Чем больше длина волны тем больше показатель преломления
6.2. Дисперсия света
Дисперсия света — это зависимость показателя преломления n вещества от длины волны света (в вакууме)
или, что то же самое, зависимость фазовой скорости световых волн от частоты:
Дисперсией вещества называется производная от n по 
Дисперсия — зависимость показателя преломления вещества от частоты волны – особенно ярко и красиво проявляет себя совместно с эффектом двойного лучепреломления (см. Видео 6.6 в предыдущем параграфе), наблюдаемом при прохождении света через анизотропные вещества. Дело в том, что показатели преломления обыкновенной и необыкновенной волн различно зависят от частоты волны. В результате цвет (частота) света прошедшего через анизотропное вещество помещенное между двумя поляризаторами зависит как от толщины слоя этого вещества, так и от угла между плоскостями пропускания поляризаторов.
Для всех прозрачных бесцветных веществ в видимой части спектра с уменьшением длины волны показатель преломления увеличивается, то есть дисперсия вещества отрицательна: 
. (рис. 6.7, области 1-2, 3-4)
Нормальная дисперсия вещества — это отрицательная дисперсия
Если вещество поглощает свет в каком-то диапазоне длин волн (частот), то в области поглощения дисперсия
оказывается положительной и называется аномальной (рис. 6.7, область 2–3).
Рис. 6.7. Зависимость квадрата показателя преломления (сплошная кривая) и коэффициента поглощения света веществом
(штриховая кривая) от длины волны l вблизи одной из полос поглощения (
)
Изучением нормальной дисперсии занимался ещё Ньютон. Разложение белого света в спектр при прохождении сквозь призму является следствием дисперсии света. При прохождении пучка белого света через стеклянную призму на экране возникает разноцветный спектр (рис. 6.8).
Рис. 6.8. Прохождение белого света через призму: вследствие различия значений показателя преломления стекла для разных
длин волн пучок разлагается на монохроматические составляющие — на экране возникает спектр
Наибольшую длину волны и наименьший показатель преломления имеет красный свет, поэтому красные лучи отклоняются призмой меньше других. Рядом с ними будут лучи оранжевого, потом желтого, зеленого, голубого, синего и, наконец, фиолетового света. Произошло разложение падающего на призму сложного белого света на монохроматические составляющие (спектр).
Ярким примером дисперсии является радуга. Радуга наблюдается, если солнце находится за спиной наблюдателя. Красные и фиолетовые лучи преломляются сферическими капельками воды и отражаются от их внутренней поверхности. Красные лучи преломляются меньше и попадают в глаз наблюдателя от капелек, находящихся на большей высоте. Поэтому верхняя полоса радуги всегда оказывается красной (рис. 26.8).
Рис. 6.9. Возникновение радуги
Используя законы отражения и преломления света, можно рассчитать ход световых лучей при полном отражении и дисперсии в дождевых каплях. Оказывается, что лучи рассеиваются с наибольшей интенсивностью в направлении, образующем угол около 42° с направлением солнечных лучей (рис. 6.10).
Рис. 6.10. Расположение радуги
Геометрическое место таких точек представляет собой окружность с центром в точке 0. Часть ее скрыта от наблюдателя Р под горизонтом, дуга над горизонтом и есть видимая радуга. Возможно также двойное отражение лучей в дождевых каплях, приводящее к радуге второго порядка, яркость которой, естественно, меньше яркости основной радуги. Для нее теория дает угол 51°, то есть радуга второго порядка лежит вне основной. В ней порядок цветов заменен на обратный: внешняя дуга окрашена в фиолетовый цвет, а нижняя — в красный. Радуги третьего и высших порядков наблюдаются редко.
Элементарная теория дисперсии. Зависимость показателя преломления вещества от длины электромагнитной волны (частоты) объясняется на основе теории вынужденных колебаний. Строго говоря, движение электронов в атоме (молекуле) подчиняется законам квантовой механики. Однако для качественного понимания оптических явлений можно ограничиться представлением об электронах, связанных в атоме (молекуле) упругой силой. При отклонении от равновесного положения такие электроны начинают колебаться, постепенно теряя энергию на излучение электромагнитных волн или передавая свою энергию узлам решетки и нагревая вещество. В результате этого колебания будут затухающими.
