Дисперсия света. Цвета тел

сегодняшний урок последний урок по световым явлениям и расскажу вам кое-что новое меня этот материал очень нравится а потом мы напишем контрольную работу и на следующей неделе перейдем к следующему раздел физика атома и ядра и так о чем сегодня пойдет речь домашнее задание я не проверяю и не задаю потому что после контрольной не положено тема урока звучит от дисперсия света тема дисперсия света мы рассмотрим это явление и также рассмотрим где она используется и где она себя проявляет почему драгоценные камни такие красивые особенно те камни которые не имеют окраски тем не менее они очень красивы и взять тот же бриллиант ограненный алмаз если его рассматривать но если честно мне не приходилось руках держать бриллиант но я слышал что если его поворачиваешь то во-первых он блестит во вторых даже если ты его освещаешь белым светом то в нем можно заметить цветные блики откуда они берутся ответить на этот вопрос сумел ученый английский исаак ньютон для того чтобы поставить этот опыт ему понадобилось трёхгранная призма вот такая как у меня ньютон взял и просверлил вставлю то есть в таком крышки которая закрывает окно в старых одесских домах ставни еще есть просверлил отверстие ставить находился окно находилась на южной стороне дома она была освещена солнцем и вот солнечные лучи через отверстие встал не проходили ставинне вот солнечные лучи узкий пучок света проходил через отверстие встал не солнечный свет и ньютон направил этот тонкий пучок узкий пучок света на трёхгранная призму что же он наблюдал сейчас мы этот опыт повторим только вместо ставня с отверстием у нас будет фонарик велосипедный достаточно яркие моего поставим тут возле тебя максим вместо белой стены возьмем экран при тушим свет возьмем призму ключевым фонарик на максимальную яркость вот цвет идет вот так вот вниз и внизу я размещу так как это сделал ньютон призму подставлю и ipad световой луч что мы с вами видим как это называется это не радуга но радуга именно и объясняются тем явлением и мы об этом сегодня поговорим которая была открыта ньютоном смотрите пожалуйста белый свет падающий на призму разлагается на несколько цветов на много цветов перво наперво это говорит о том что белый свет не является чистым светом он представляет собой смесь разных цветов смесь света разного цвета скажите пожалуйста какой луч отклоняется всего сильнее красный или фиолетовый фиолетовый отклоняется сильнее красный отклоняется слабее отлично итак красный оранжевый желтый зеленый голубой синий фиолетовый это цвета этой полоски и эту полоску ньютон назвал спектром спектр это и есть полоску в переводе с латыни на русский язык воспроизведем на доске результаты нашего опыта красный свет отклонился всего слабее синий свет точнее фиолетово на у меня мелкие только синие отклонился сильнее всего желтый отклонился сильнее чем красный нос слабее чем синий и вот здесь на экране мы наблюдали цветную полоску состоящую из красного оранжевого желтого зеленого голубого синего и фиолетового цветов это спектр первый вывод который мы делаем это то что белый свет состоит из всех цветов но как максим сказал всех цветов радуги мы будем говорить так из всех спектральных цветов теперь давайте выясним а чем отличается например красный свет от фиолетового физически нет по восприятию а физически оказывается отличается он длиной волны оказывается что свет это волновой процесс это электромагнитная волна подробности этого мы будем изучать в одиннадцатом классе мы докажем с вами на опыте что свет это волна причем это опыт и такие которые можно провести прямо здесь в кабинете даже дома вы можете провести такие опыты которые доказывают что свет волна потому что у каждого наверное есть лазерный диск дома так вот и излучение разного цвета имеют разную длину волны и вот сейчас вот этот спектр я со поставлю с шкалой длин волн самая длинная волна у красного цвета вот внизу лямбда это буква которые обозначаются длина волны и длина волны нас выражена в нанометрах самый длинный вал новый свет это красный длина волны 762 метров зеленый свет например имеет длину порядка 500 50 нанометров почему здесь 555 я скажу потому что оказывается наш глаз лучше всего воспринимает свет с такой длиной волны