Меню

Почему луч света проходя сквозь призму



Школьная Энциклопедия

Nav view search

Навигация

Искать

Дисперсия света. Спектр

Подробности Категория: Фотометрия Опубликовано 14.01.2015 11:20 Просмотров: 9512

После грозы и дождя, когда из-за туч выглядывает солнышко, мы часто наблюдаем на небе очень красивое явление — радугу.

Она состоит из разноцветных дуг. Причём цвета в ней всегда чередуются в определённой последовательности: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый. Оказывается, на такие цвета разлагается обыкновенный солнечный свет.

Что такое дисперсия света

Разложение белого света на цвета называют дисперсией света.

Для знакомства с этим явлением проведём простой опыт. Направим узкий луч белого света на прозрачную трёхгранную призму из стекла, расположенную в тёмной комнате. Пройдя сквозь грани призмы, луч преломится дважды и отклонится. Кроме того за призмой вместо одного белого луча мы увидим семь разноцветных, окрашенных в те же цвета, что и радуга, лучей, расположенных в той же последовательности. Причём окажется, что сильнее всего преломился фиолетовый луч, а меньше всего красный. То есть, угол преломления зависит от цвета луча.

Если на пути цветового спектра поместить другую призму, повёрнутую на 180° относительно первой, то пройдя через неё, все цветовые лучи снова соберутся в луч белого света.

Опыт с прохождение белого света через призму первые провёл Исаак Ньютон. Он же объяснил, что цвет — это собственное свойство света.

Из своего опыта Нютон сделал 2 вывода:

  1. Белый свет имеет сложную структуру. Он состоит из потока частиц разного цвета.
  2. Все эти частицы движутся с разной скоростью, поэтому лучи разного цвета и преломляются на разный угол. Самая высокая скорость у частиц красного цвета. Он преломляется через призму меньше всех других цветов. Чем меньше скорость, тем больше показатель преломления.

Именно Ньютон разделил цветовой спектр на 7 цветов, потому что считал, что существует связь между цветами и музыкальными нотами, которых тоже 7, семью днями недели и семью объектами Солнечной системы (во времена Ньютона были известны только 7 планет: Меркурий, Венера, Земля, Луна, Марс, Сатурн, Юпитер), семью чудесами света. Правда, в спектре Ньютона синий цвет назывался индиго.

Чтобы легче было представить последовательность цветов в спектре, достаточно запомнить фразу, в которой заглавные буквы совпадают с первыми буквами наименований цветов: « Каждый Охотник Желает Знать , Где Сидит Фазан ».

В общем смысле спектром в физике называют распределение значений физической величины (энергии, массы или частоты).

Спектр видимого излучения

Свет, представляющий собой волны одинаковой длины и соответствующий одному цвету, называется монохроматичным. Белый свет представляет собой набор электромагнитных волн различной длины. Поэтому он является полихроматичным.

Почему же белый свет разлагается на другие цвета, проходя через призму? Причина в том, что каждый цвет, входящий в состав белого света, имеет свою длину световой волны и распространяется в прозрачной оптической среде со своей фазовой скоростью, отличной от скоростей волн других цветов. У красного цвета эта скорость в среде максимальна, а у фиолетового минимальна. Кстати, скорости эти различны только в оптической среде. В вакууме скорость лучей разного цвета остаётся постоянной и равной скорости света.

Лучи разного цвета (разной длины волны) имеют разные показатели преломления, поэтому по-разному отклоняются при переходе из одной среды в другую. В зависимости показателя преломления света от длины волны заключается суть явления дисперсии света. По этой причине и возникает спектр.

Отношение скорости света в вакууме к его скорости в данной среде называют абсолютным показателем преломления среды.

где с — скорость света; v — скорость света в оптической среде.

Зная длину волны, можно вычислить показатель преломления среды для каждого цвета видимого спектра.

Итак, белый свет разлагается на разные цвета, потому что каждый цвет имеет свой показатель преломления.

Дисперсией объясняется появление радуги. Капельки воды сферической формы, парящие в атмосфере, преломляют, а затем и отражают солнечный свет от своей внутренней поверхности. В результате он разлагается в спектр, и мы видим разноцветное свечение. Грани бриллианта «играют» цветами также благодаря дисперсии.

Цвета, входящие в спектр, называются спектральными цветами. Но спектр содержит не все цвета, которые воспринимает мозг человека. Например, в нём нет розового цвета. Он получается при смешении других цветов.

В спектре не существует резкой границы между цветами. Все цвета плавно переходят друг в друга.

Длины волн, соответствующих каждому цвету, были определены одним из создателей волновой теории света английским физиком, механиком, врачом, астрономом и востоковедом Томасом Юнгом.