При прохождении через вещество электромагнитная волна воздействует на каждый электрон с силой Лоренца:
где v — скорость колеблющегося электрона. В электромагнитной волне отношение напряженностей магнитного и электрического полей равно
Поэтому нетрудно оценить отношение электрической и магнитной сил, действующих на электрон:
Электроны в веществе движутся со скоростями, много меньшими скорости света в вакууме:
Таким образом, можно считать, что при прохождении через вещество электромагнитной волны на каждый электрон действует только электрическая сила:
где 
— амплитуда напряженности электрического поля в световой волне, 
— фаза волны, определяемая положением рассматриваемого электрона. Для упрощения вычислений пренебрежем затуханием и запишем уравнение движения электрона в виде
где, 
— собственная частота колебаний электрона в атоме. Решение такого дифференциального неоднородного уравнения мы уже рассматривали ранее и получили
Следовательно, смещение электрона из положения равновесия пропорционально напряженности электрического поля. Смещениями ядер из положения равновесия можно пренебречь, так как массы ядер весьма велики по сравнению с массой электрона.
Атом со смещенным электроном приобретает дипольный момент
(для простоты положим пока, что в атоме имеется только один «оптический» электрон, смещение которого вносит определяющий вклад в поляризацию). Если в единице объема содержится N атомов, то поляризованность среды (дипольный момент единицы объема) можно записать в виде
В реальных средах возможны разные типы колебаний зарядов (групп электронов или ионов), вносящих вклад в поляризацию. Эти типы колебаний могут иметь разные величины заряда еi и массы тi, а также различные собственные частоты 
(мы будем обозначать их индексом k), при этом число атомов в единице объема с данным типом колебаний Nk пропорционально концентрации атомов N:
Безразмерный коэффициент пропорциональности fk характеризует эффективный вклад каждого типа колебаний в общую величину поляризации среды:
Оптические свойства
Луч света при переходе из одной среды в другую меняет свое направление, что связано с изменением скорости распространения света в различных средах. При прохождении в воздухе и через плоскопараллельную стеклянную пластинку (рис. 1.5) падающий луч образует определенные углы с нормалью к поверхности раздела сред в точке падения. Если луч идет из воздуха в стекло, то угол a будет углом падения, а угол b — углом преломления. На рис. угол a больше угла b, потому что скорость распространения световых волн в воздухе больше, чем в стекле.
Рис. Прохождение светового луча через плоскопараллельную стеклянную пластинку.
В данном случае воздух является оптически менее плотной средой, чем стекло. Показатель преломления может быть определен из соотношения
Показатель преломления среды не зависит от угла падения луча на поверхность среды, но зависит от свойств самой среды и длины волны падающего света. Чем больше длина волны падающего света, тем меньше показатель преломления, поэтому луч белого (смешанного) света, входя в стекло под углом к поверхности, расщепляется на пучок расходящихся цветовых лучей, т.е. подвергается дисперсии.
Рис. Разложение белого спектра призмой (а) и диапазон цветов видимой части спектра (б).
Если параллельный пучок белого света, ограниченный узкой щелью, падает на стеклянную призму, то на экране, расположенном за призмой, обнаруживается картина различных цветов, называемая спектром (рис. a). В спектре наблюдается строгая последовательность этих цветов, переходящих от одного к другому, начиная от фиолетового и кончая красным (рис. б). Причиной разложения света является зависимость показателя преломления от длины волны. Чем короче длина волны, тем меньше угол преломления, поэтому фиолетовые лучи преломляются больше, чем красные. Разность показателей преломления для голубой коротковолновой F-линии и красной длинноволновой С-линии называется средней дисперсией, т.е. dn = nF – nC.