а именно наши палочки которые даже не различают цвета но лучше всего видят свет с такой длиной волны это связано с тем что солнце излучает свет с такой длиной волны в наибольшей степени и поэтому наш глаз приспособился к солнечному зрению и лучше всего видит именно такой зеленый свет самый коротковолновый свет это фиолетовый кстати сверху вы можете увидеть шкалу составных цветов по системе аддитивного не формирования цвета в 250 500 это значит красного 255 единиц ну это понятно что это бит и байт 0 зеленого 0 синего оранжевый это ярко красный плюс немножко зеленого половина и немножко синего то есть здесь вы можете видеть и как формируются цвета в системах цветового зрения и как на самом деле связана длина волны и свет чистый спектральный цвет что такое чистый спектральный цвет его еще называют монохроматическим излучением это излучение с определенной длиной волны значит давайте будем помнить вот о чем наш глаз можно обмануть если например направить в глаз свет с длиной волны 590 нанометров это монохроматический одноцветный в переводе на русский язык мы увидим желтый но такой же желтый мы увидим если одновременно направить на глаз красные зеленый то есть это связано с особенностями нашего зрения сейчас мы будем говорить именно о чистых спектральных цветах которые имеют строго определенную длину волны и вот оказывается что длина волны света лямда лежит в пределах от 380 нанометров до 760 нанометров это фиолетовый а это красный с этой стороны есть еще электромагнитное излучение с большей длиной волны она называется инфракрасное излучение тепловое излучение более коротковолновый свет называется ультрафиолетовым мы его свойства будем изучать в 11 классе а пока что давайте придумаем точнее я воспроизведу правило которое позволяет запомнить вот эту последовательность красный оранжевый желтый зеленый голубой синий фиолетовый оранжевый желтый зеленый голубой синий фиолетовый может быть кто-нибудь знает эту пожалуйста отлично каждый рома молодец каждый охотник желает знать где сидит фазан это такая очень приличная запоминал к есть немножко более хулиганская красный оранжевый желтый зеленый голубой синий фиолетовый как однажды жак звонарь городской сломал фонарь как однажды жак звонарь городской сломал фонарь как однажды жак звонарь городской самого фонарь но это все еще не физикафизика состоит вот в чем смотрите ребята излучение разного цвета отклоняется призмой на разные углы а от чего зависит угол отклонения светового пучка призмой пожалуйста от как эта величина называется угол преломления это вот этот угол вот он он разный для излучения разного цвета почему он разный от чего зависит угол отклонения помните мы говорили он зависит от преломляющие vouga lo-fi а еще от чего от скорости света а скорость света объясняться с помощью какой величины описывается у нас в оптике мы определяли ее с помощью плоского параллельной пластинки как называется показатель преломления господа лицеист забыли значит что получается угол отклонения зависит от преломляющие во угла и от материала призмы точнее от ее показателя преломления и раз мы видим что разный угол преломления при одних и тех же геометрических характеристиках prism разный угол отклонения это значит что показатель преломления n на зависит от цвета а цвет определяется длиной волны излучения то есть эта зависимость and hot лямбда показатель преломления вещества из которого сделана призма зависит от длины волны эта зависимость называется дисперсией света давайте запишем зависимость показателя преломления вещества от длины волны от длины световой волны зависимость показателя преломления вещества от длины световой волны называется дисперсией света называется дисперсией света зависимость показателя преломления от длины световой вещества о длины световой волны называется дисперсией света для какого излучения н максимально для красного или фиолетового какой случае сильнее всего откланялся если призму не было он так бы шел сильнее всего отклоняются фиолетовый значит для фиолетового излучения показатель преломления самый большой для фиолетового и для красного показатель преломления минимальный для красного вот в чем состоит явление дисперсии света теперь как его можно использовать белый свет