Презентация по теме Оптические явления - ДИСПЕРСИЯ

Окружающий мир наполнен миллионами разнообразных оттенков. Благодаря свойствам света каждый предмет и объект вокруг нас имеет определенный цвет, воспринимаемый человеческим зрением.

Почему мир цветной?

Немного истории

Начнем с теории цветов Аристотеля (IV в.до н. э.).
Аристотель утверждал, что различие в цвете определяется различием в количестве темноты, «примешиваемой» к солнечному (белому) свету.
Фиолетовый цвет, по Аристотелю, возникает при наибольшем добавлении темноты к свету, а красный – при наименьшем.
Таким образом, цвета радуги – это сложные цвета, а основным является белый свет.

Солнечный свет имеет много тайн. Одна из них – явление дисперсии.
Первым его обнаружил великий английский физик Исаак Ньютон в 1666 году, занимаясь усовершенствованием телескопа.

История открытия

Занимаясь усовершенствованием телескопов, Ньютон обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено. Он заинтересовался этим и первым «исследовал разнообразие световых лучей и проистекающие отсюда особенности цветов, каких до того никто даже не подозревал» (слова из надписи на надгробном памятнике Ньютону).

История открытия

В 1666 году Ньютон направил тонкий пучок солнечного света, который проходил в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне, на стеклянную призму. Падая на призму, луч преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов (спектром).

СПЕКТР (лат. spectrum «виде́ние») - совокупность цветных полос, получающихся при прохождении светового луча через преломляющую среду.

Монохроматический свет (от др.-греч. моно — один, хрома — цвет) – это световые колебание волн, которые имеют одинаковую частоту.
Под монохроматическим понимают излучение электромагнитных волн, которые имеют одинаковую длину и частоту колебания.

Отсюда следовало, что не призма окрашивает свет, а лишь разлагает его на составные части.

Закрыв отверстие красным стеклом, Ньютон наблюдал на стене только красное пятно,

закрыв синим стеклом, наблюдал только синее пятно

желтым стеклом - желтое пятно

Световые пучки различных цветов различаются по степени преломляемости: nКР < nЗЕЛ < nФ .

Ход монохроматических лучей в призме

αкр < αзел < αф

Выводы

1 вывод Ньютона: белый свет имеет сложный состав.

ЭТО ВАЖНО!

(если с помощью второй призмы собрать все пучки спектра, то опять получится белый свет)

2 вывод Ньютона: «Световые пучки, отличающиеся по свету, отличаются по степени преломляемости»

не является монохроматическим.

монохроматических – простых цветов.

цвета света: лучи красного света в любой среде преломляются слабее, чем все остальные .

1. Белый свет

2. Белый свет состоит из

3. Показатель преломления среды зависит от

семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.
Меньше всех отклоняется красный свет,
больше - фиолетовый.

4. При выходе из призмы белый свет разлагается на

5. Свет с разными длинами волн распространяется в среде

с разными скоростями:
фиолетовый с наименьшей,
красный с наибольшей.

Ньютон приходит к выводу: если опыт с одиночной призмой позволяет утверждать, что лучам с разной степенью преломляемости соответствуют разные цвета, то опыт со скрещенными призмами доказывает также и обратное положение — лучи разного цвета обладают разной степенью преломляемости.

опыт со скрещенными призмами

Дисперсия (dispersion (лат.) – рассеяние, развеивание)

– зависимость показателя преломления света от его цвета (формулировка Ньютона)

– зависимость показателя преломления среды от длины (частоты) световой волны (современная формулировка)

v=𝜆𝜆∙𝜈𝜈

Ньютон разделил свет на семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, индиго и фиолетовый.
Число семь он выбрал из убеждения (происходящего от древнегреческих софистов), что существует связь между цветами, музыкальными нотами, днями недели и
объектами Солнечной системы

Круг цветов Ньютона из книги «Оптика» (1704), показывающий взаимосвязь между цветами и музыкальными нотами. Цвета спектра от красного до фиолетового разделены нотами, начиная с ре (D). Круг составляет полную октаву. 

Сущностью явления дисперсии

Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе. Чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней:
• у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления 𝑛 к 𝑛𝑛 𝑛 к к 𝑛 к = 𝐶 𝑉 к 𝐶𝐶 𝐶 𝑉 к 𝑉 к 𝑉𝑉 𝑉 к к 𝑉 к 𝐶 𝑉 к ,
• у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.
VК>VФnК

Определение дисперсии

Томас Юнг в 1802 году первым измерил длины волн разных цветов.

Каждому цвету соответствует своя длина и частота волны.

1 нанометр [нм] = 1 x 10-9 метр [м]

Указанные в таблице границы диапазонов носят условный характер, в действительности же цвета плавно переходят друг в друга, и расположение видимых наблюдателем границ между ними в большой степени зависит от условий наблюдения

Каждому цвету соответствует своя длина и частота волны.

Изменяется ли длина волны и частота колебаний в световом излучении при переходе волны в среду?
При переходе волны в среду длина волны изменяется, а частота колебаний остается постоянной.