Коэффициент дисперсии определяется по формуле:
Показатель преломления и дисперсия сильно зависят от состава стекла. Показатель преломления повышают РbО, ВаО, СаО, ZnО, Sb2О3, щелочные оксиды. Добавка SiО2 снижает показатель преломления. Дисперсия заметно возрастает при введении РbО и Sb2О3. ВаО и СаО сильнее влияют на показатель преломления, чем на дисперсию. Показатель преломления и коэффициент дисперсии — важнейшие свойства оптических стекол. Широкая номенклатура стекол с различными значениями этих свойств позволяет формировать различные виды изображений объектов, создавать разнообразные приборы и оборудование, начиная от микрообъектива микроскопа до многометрового зеркала телескопа. Для производства высокохудожественных изделий бытовой посуды, подвергающихся декоративному шлифованию, используют в основном стекло, содержащее до 30% РbО. Такие стекла дают хорошую “игру света” в гранях за счет сильного влияния РbО как на показатель преломления, так и на дисперсию. Зависимость показателя преломления от содержания РbО при введении его вместо SiO2 в промышленные составы хрусталей можно считать прямо пропорциональной.
Коэффициент отражения — отношение светового потока, отраженного стеклом, к световому потоку, падающему на него. Количество света, отраженного стеклом, тем больше, чем больше угол его падения. Количество света, отраженного от поверхности стекла, составляет около 4%. Коэффициент отражения зависит от состояния поверхности и наличия на ней различных веществ.
Явление рассеяния света относится к непрозрачным стеклам. В обычном прозрачном стекле рассеяния света практически не происходит. Пучок лучей света, направленный на матовую поверхность, выходит с другой стороны разбитым на множество направлений вследствие неодинакового преломления отдельных лучей на неровной (матовой) поверхности стекла. В глушенных стеклах находятся угловатые или сферические частицы глушителей, отличающиеся показателем преломления от основной массы стекла. Лучи света, падающие на стекло, претерпевают многократное преломление и отражение, что и вызывает рассеяние света. Размеры частиц глушителей в стекле составляют 0,2-10 мкм. С увеличением размера частиц рассеяние света стеклом возрастает. Относительная прозрачность или пропускание Т стеклом видимого света и невидимых лучей (инфракрасных, ультрафиолетовых, рентгеновских, g-лучей) подчиняется общему закону Бугера-Ламберта-Бера.
I — интенсивность излучения, прошедшего через образец;
I0 — интенсивность излучения, входящего в образец;
е — основание натуральных логарифмов;
K — натуральный показатель поглощения;
l — толщина образца;
k — десятичный показатель поглощения (k = 0,434 К).
Для окрашенных стекол степень поглощения света прямо пропорциональна концентрации С красителя и коэффициенту e, характеризующему удельное поглощение данного красителя; k = e С. Для выражения избирательного поглощения окрашенных стекол строят кривые зависимости Т, А, К и k от длины волны (рис.). Любая из этих зависимостей может служить спектральной количественной характеристикой цветных стекол. Величины Т и А часто относят к единице толщины стекла (Т/l и А/l). Кривые пропускания и оптической плотности являются обратными, но в то же время не являются точным зеркальным отражением друг друга.
Рис. Зависимость светопропускания Т и оптической плотности D коричневого тарного стекла от длины волны.
Пропускание и поглощение стекол оценивают на спектрофотометрах с применением плоскопараллельных образцов стекла. Эта оценка имеет важное значение в производстве окрашенных стекол. Показатели пропускания (поглощения) в видимой области спектра важны для оценки цвета бытовых, сигнальных и других окрашенных стекол. Показатели пропускания (поглощения) в инфракрасной области спектра важны для варки стекла и формования изделий (теплопрозрачность стекол), а в ультрафиолетовой области спектра — для эксплуатационных свойств стекол (изделия из увиолевого стекла должны пропускать ультрафиолетовые лучи, а тарные стекла — задерживать их для сохранности содержимого тарных изделий). При неравномерном охлаждении или нагревании в стекле возникают внутренние напряжения, вызывающие двойное лучепреломление. Стекло уподобляется двупреломляющему кристаллу, например, кварца, слюды, гипса и т.п. Луч, входящий в образец стекла, разлагается на два луча — обыкновенный и необыкновенный. Плоскости поляризации этих лучей взаимно перпендикулярны, а скорости распространения в стеклообразной среде различны. Двойное лучепреломление измеряется разностью хода обыкновенного и необыкновенного лучей (нм, на 1 см пути луча в стекле). Для контроля двойного лучепреломления в образцах любой формы наиболее удобны полярископы-поляриметры ПКС-250, ПКС-125. Принцип действия приборов основан на наблюдении двойного лучепреломления в исследуемом образце при интерференции лучей.