белый свет это свет который приходит к нам на землю от солнца мы видим этот белый свет после разложения призами в виде радужные полоски в этой радужные полоски нет никаких перерывов поэтому такой спектр называется сплошной спектр солнечный спектр это сплошной спектр вот еще раз посмотрим на него здесь нет никаких при прерываний на самом деле если посмотреть на солнечный спектр в более серьезных прибор то оказывается он не совсем сплошной nophone у него вот этот сплошной непрерывный или сплошной спектр излучают на каленые тела а а вот такой вопрос как вы думаете если я на пути белого света поставлю красный светофильтр как будет выглядеть спектр будет только красный то есть из всей этой многоцветной полоски останется только красная полоска если я на пути белого света поставлю синий фильтр исчезнет все останется только синяя полоска а нельзя ли дисперсию света использовать в таком случае для того чтобы исследовать излучение какой длины волны входит в состав света оказывается можно и это очень мощный метод который называется спектральный анализ сейчас я расскажу вам о приборе который позволяет определять с большой точностью излучение каких длин волн входит в состав света для чего это нужно оказывается а там разных сортов не на каленые твердые тела а разрешенные газы например испускают свет строго определенных длин волн и если мы с помощью дисперсии света научимся определять эти длины волн то мы сможем распознать вещество по свету который испускает это вещество это метод который называется спектральный анализ и так вот от этого простейшего опыта мы сейчас перейдем к конструированию серьезного прибора которая называется спектральный прибор спектральные приборы бывают трёх видов spectroscopy спектрографы и спектрометры спектроскоп это прибор для визуального наблюдения спектров спектрограф для записи например на фотопластинку фоточувствительных материал и спектрометры это приборы для измерений распределения энергии внутри спектрах начнем с самого понятного прибора который называется спектра граф начнем издалека представьте себе что у вас есть линза двояковыпуклой а я специально и и рисую не так как положено на схемах оптических на двойном фокусном расстоянии от двояковыпуклой линзы вот здесь 2f мы разместим узкую щель и ярким светом осветим эту щель и тоненькая полосочка света проходит через эту щель и линза строит изображение этой щели на каком расстоянии от линзы если предмет находится на двойном фокусном расстоянии то линза построит изображение в натуральную величину на двойном фокусном расстоянии поместим здесь экран пока что и я не буду строить ход лучей подробно но эти световые лучи соберутся вот здесь на двойном фокусном расстоянии и здесь будет действительно я перевернутая изображение щели в натуральную величину или другими словами мы увидим здесь ярко светящуюся линию а теперь давайте эту систему немножечко видоизменил представьте себе что у нас есть такая тонкая тонкая пилочка которой мы распилим линзу на 2 одинаковых половинки выпукло плоскую и плоско-выпуклая вот одна из половинок а вторую половинку отнесем на некоторое расстояние а теперь вопрос допустим у этой линзы оптическая сила была 20 диоптрий какой будет оптическая сила одной половинки 10 диоптрий потому что мы линзу распилили на 2 одинаковых когда они были сложены вместе было 29 знать каждая по 10 опт и у этой линзы если она 20 диоптрий на фокусное расстояние 5 сантиметров двойной фокусное 10 сантиметров у этой линзы теперь фокусное расстояние 10 сантиметров а если щель расположена на том же самом прежним расстояние то если здесь она находилась на двойном фокусном расстоянии то здесь она будет уже на фокусном расстоянии вот щель нарисуем здесь обозначение щели в щель и она опять таки освещена каким-то источников но если щель то есть предмет находится на фокусном расстоянии то лучи света идущий о теле проходящий через фокус после преломления в линзе будут как распространяться параллельно главной оптической оси то есть это линза превратит расходящийся пучок в параллельны это параллельный пучок пройдёт некоторое расстояние и попадет на вторую половинку экран у нас здесь находился на двойном фокусном расстоянии но теперь для этой линзы это будет фокусное расстояние