Свет и цвет

Сложной структурой белого света объясняется многообразие красок в окружающем нас мире. Из-за того что световые лучи разного цвета по-разному отражаются от предметов или поглощаются ими, мы и видим мир цветным.

Читайте также:  7 чудес света джубга

Помните выражение: «Все кошки ночью серые»? А ведь это действительно так. В темноте цвет различить невозможно. Там, где нет света, все предметы кажутся нам чёрными. Но стоит только направить на кошку луч света, как она сразу же приобретёт цвет.

Цвет предмета — это цвет отражённой волны спектра. Белые предметы отражают все цвета, поэтому мы и видим их белыми. Чёрные, наоборот, все цвета поглощают и не отражают ничего. Траву мы видим зелёной, потому при солнечном свете она отражает зелёный цвет, а все остальные поглощает. Банан жёлтый, потому что отражает жёлтый цвет и т.д.

Источник

3.6.4 Законы преломления света. Ход лучей в призме

Видеоурок 1: Преломление света — Физика в опытах и экспериментах

Видеоурок 2: Геометрическая оптика: Законы преломления

Лекция: Законы преломления света. Ход лучей в призме

В тот момент, когда луч падает на некоторую другую среду, он не только отражается, но и проходит сквозь нее. Однако, из-за разности плотностей, он меняет свой путь. То есть луч, попадая на границу, изменяет свою траекторию распространения и двигается со смещением на некоторый угол. Преломление будет происходить в том случае, когда луч падает под некоторым углом к перпендикуляру. Если же он совпадает с перпендикуляром, то преломления не происходит и луч проникает в среду под таким же углом.

Воздух-Среда

Самой распространенной ситуацией при переходе света из одной среды в другую является переход из воздуха.

Итак, на рисунке АО — луч, падающий на границу раздела, СО и ОD — перпендикуляры (нормали) к разделам сред, опущенные из точки падения луча. ОВ — луч, который преломился и перешел в другую среду. Угол, находящийся между нормалью и падающим лучом, называется углом падения (АОС). Угол, что находится между преломленным лучом и нормалью, называется углом преломления (ВОD).

Чтобы выяснить интенсивность преломления той или иной среды, вводят ФВ, которая носит название показатель преломления. Данная величина является табличной и для основных веществ значение является постоянной величиной, которую можно найти в таблице. Чаще всего в задачах используются показатели преломления воздуха, воды и стекла.

Законы преломления для воздух-среда

1. При рассмотрении падающего и преломленного луча, а также нормали к разделам сред, все перечисленные величины находятся в одной плоскости.

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления является постоянной величиной, равной показателю преломления среды.

Из данного соотношения понятно, что значение показателя преломления больше единицы, это значит, что синус угла падения всегда больше синуса угла преломления. То есть, если луч выходит из воздуха в более плотную среду, то угол уменьшается.

Показатель преломления так же показывает, как изменяется скорость распространения света в той или иной среде, относительно распространения в вакууме:

Отсюда можно получить следующее соотношение:

Когда мы рассматриваем воздух, то можем делать некоторые пренебрежения — будем считать, что показатель преломления данной среды равен единице, тогда и скорость распространения света в воздухе будет равен 3*10 8 м/с.

Обратимость лучей

Данные законы применимы и в тех случаях, когда направление лучей происходит в обратном направлении, то есть из среды в воздух. То есть на траекторию распространения света не влияет направление, в котором происходит перемещение лучей.

Закон преломления для произвольных сред

Если, например, луч переходит из воды в стекло, или любую другую среду, то используется общий вид закона преломления света.

Если некоторая среда имеет больший показатель преломления, то она получила название более плотной среды. Если луч идет из менее плотной среды в более плотную, то угол преломления меньше угла падения, если же луч идет из более плотной среды в менее плотную, то угол преломления больше.

То есть для данного случая мы получим общую формулу для закона преломления:

Источник

Исследовательская работа по теме «Преломление света». 5-й класс

Класс: 5

Презентация к уроку

Проблема исследования – объяснить образование радуги и миражей

Цель: исследовать световое явление рефракции (преломления света)

Задачи исследования:

  • осуществить поиск информации по обозначенной проблеме;
  • подобрать необходимое оборудование;
  • осуществить экспериментальную часть исследования;
  • провести анализ полученных результатов;
  • оформить результаты исследования в форме презентации

Эту тему я выбрала потому что, мир солнечного света интересен, огромен, разнообразен. Описанные в работе световые явления можно наблюдать всегда и везде: в ясный и в пасмурный день, на суше и на море, в сельской местности и даже в городах. Напряженный ритм жизни приковывает внимание человека к тому, что он видит перед собой в непосредственной близости на Земле. Человек отвыкает наблюдать за небом. Поэтому хочется призвать всех: при каждой возможности отрывайте взгляд от земли и смотрите на небо! Как разнообразно оно и каждый раз по-своему удивительно красиво!