Проект по физике Исследование зависимости свойств света от длины волны
Выбранный для просмотра документ Исследовательская работа. Успанова Эльдана Маратовна.docx
Научно-практическая конференция молодых исследователей
МАОУ Карасульская СОШ
Исследование зависимости свойств света от длины волны
Выполнила: Успанова Эльдана Маратовна, ученица 11«б» класса
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Карасульская средняя общеобразовательная школа
Научный руководитель: Романова Вера Борисовна
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Карасульская средняя общеобразовательная школа
Исследование зависимости свойств света от длины волны
Успанова Эльдана Маратовна
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
Карасульская средняя общеобразовательная школа
Изучить литературу по данной теме;
Изучить явление дисперси и;
Определить характеристики различных цветов света, подтверждающие неоднородность света (длина волны, энергия, скорость, частота, показатель преломления).
Объект исследования: дисперсия
Предмет исследования: свет
Гипотеза: если знать суть явления дисперсии, то можно объяснить различные природные явления, влияние цвета на человека и в дальнейшем пользоваться этими знаниями в жизни. Библиография
2. Королев Ф.А. «Курс физики» М., «Просвещение», 1974.
3. Тарасов Л.В., Тарасова А.Н. «Беседы о преломлении света» /под ред. В.А.
Фабриканта, изд. «Наука», 1982.
4. Руководство к лабораторным работам по физике / под ред. В.Е. Аверичевой.– Томск: ТПИ, 1973.
5. Тарасов Л.В. Физика в природе Москва: Просвещение 1988 год
Исследование зависимости свойств света от длины волны
Успанова Эльдана Маратовна
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
Карасульская средняя общеобразовательная школа
Вне нас нет никаких красок, есть лишь волны разных длин.
Многообразие цветов и оттенков в окружающем нас мире объясняет явление дисперсия. Мы всегда сталкиваемся с этим явлением в жизни, но не всегда замечаем этого. Но если быть внимательным, то явление дисперсии всегда нас окружает. Образование радуги, образование гало, образование «игры» бриллиантов – все это возможно благодаря этому явлению.
До 1666г считалось, что цвет – это свойство самого тела. При взаимодействии с различными телами лучи света разного цвета по-разному отражаются и поглощаются этими телами. Почему мир дарит нам целую гамму различных по красоте и неповторимости пейзажей? Почему мы можем видеть красивыми цветы, удивительные краски картин художников? Разобраться во всем этом поможет одно удивительное физическое явление, благодаря которому можно видеть наш окружающий мир цветным.
Актуальность выбранной мною темы в том, что она связывает теорию с практикой, раскрывает возможность объяснения природы, применение и использование изученного материала. Качественные проблемные вопросы развивают интерес к предмету. Наверное, именно поэтому я выбрала эту тему, чтобы глубже понять физические процессы и явления, происходящие в природе.
Цель работы: исследовать зависимость свойств света от длины волны
Методы: информационный, практический, сравнительный
2. Явление дисперсии состоит в зависимости показателя преломления от цвета луча (от частоты световой волны). Порядок следования цветов в спектре не меняется.
3.Световые лучи, различающиеся по длине волны (частоте), по-разному преломляются на границе двух сред. Красный свет меньше преломляется, т. к. имеет наибольшую скорость в среде, а фиолетовый – больше преломляется, т.к. имеет наименьшую скорость.