значит параллельный пучок соберется в фокусе то есть вот здесь и здесь у нас опять таки получится в натуральную величину изображение той же самой щели но чем эта система интереснее чем это тем что по дороге свет от источника распространяется в виде параллельного пучка а теперь представьте себе что мы сюда на пути света поместим призму на каждую точку призмы свет будет падать под одним и тем же углом вот для чего это делается потому что если свет падает под определенным углом то и преломится он под определенным углом значит после прохождения призма параллельный пучок отклониться но останется параллельным а потому если мы его потом направим на вторую линзу то на экране он соберется в изображении селе такое же как было сейчас тут или здесь итак следующий шаг который мы делаем размещаем между двумя половинками вот этой линзы составной призму вот 1 линза я ее уже наклонил немножко вот главная оптическая ось вот щель из нее из щели идет расходящийся пучок который становится параллельным и этот параллельный пучок мы направляем на призму параллельный пучок света падает на призму и каждый из этих лучей пучка отклоняется на один и тот же угол потому что углы падения везде одинаковы но ведь призма обладает дисперсией меньше всего отклоняется красный свет меньше всего показатель преломления для красного света значит вот этот допустим белый луч разлагается на красный вот он красно пойдет вот так здесь дальше этот свет падает на вторую линзу точно также как там просто ее пришлось наклонить и попадает на экран и мы видим в определенном месте экрана что узкую светящимся полоску красную линию осенний свет отклонится на больший угол и попадет в другое место на экране вот сюда и здесь у нас на экране образуется спектр но этот спектр представляет собой набор изображений этой щели то есть набор линий и вот тебе представьте себе что здесь у нас падает монохроматический свет есть только красный мы увидим красную линию если свет монохроматические с длиной волны там 400 нанометров в синий мы увидим синим линию если источник света испускает одновременно красные и синие мы увидим две линии линейчатый спектр а если атомы излучают свет на множестве строго определенных длин волн мы увидим набор линий которые называются с линейчатым спектрам и вот есть такая история химики заметили что если пламя газовой горелки в пламя газовой горелки посыпать какой-нибудь соль например соль натрия то пламя окрашивается в ярко-желтый цвет каждый из вас может дома этот опыт повторить возьмите включите газ наберите из солонки соли посолите газовое пламя она окрасится в ярко-желтый цвет это оказывается связано с тем что атомы натрия входящие в состав кухонной соли хлоре стана ты при высокой температуре начинают испускать свет причем строго определенных длин волн другие химические соединения если их в те же условия поместить испускают свет другого цвета и вот ученые бонза химик кстати он изобрел газовую горелку которую до сих пор химики используют бонзы и физик кирхгоф из старой подзорной трубы и коробки от сигар сделали примерно такое устройство единственная разница состояла в том что они не использовали экран и вот эту линзу а вместо вот этой линзы 2 использовали хрусталик глаза а вместо экрана использовали что сетчатку то есть вот это все можно заменить глазом давайте нарисуем такой глаз вот это устройство где изображение строится на экране используют чуть-чуть по-другому вместо экрана ставят фото чувствительную пластинку вместо экрана фото пластинка или фотоплёнка и такое устройство называется спектрограф потому что фотография спектра это что записанный спектр граф значит писать спектрограф bundan и кира гоф убрали вот это использовали глаз они видели спектр scorpio это значит видеть смотреть и устройство это называется spectroscopy и наконец здесь можно перемещать прибор который чувствует свет и измерять количество света с разной длиной волны тогда вы получите прибор который называется спектрометр современные приборы это как правило спектрометры так вот возвращаясь к бузинную кирхгофа в пятидесятые годы 19-го столетия они создали спектроскоп и рассматривали в спектроскоп пламя которое окрашивалось разными салями и обнаружили что у каждого сорта атомов свой