

5.2. После выполнения практического задания рассмотрите окрашивание в цвета радуги света, проходящего через призму, от яркого источника света.
Работа с учебником (§ 60). Определение дисперсии.

Дисперсия – зависимость показателя преломления и скорости света от частоты световой волны.

За счёт дисперсии происходит разложение белого света (но это происходит и при интерференции, дифракции, поляризации). В веществе же скорость света зависит от частоты и показателя преломления.

n = c/ v = f(v)

Вывод: В веществе скорость распространения коротковолнового излучения меньше, чем длинноволнового. Значит показатель преломления n 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, а также в результате дифракции или интерференции. Например, вследствие того, что волны разной длины волны преломляются по-разному, пучок белого света, попадая на тонкую пленку, интерферирует и возникает радужная окраска (мыльные пузыри, крылья насекомых… и др), из-за того, что волны разной длины волны по-разному рассеиваются на скоплениях молекул в воздухе, возникает голубой цвет неба. 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.

5.3.Совместно с учащимися решаем вопрос о неразложимости в спектр монохроматического света.

Проверим, будет ли разлагаться на цвета свет, имеющий определенную окраску. Используем ту же установку по изучению дисперсии света, закроем щелевую диафрагму красным светофильтром. Призма не добавляет никаких новых оттенков в свет, в котором с самого начала присутствовала только цветовая составляющая. Объясняя наблюдаемый эффект, необходимо подчеркнуть, что светофильтр пропускает свет в некотором определенном интервале длин волн. При этом световые волны с другими длинами поглощаются в материале светофильтра.
Точно такой же вывод можно сделать, рассмотрев прохождение через призму излучения полупроводникового лазера. Излучаемый лазером свет является существенно более монохроматическим, чем свет графического проектора после светофильтра. Рассматривая результаты проведенных экспериментов, учащиеся делают вывод о том, что монохроматическое излучение в спектр разложить нельзя.

Видеофрагмент (Приложение 2)

6. Первичный контроль усвоения знаний (Фронтальный опрос. Учащимся необходимо закончить утверждение)

• Призма не изменяет свет, а лишь… (разлагает)
• Белый свет как электромагнитная волна состоит из… (семи цветов)
• Световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются и по … (степени преломляемости)
• Наиболее сильно преломляется … (фиолетовый свет)
• Меньше преломляется… (красный свет)
• Красный свет, который меньше преломляется, имеет … в среде, а фиолетовый … (наибольшую скорость, наименьшую скорость)
• Фиолетовые лучи преломляются сильнее красных, следовательно, …(nф> nк)
• Дисперсия – зависимость … в веществе от частоты волны (скорости света). Зависимость показателя преломления света от … (частоты или длины волны) также называется дисперсией.