4.Дисперсия позволяет объяснить цвета прозрачных и непрозрачных тел.
Глава I. Теоретическая часть.
1.3 Цвета прозрачных и непрозрачных тел………………………………………………………..8
2.2.Исследование зависимости свойств света от длины волны………………………………..11
2.3.Вычисление показателя преломления света на границе раздела сред воздух-стекло. 12
Исследование зависимости свойств света от длины волны
Успанова Эльдана Маратовна
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
Карасульская средняя общеобразовательная школа
Свет – это электромагнитные волны определенной длины волны и ничего больше. Наши глаза воспринимают электромагнитное излучение как свет в определенном диапазоне длин волн от 380 нм до 780нм.
Почему мы видим такой узкий участок спектра? Почему же природа «оставила» нам такое узкое «окошко» для видения? Сегодня известны причины этого. Во-первых, именно на видимую часть спектра приходится максимум солнечного излучения. Во-вторых, на эту же часть спектра приходится максимум прозрачности земной атмосферы. И, наконец, если бы природа «подарила» нам более широкий диапазон видимого света, мы видели бы предметы нечеткими. Дело в том, что вследствие дисперсии изображение на сетчатке, даваемое оптической системой глаза, будет четким только для сравнительно узкого диапазона световых волн. А то, что не видно невооруженным глазом, мы научились видеть с помощью специальных приборов.
Почему мир дарит нам целую гамму различных по красоте и неповторимости пейзажей?
Многообразие цветов и оттенков в окружающем нас мире объясняет явление дисперсия. Мы всегда сталкиваемся с этим явлением в жизни, но не всегда замечаем этого. Но если быть внимательным, то явление дисперсии всегда нас окружает. Образование радуги, образование гало, игра цветов в гранях алмазов и в стеклянных призмах – все это возможно благодаря этому явлению. До 1666г считалось, что цвет – это свойство самого тела. При взаимодействии с различными телами лучи света разного цвета по-разному отражаются и поглощаются этими телами. Цвета непрозрачных тел возникают из-за того, что тела, которые нас окружают, отражают только те цвета, которыми сами обладают. Цвет прозрачного тела определяется составом того света, который проходит через него.
Явление дисперсии было открыто И.Ньютоном и считается одной из важнейших его заслуг. Около 300 лет назад Исаак Ньютон пропустил солнечные лучи через призму. 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». До 1666г считалось, что цвет – это свойство самого тела.
В начале 1666 года, когда Ньютон был занят шлифовкой оптических стекол несферической формы, то он достал треугольную стеклянную призму и решил испытать с ее помощью прославленное явление Цветов. С этой целью он затемнил свою комнату и проделал в ставнях небольшое отверстие с тем, чтобы через него мог проходить тонкий луч солнечного света. Ученый поместил призму у места входа света так, чтобы он мог преломляться к противоположной стене. Сначала вид ярких и живых красок, получавшихся при этом, приятно развлек его. Но через некоторое время, заставив себя присмотреться к ним более внимательно, то он увидел на экране, установленном позади призмы, наблюдается радужная полоска – спектр. На этой полоске можно различить семь основных цветов, плавно и постепенно переходящих друг в друга: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.До Ньютона солнечный (белый) свет считался простым, а различные цвета – его изменениями. Изучение этого спектра привело И. Ньютона (1672) к открытию дисперсии света. Замечательно, что этот опыт пережил столетия, и его методика без существенных изменений используется до сих пор.
Итак, белый свет, по Ньютону, не является простым. Великий английский ученый Исаак Ньютон выполнил целый комплекс оптических экспериментов с призмами, подробно описав их в «Оптике», «Новой теории света и цветов», а также в «Лекциях по оптике». Ньютон показал, что белый свет не является основным, его надо рассматривать как составной (по Ньютону, «неоднородный»; по современной терминологии, «немонохроматический»); основными же являются различные цвета («однородные» лучи или, иначе, «монохроматические» лучи). Возникновение цветов в опытах с призмами есть результат разложения составного (белого) света на основные составляющие (на различные цвета). Это разложение происходит по той причине, что каждому цвету соответствует своя степень преломляемости. Таковы основные выводы, сделанные Ньютоном; они прекрасно согласуются с современными научными представлениями. Свои окончательные выводы Ньютон сформулировал в виде теорем:
Теорема І. «Лучи, отличающиеся по цвету, отличаются и по степеням преломляемости».