набор спектральных линий то есть свой набор длин волн на которых они идут излучают свет вот эта картинка вот вы видите спектр атома водорода 4 линии в 11 классе мы с вами научимся рассчитывать длину волны этих линий гелий у него совершенно другой спектр натрий вот это самая знаменитая самая яркая линия на 3 вот это желтая это желтый дублет и дублет значит двойная линия 590 и 590 сейчас 589 и 580 9,6 кажется нанометра точно не помню ну примерно так они отстоят друг от друга очень недалеко поэтому допустим в простой прибор этого не видно у криптона свой спектр у неё на свой спектр у аргона свой спектр вот этот спектр спектр гель я впервые был обнаружен в излучение солнца поэтому этот гелий и называется гелием от слова гелиос что означает солнце гелий был открыт при изучении спектра излучения солнца солнечный газ спектры которые я вам показал называются линии читыми потому что они состоят из отдельных линий но будем помнить что каждая линия это изображение селе есть и другие виды спектров полосатые спектры спектры поглощения это мы будем изучать в одиннадцатом классе но сейчас для нас важно то что располагая спектральным прибором мы можем анализировать вещества поэтому этот метод называется спектральный анализ спектральный анализ это лаборатория это тишина это аккуратные измерения это строгая наука но дисперсию света каждый из нас может наблюдать и в куда более приятной может быть для обычного человека обстановке хотя может быть кому-то больше нравится сидеть лабораторий но после лаборатории очень хорошо выйти на улицу прошел дождь светит солнышко и та же самая дисперсия света проявляет себя совершенно в другом явлений которая называется как радуга давайте посмотрим какая эта красота радуга красный свет снаружи синий внутри видите вот еще радуга красное снаружи синий внутри вот еще радуга красное снаружи синий внутри как же образуется радуга оказывается это тесным образом связано с явлением дисперсии света но только вместо призмы работают водяные капли круглые шарики водяные их размеры доли миллиметра это такой водяной туман новые капли не должны быть слишком маленькими потому что тогда перестает работать геометрическая оптика размеры капель хоть и мал и но значительно больше длины световой волны и вот представим себе что белый свет падает на водяную каплю вот каплям вот белый свет при прохождении вот центр капли при прохождении через границу раздела двух сред наблюдается преломление но показатель преломления для красного света меньше а для синего больше значит красный луч преломится и будет распространяться внутри капли достигнет ее поверхности и от этой поверхности он отразится и пойдет внутри капли дальше эти два угла одинаковы и достигнет вот этой границы снова при ломиться но выйдет из оптически более плотной среду оптически менее плотную среду вот так красный а теперь как поведет себя синий луч синий луч преломится сильнее значит он пойдет вот так попадет вот в эту точку строим перпендикуляр строим угол отражения и второй раз преломляется перед тем как выйти из капли вот синий луч или фиолетовый значит мы видим что белый свет капля разлагает в спектр при чем меньше всего отклоняется красный луч больше всего синий давайте сейчас забудем о том что эта капля имеет какие-то размеры и нарисую маленькой-маленькой чтобы не интересоваться тем что происходит внутри и вот белый свет падает а красный и синий свет выходит из этой капли под разными углами красный вот так осени вот так можно показать что этот угол равен 40 целых шесть десятых градуса а этот угол равен 42 градуса значит капля отклоняет на разные углы световой луч белого цвета белый а теперь вы вышли на улицу после дождя за спиной у вас светит солнышко вот солнечный луч вокруг полно водяных капель и вот какая-то из капель отразила свет так что он попал к вам в глаз под одним углом а другая капля направила вам свет изменив его направлении под другим углом допустим вот этот угол и этот угол больше до 42 градуса а этот угол допустим 40 целых шесть десятых градуса скажите пожалуйста какой свет придет к нам в глаз если белый свет отклонился каплей на вот этот угол какой здесь сверху красный значит канал в глаз придет красный свет а от этих капель к нам в глаз придет синий