Для фиолетового или для красного света показатель преломления вещества больше?
nКР< nФ

Какой свет будет распространяться в веществе призмы (из стекла)с большей скоростью?
Красный свет будет распространяться в веществе призмы (из стекла) с большей скоростью

Что произойдет при соединении всех световых лучей спектра?
При соединении всех световых лучей спектра образуется белый свет

Все хотя бы один раз в жизни наблюдали радугу на небе.
Однако почему мы различаем цвета?
Почему траву мы видим зеленой,
небо голубым, снег белым,
а землю черной?

Почему мы видим мир цветным?

Многих интересует вопрос о том, почему тот или иной предмет имеет определённые цвета, или вообще, почему мир цветной? При этом в освещении мы видим всё в различных цветах, а при его отсутствии мир становиться чёрно белым.

Я купил себе машину.— Какого цвета?— Ты закат видел?— Ну?..— Такая самая, только зеленая.

Физика цвета изучает природу явления: расщепление света на спектры и их значения; отражение волн от предметов и их свойства.
Как такового цвета в природе не существует! Цвет – продукт умственной переработки информации, которая поступает через глаз в виде световой волны.
Человек может отличить до 100 000 оттенков.

Радуга
Цвета непрозрачных тел
Цвета прозрачных тел
Игра драгоценных камней

Почему мы видим мир цветным?

Причина, по которой мы видим наш мир в цвете, связана с тем, что вещества по разному взаимодействуют со светом. Падая на вещество, свет частично поглощается, а частично отражается. Кроме того, свет способен проникать сквозь прозрачные тела.

Если тело поглощает почти весь свет и отражает только красные лучи, то оно будет казаться красным.
Если объект поглощает все лучи и практически ничего не отражает, он кажется нам черным.

Почему мы видим мир цветным?

Зная, что белый свет имеет сложную структуру, можно объяснить удивительное многообразие красок в природе. Если предмет, например лист бумаги, отражает все падающие на него лучи различных цветов, то он будет казаться белым. Покрывая бумагу слоем красной краски, мы не создаем при этом света нового цвета, но задерживаем на листе некоторую часть имеющегося. Отражаться теперь будут только красные лучи, остальные же поглотятся слоем краски. Трава и листья деревьев кажутся нам зелеными потому, что из всех падающих на них солнечных лучей они отражают лишь зеленые, поглощая остальные. Если посмотреть на траву через красное стекло, пропускающее лишь красные лучи, то она будет казаться почти черной.

В начале XIX века Томас Юнг и Герман фон Гельмгольц также исследовали взаимосвязь между спектром видимого излучения и цветным зрением. Их теория цветного зрения верно предполагала, что для определения цвета глаз используются рецепторы трёх различных типов.

То́мас Юнг 
1773 -  1829,— английский учёный широкого профиля: физик, механик, врач (впервые описал явление астигматизма), астроном, филолог 

Герман Людвиг Фердинанд фон Гельмгольц
 1821 - 1894 немецкий физик, врач, физиолог, психолог, акустик.

Оптическая система глаза

После открытия дисперсии света основной величиной, определяющей цвет света, стала длина волны. Главный цветоприемник – сетчатка глаза.
Цвет – есть ощущение, которое возникает в сетчатой оболочке глаза при её возбуждении световой волной определенной длины. Зная длину волны испущенного света и условия его распространения, можно наперед с высокой степенью точности сказать, какой цвет увидит глаз.

Почему мы видим мир цветным?

точно установлено, что сетчатка нашего глаза имеет три типа специальных рецепторов – колбочек. Каждый тип таких рецепторов настроен на восприятие определённого типа участка спектра (существует три основных участка: синий, красный и зелёный).

Из указанных трёх цветов путём сочетаний можно получить все существующие оттенки в мире. Это вполне обычно для нашего зрения, которое является трихроматическим цветным.

Красный
+
Зеленый
+
Голубой
=
Белый свет

фотографии ракеток и теннисного шарика под разными светофильтрами

вопрос

Что мы будем видеть глядя через красное стекло на текст, содержащий синие и красные буквы?

Призма не изменяет свет, а лишь раскладывает его на составные части.
Белый свет – совокупность монохроматических волн различных частот.
Красный свет меньше преломляется, т. к. имеет наибольшую скорость в среде, а фиолетовый – наименьшую, поэтому призма и раскладывает свет.

Закрепление материала:

1.Радуга появляется, только когда выглянуло из-за туч солнце и только в стороне, противоположной солнцу.2.Радуга возникает, когда солнце освещает завесу дождя.3.Радуга появляется при условии, что угловая высота солнца над горизонтом не превышает 42 градуса.

Гало́ (от др-греч ἅλως - круг, диск; также а́ура, нимб, орео́л) —оптический феномен, светящееся кольцо вокруг источника света.

Гёте любил рассматривать один и тот же пейзаж через стекла зеленого, желтого, красного и других цветов и наблюдать, как при этом изменяются восприятие и эмоциональное состояние человека

Восприятие цвета

1.Радуга появляется, только когда выглянуло из-за туч солнце и только в стороне, противоположной солнцу.2.Радуга возникает, когда солнце освещает завесу дождя.3.Радуга появляется при условии, что угловая высота солнца над горизонтом не превышает 42 градуса.

фотография обнимающих друг друга людей

сколько лошадей изображено на картине Бева Дулитла