Теорема ІІ. «Солнечный свет состоит из лучей различной преломляемости».
В газете “Нью-Йорк Таймс” была опубликована статья сотрудника философского факультета университета Нью-Йорка Роберта Криза и историка Брукхевенской Национальной Лаборатории Стони Брук, которые провели опрос среди американских физиков, чтобы определить 10 красивейших экспериментов за всю историю этой науки. И данный опыт Исаака Ньютона вошел в эту десятку красивейших опытов.
1.2. Дисперсия света
Уже в I в.н.э. былоизвестно, что большие монокристаллы (шестиугольные призмы, изготовленныесамой природой) обладают свойством разлагать свет на цвета. Первыеисследования дисперсии света в опытах со стеклянной треугольной призмойвыполнил англичанин Хариот (1560—1621). Независимо от него аналогичныеопыты проделал известный чешский естествоиспытатель Марци (1595-1667),который установил, что каждому цвету соответствует свой угол преломления. Один из самых наглядных примеров дисперсии — разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона).
Сущностью явления дисперсии является различие скоростей распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе оптической среды (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и, следовательно, цвета). Обычно, чем больше частота световой волны, тем больше показатель преломления среды для неё и тем меньше скорость волны в среде:у света красного цвета скорость распространения в среде максимальна, а степень преломления — минимальна; у света фиолетового цвета скорость распространения в среде минимальна, а степень преломления — максимальна.
Дисперсия света позволила впервые вполне убедительно показать составную природу белого света. Механизм дисперсии объясняется следующим образом. Электромагнитная волна возбуждает в веществе вынужденные колебания электронов в атомах и молекулах. Колеблющиеся электроны становятся вторичными излучателями электромагнитных волн такой же частоты, но со сдвигом фазы. Первичные и вторичные волны интерферируют, и результирующая волна распространяется со скоростью отличной от скорости света в вакууме. 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.
1.3. Цвета прозрачных и непрозрачных тел
Цвет, видимый и воспринимаемый глазом, определяется частотой световой волны. Сочетание различных цветов играет важную роль в жизни человека – это безопасность, одежда, мебель и т.д. Человеческий глаз способен различить 250 цветов, которые образуются при смешивании основных цветов. Вне нас нет никаких красок, есть лишь волны разных длин. Дисперсия позволяет объяснить цвета прозрачных и непрозрачных телтем, что тела по-разному отражают и поглощают свет различных частот.
Если тело равномерно рассеивает все составные части белого света, то при обычном освещении оно кажется белым, например писчая бумага. Если тело, например сажа, поглощает весь падающий на него свет, то оно кажется черным. В случае наложения двух разных спектральных цветов образуются другие цвета. Цвета непрозрачных тел определяется цветом тех лучей, которые они отражают.
Различные тела не только неодинаково рассеивают свет различной цветности, но также неодинаково и пропускают свет сквозь себя. Трава и листья деревьев кажутся нам зелеными потому, что из всех падающих на них солнечных лучей они отражают лишь зеленые, поглощая остальные. Красный томат отражает только красные цвета, остальные же им поглощаются. При пропускании белого света через окрашенное стекло оно пропускает тот свет, в который окрашено. Такие прозрачные тела называют светофильтрами и широко используются.
Например, светофордает три сигнала: красный, зеленый, желтый, тогда как внутри него установлены обычные лампы накаливания. Почему и как получаются разноцветные сигналы светофора? Свет от лампы проходит светофильтры, которые пропускают свет только соответствующего цвета. И на транспорте сигнал опасности выбран именно красного цвета. Объясняется это тем, что красный свет имеет самую большую длину волны в видимой части спектра, а потому меньше всех преломляются, больше всего рассеиваются в загрязненном воздухе и красный цвет распространяется с наибольшей скоростью в веществе.