свет какой синий синий свет знать когда я смотрю туда я вижу что сверху что-то красное они же что-то синее а теперь давайте станем у меня за спиной вот наблюдатель вот здесь он видит что-то красное выше и ниже что-то синее но ведь эти углы они постоянно не только если мы смотрим вот так а отсюда рс к нам тоже свет приходит к отсюда тоже свет приходит в результате мы видим на самом деле не точки а вот такие дуги точнее радугу у меня чай желтый мел радуга видим радугу и мы видим что красный снаружи осени внутри вот еще раз посмотрим на изображение радуги на самом деле то что я вам рассказываю предельно упрощено я сейчас не могу вам рассказать точнее могу но это займет много времени почему радуга внутри видите немножко белесоватые а снаружи более контрастное изображение здесь туман и а здесь нет и ещё оказывается чтобы цвет может преломляться не только после однократного отражения то что у нас с вами на доске нарисована вот этот случай свет один раз отражается от внутренней поверхности и два раза преломляется но может так получиться что свет отражается один раз в точке 2 и вот второй раз точки два и потом еще раз преломляются вот на этой границе это приводит к тому что на самом деле формируется две радуги 1 внутренняя у которой красный луч снару красный цвет снаружи осени внутри это нормальная радуга а при двукратном отражение получаются куда менее интенсивно это что при двукратном отражение свет же не только отражается он выходит наружу ослабляются сильнее получается 2 радуга и при хороших погодных условиях мы видим две радуги одну нормальную с нормальным как говорят ходом цветов красный снаружи синий внутри и вот эту аномальную красный внутри синие снаружи или вот еще пример вот радуга обычная а вот радуга аномальное опять таки то что я сказал вам это предельно упрощённое объяснение радуге ведь когда я показывал вам отражение луча и преломления я почему-то пустил и уж вот так но ведь сюда что же падает свет и сюда падает и с ним тоже происходит отражение преломления но вся хитрость в том что лучи падающие в разные точки после прохождения через каплю воды сгущаются в определенном месте вот таким образом и то что мы видим в радуге это то что сгущается при отражение и преломление вот в этом месте вот этот угол между вот этим направлениями вот этим называется угол декарта строгую хорошую теорию радуги настоящую нет упрощенную которую вам сейчас сказал построил рене декарт поэтому этот угол называется декарт of угол для красного света он составляет 42 для синего 40,6 градуса так что на самом деле теория радует достаточно сложная и полностью прочитать ее можно только на компьютере но тем не менее идея основная состоит в том что на водяных каплях происходит преломление света на разные углы в зависимости от длины световой волны то есть это наглядное проявление дисперсии это то что я хотел вам рассказать теперь хочу в заключение ответить на вопрос который я вам задал на практикуме он вызвал у вас затруднение так мы делали лабораторную работу по определению фокусного расстояния собирающей линзы и в качестве дополнительного вопроса я вас спросил напишите в отчетах в отчетах как можно измерить фокусное расстояние рассеивающей линзы используя то что у вас уже есть вот у вас есть оборудование вы им пользовались и я приношу рассеивающую линзу как вы измерите фокусное расстояние россии учили за что думает максим собираюсь тогда она просто будет удалять изображение и получается бывшие изображение удаленно и вот это вот состояние ну я бы так не делал но идея неплохая ее можно реализовать значит надо использовать собирающую линзу но ты сказал что эту линзу надо расположить на некотором расстоянии трассирующие что я рик думает так я повторю то что ты сказал я рик предлагает и это она сложить две линзы собирающие и рассеивающие в результате если конечно оптическая сила рассеивающей линзы не превышает по модулю оптическую силу собираешься вы получите собирающую линзу и и оптическую силу вы определяете стандартным методом а потом вспоминаете что это оптическая сила равна сумме оптических сил известной вам собирающей линзы и исследуемой красиво чей все пьем чай я рик молодец [музыка] капелька упала ничего я тебе это прощу от ну ладно доработаю