Читайте также:  Комнатные цветы которым не надо много света

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.

–Я думаю, вы узнали, какое явление описано в поэтических строках Ф.И.Тютчева? (Радуга)

Радуга – одно из самых красивых явлений природы, и люди уже давно задумывались над её природой.

Отчего же появляется такая красивая, да еще цветная картина в воздухе? Ответ на этот вопрос я искала в дополнительной литературе. Вот, что я узнала.

1. Значение слова по словарю Ожегова:

Радуга — разноцветная дуга на небесном своде, образующаяся вследствие преломления солнечных лучей в дождевых каплях.

2. Авторы этимологического словаря указывают, что слово “радуга” произошло от «райская дуга»

3. В древнегреческой мифологии — это дорога Ириды (богини радуги), посланницы между мирами богов и людей.

4. В Библии радуга появилась после всемирного потопа как знак того, что Бог простил людей, что потопа никогда больше не будет (Быт.9:13-15)

Первые попытки дать научное объяснение одному из красивейших явлений природы сделал ещё древнегреческий учёный Аристотель.

Его учение продолжил немецкий монах и учёный Теодорик из Фрайберга.

Первая попытка объяснить радугу как естественное явление природы была сделана архиепископом Антонио Доминисом.

Научное объяснение радуги впервые дал Рене Декарт в 1637 году. Он объяснил возникновение радуги на основании законов преломления и отражения солнечного света в каплях выпадающего дождя.

Спустя 30 лет Исаак Ньютон дополнил теорию Декарта, объяснив, как преломляются цветные лучи в каплях дождя. В 1666 году Исаак Ньютон доказал, что обычный белый цвет – это смесь лучей разного цвета.

Итак, что же сделал Ньютон? “Я затемнил мою комнату, — писал он, — и сделал очень маленькое отверстие в ставне для пропуска солнечного света”. На пути солнечного луча ученый поставил особое трехгранное стеклышко — призму. На противоположной стене он увидел разноцветную полоску – спектр. Ньютон объяснил это тем, что призма разложила белый цвет на составляющие его цвета. Он первый разгадал, что солнечный луч многоцветный.

Радуга – самый знаменитый, всем известный спектр. Значит, чтобы появилась радуга, солнечному лучу надо пролететь сквозь призму? Но ведь на небе нет никаких призм! Как же тогда появляется радуга?

Капли воды рассеивают белый свет солнца – то есть разделяют его на спектр, подобно призме. Каждая капелька выполняет роль крохотной призмы, а поскольку их очень много, то и радуга получается в полнеба.

Наружный край дуги обычно красный, а внутренний – фиолетовый. В солнечном спектре различают семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Чтобы лучше запомнить их последовательность люди придумали такие фразы: “Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан”. “Как Однажды Жак-Звонарь Голубой Стащил Фонарь”. По первым буквам слов и вспоминают цвета.

Все радуги — это солнечный свет, который проходит через дождевые капли, как сквозь призмы, преломляется и отражается на противоположной стороне неба.

Тогда возникает вопрос: почему мы не всегда во время дождя при солнце видим радугу?

Для этого необходимы следующие условия:

  1. Радуга появляется только тогда, когда выглянуло из-за туч солнце и только в стороне, противоположной солнцу.
  2. Радуга возникает, когда солнце освещает завесу дождя.
  3. Находиться надо строго между солнцем (оно должно быть сзади) и дождём (он должен быть перед тобой).

Солнце, наши глаза и центр радуги должны находиться на одной линии! Иначе радугу не увидеть!

Если солнце высоко в небе, то такую прямую линию провести невозможно. Вот почему радугу можно наблюдать только рано утром или ближе к вечеру. Радуга появляется при условии, что угловая высота солнца над горизонтом не превышает 42 градуса.

Можно ли видеть целый круг радуги?

С поверхности Земли мы можем наблюдать радугу в лучшем случае в виде половины круга, когда Солнце находится на горизонте. С самолета можно наблюдать радугу в виде целого круга. Описание такой круговой радуги было помещено в журнале “Природа”. Ее видели пассажиры самолета, летевшего на высоте 1000м.

Нередко радугу можно увидеть в брызгах водопада, фонтана или даже поливальной машины. Иногда можно наблюдать побочную радугу, которая расположена над первой и имеет обратное чередование цветов. Это бывает в тех случаях, когда солнечный луч дважды отражается в каплях воды.

Вывод: радуга появляется в солнечную погоду во время дождя, когда солнечные лучи проходят сквозь дождевые капли.

А бывает ли радуга без дождя?

Читайте также:  Ближний свет land cruiser 200 цоколь

Оказывается, такое чудо тоже бывает. Зимой в воздухе “плавают” кристаллики льда. Они тоже могут разделить белый цвет на семь цветов радуги, поэтому радугу можно наблюдать даже зимой. 8 ноября 2006 зимняя радуга украсила небо над Москвой.