2.1. Получение и наблюдение спектра.
Используя простейший спектральный прибор – стеклянную призму я направила на нее световой пучок. Пройдя сквозь призму, свет разложился на составляющие цвета, и на экране получился спектр(дисперсионный).
Вывод: Белый свет имеет сложный состав – состоит из семи основных цветов, плавно и постепенно переходящих друг в друга: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. По данному спектру можно определить длину волны, частоту волны, энергию, скорость света. Чередование цветов легко запомнить: Как Однажды Жак Звонарь Голубой Сломал Фонарь или Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан.
2.2. Исследование зависимости свойств света от длины волны .
1. Установим экран 4 со щелью 5 на некотором расстоянии от решетки 1, укрепленной в держателе 2 (рис. 1). Это расстояние определяется с помощью линейки 3.
рис. 1 
рис.2
2. Затем, рассматривая освещенную лампой щель в экране через дифракционную решетку,
измеряем расстояния а кр и а ф от центра щели до красного и фиолетового краев спектра
4. Используя формулы, произведем вычисления. (Приложение 1). Скорость света в вакууме равна 3*10 8 м/с.
υ 
Вывод: Световые лучи, отличающиеся по цвету, отличаются длиной волны, частотой, энергией, скоростью распространения.
2.3. Вычисление показателя преломления света на границе раздела сред воздух-стекло.
Различные среды по-разному реагирует на прохождение электромагнитных волн различных частот, то есть прохождение света. Если свет переходит из одной среды в другую, то его скорость меняется, а значит и направление распространения света тоже. Каждая среда имеет свой показатель преломления (Приложение 2).Показатель преломления характеризует преломляющую силу прозрачной среды, то есть показывает, во сколько раз замедляется скорость распространения света в веществе и не зависит от угла падения света.
Я провела эксперимент по определению показателя преломления света на границе воздух-стекло. При точном определении показателя преломления вещества пользуются не белым светом, а монохроматическим потому, что коэффициенты преломления лучей различного цвета неодинаковы из-за дисперсии .
1. Положить на белый лист плоскопараллельную пластинку и обвести ее контуры карандашом.
2. После этого, не смещая пластины, на ее первую параллельную грань направить узкий световой пучок под некоторым углом к грани (примерно 50 0 ). Вдоль падающего на пластину и вышедшего из нее световых пучков тонко очиненным карандашом поставить точки 1;2;3и 4.
3. Через точкуВ- точка пересечения падающего луча и перпендикуляра восстановленного в точку падения, границы раздела двух сред воздух–стекло провести перпендикуляр к границе, отметить углы падения α и преломления β.(Приложение 3)
4. Вычислить показатель преломления по формуле:
При переходе светового луча из одной среды в другую частота не меняется, именно она определяет цвет света, а скорость уменьшается, длина волны тоже уменьшается. (Приложение 4)
м/с 
1,5540612 
Вывод: 1. Показатель преломления зависит от частоты света. Красные лучи преломляются
2. Волны, входящие в состав белого света, в веществераспространяются с различными
2.4. Экспериментальные задания
Эксперимент 1.«Радуга» на столе
Наполним кювету водой и поместим у одного ее бортика плоское зеркало под наклоном. Устанавливаем кювету так, чтобы солнечный свет падал на зеркало. Расположим перед зеркалом лист белой бумаги и медленно поворачиваем его, пока на листе не появится радужная полоска. Это происходит потому что «Клин» воды между зеркалом и поверхностью воды в кювете действует, как призма, и расщепляет свет Солнца так, что появляются составляющие света.
Эксперимент 2.«Смешение цветов»
Докажем, что белый свет состоит из разноцветных лучей, используя круг Ньютона.
Если такой круг быстро вращать, то разноцветные полоски сливаются в почти белый цвет, точнее, беловато-серое пятно. Получается это по той причине, что зрительные впечатления от различно окрашенных частей круга, попадая на сетчатку глаза, накладываются при быстром вращении круга одно на другое, и, таким образом, как бы смешиваются между собою. Сероватым, а не чисто белым мы видим такой круг потому, что очень трудно покрасить отдельные части круга так, чтобы они в точности соответствовали спектральным цветам природной радуги.
Эксперимент 3.«Фокус с цветом»
Докажем, что для восприятия разных цветов человеку требуются различные отрезки времени. Для этого воспользуемся диском Бэнхэма, который был впервые сделанеще 100 лет назад!
Эксперимент 4.«Каприз природы»
Докажем, что при переходе из одной среды в другую, свет преломляется.
На дно стакана от колориметра помещаем монету. Наливаем в стакан водуинаблюдаем, что край монеты смещается.
2. Опустим карандаш в стакан с водой и видим, что карандаш «сломался».
Такой эффект возникает благодаря преломлению лучей света. Когда свет переходит из более плотного вещества, например, воды, в менее плотное, например, воздух, происходит видимое изменение угла падения луча. Свет в веществах разной плотности распространяется с разной скоростью.
Явление дисперсии состоит в зависимости показателя преломления от цвета луча (от частоты световой волны). Порядок следования цветов в спектре не меняется.
Световые лучи, различающиеся по длине волны (частоте), по-разному преломляются на границе двух сред. Красный свет меньше преломляется, т. к. имеет наибольшую скорость в среде, а фиолетовый – больше преломляется, т.к. имеет наименьшую скорость.
Дисперсия позволяет объяснить цвета прозрачных и непрозрачных тел.
Свет – это электромагнитные волны определенной длины волны и ничего больше. Вне нас нет никаких красок, есть лишь волны разных длин. Зная, что белый свет является сложным, можно объяснить, почему окружающий мир, освещенный лишь одним источником белого света — Солнцем, мы видим разноцветным.
Теперь мы можем ответить на вопросы: Почему мир дарит нам целую гамму различных по красоте и неповторимости пейзажей? Все это возможно потому, что все предметы мы видим в отражённом свете. Для этого нам пришлось постараться: изучить дополнительную литературу по световым явлениям, изучить природу явления дисперсии, изготовить круг Ньютона и провести ряд опытов и экспериментов.
Без «спектра» не может обойтись ни физик, ни химик, ни криминалист, ни астроном. (Приложение 5)
-Почему мы видим такой узкий участок спектра? Почему же природа «оставила» нам такое узкое «окошко» для видения?
Сегодня известны несколько причин этого. Во-первых, именно на видимую часть спектра приходится максимум солнечного излучения. Во-вторых, на эту же часть спектра приходится максимум прозрачности земной атмосферы. И наконец, если бы природа «подарила» нам более широкий диапазон видимого света, мы видели бы предметы нечеткими. Дело в том, что вследствие дисперсии изображение на сетчатке, даваемое оптической системой глаза, будет четким только для сравнительно узкого диапазона световых волн. Так что можно подивиться мудрости природы: в процессе эволюции она заботливо «подобрала» нам такое «окошко», через которое мы можем четко увидеть как можно больше. А то, что не видно невооруженным глазом, мы научились видеть с помощью специальных приборов:
Физика – удивительная наука, и нужно шаг за шагом познавать ее.
1. Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н. «Курс общей физики» М.
3. Королев Ф.А. «Курс физики» М., «Просвещение», 1974.
4. Тарасов Л.В., Тарасова А.Н. «Беседы о преломлении света» /под ред. В.А.
Фабриканта, изд. «Наука», 1982.
«История физики», Б. И Станков.
Руководство к лабораторным работам по физике / под ред. В.Е. Аверичевой.– Томск: ТПИ, 1973.– 129 с.
7.Тарасов Л.В. Физика в природе Москва: Просвещение 1988 год
8. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика 11 Москва: Просвещение 2007 год