А как образуются миражи?

Кто не слышал о миражах или не читал их описаний, сделанных путешественниками по пустыням Азии и Африки. Появление миража обычно описывается примерно так. По раскаленным Солнцем безжизненным пескам пустыни, страдая от нестерпимой жары и жажды, медленно движется караван верблюдов. И люди и животные давно устали. Вода в бурдюках кончилась. И вдруг вдали, на горизонте, среди песков блеснула полоска воды. Нет, это не узкая полоска, а целое озеро, сверкающее на Солнце. Озеро кажется как бы парящим в воздухе.

Такие кажущиеся “озера” жители северной Африки называют “морями дьявола”. В восточных сказаниях и легендах говорится о коварной фее Моргане, которая заманивала путников в пустыню, показывая им хрустальные воздушные дворцы. По имени этой сказочной героини сложного вида миражи и теперь называют “фата — моргана” (от латинского “фата” — “фея”).

Слово мираж французского происхождения и имеет два значения: “отражение” и “обманчивое видение”. Оба значения этого слова хорошо отражают сущность явления. Мираж представляет собою изображение реально существующего на Земле предмета, часто увеличенное и сильно искаженное. Различают несколько видов миражей в зависимости от того, где располагается изображение по отношению к предмету. Миражи бывают: верхние, нижние, боковые и сложные. Нижние миражи наблюдают, как правило, в пустынях и степях. Они возникают над сильно нагретой поверхностью. Мираж называется нижним, так как изображение предмета помещается под предметом. В нижних миражах кажется, будто под предметом находится водная поверхность, и все предметы в ней отражаются.

Верхние миражи возникают, наоборот, над сильно охлажденной поверхностью, например над холодной водой. В верхних миражах изображение располагается над предметом. В одних случаях они дают прямое изображение, в других случаях в воздухе появляется перевернутое изображение

К числу верхних миражей, по-видимому, следует отнести “Летучий голландец” — призрачное парусное судно необычайно больших размеров без видимой команды на борту. Оно внезапно появлялось, безмолвно шло, не отвечая на сигналы, и так же внезапно исчезало. Встреча с “Летучим голландцем” считалась роковой, надо было ждать шторма или другой беды.

Что же в действительности представлял собой “Летучий голландец”? Это был, без сомнения, верхний мираж, то есть изображение какого-либо обыкновенного парусного судна, которое спокойно шло где-то далеко за горизонтом, а его увеличенное и искаженное изображение, в виде верхнего миража, поднималось в воздух, и его принимали за “Летучего голландца”.

И в нашей местности в жаркий летний день можно увидеть миражи в виде мокрого асфальта.

Все выше перечисленные явления связаны с преломлением света. Так что же такое преломление?

Когда луч света, минуя одну прозрачную среду, проходит в другую, например, сквозь воздух в стекло, то его скорость меняется, а направление движения искривляется, т.е. свет движется не вниз, а вверх. Это явление называется преломлением, или рефракцией.

С явлениями рефракции мы часто сталкиваемся в жизни. Из-за преломления кажется, что ложка в стакане согнута на уровне воды, а купающемуся, бассейн кажется более мелким, чем он есть на самом деле.

Преломление света можно получить с помощью мыльных пузырей. Стенка пузыря состоит из трех слоев. Сверху и снизу слои из молекул мыла, а между ними – слой воды. Свет, проходя сквозь такую пленку, преломляется, как в призме (пускает пузыри).

Чтобы убедиться в том, что белый цвет состоит из семи цветов и радугу можно получить искусственным путём, я провела опыт, который описан в книге “Большая книга экспериментов для школьников”. Я получила радугу, используя ёмкость для воды, плоское зеркало, белый картон и воду. (Демонстрация опыта)

А сейчас я продемонстрирую прибор, который разлагает луч света. (Демонстрация прибора, разлагающего луч света).

Осуществление данного исследования позволило мне развить навыки работы с дополнительной литературой, умение проводить эксперименты, обосновывать итоги исследований.

Во время работы

я узнала о таком световом явлении, как преломление света (рефракция), о том, как образуется радуга, миражи;

в результате практической работы научилась получать радугу в домашних условиях.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные материалы могут быть использованы учителями школы, преподающими естественные науки, при прохождении темы “Световые явления” или при проведении внеурочных занятий.

Литература.

  1. Белкин И.К. Что такое радуга? — “Квант” 1984, №12
  2. Булат В.Л. “Оптические явления в природе”, М.: Просвещение, — 1974
  3. Зверева В.Л. “Солнечный свет в атмосфере”, М., — 1988
  4. Тарасов Л.В. “Физика в природе”, М.: Просвещение, — 1988
  5. Ресурсы-интернет.

Источник