Исследовательский проект Дисперсия света уч. 10 А класса Любавин. Дисперсия света

• Название: Дисперсия света
• Дата: 16.03.2023
• Размер: 101.5 Kb.
• Имя файла: Исследовательский проект Дисперсия света уч. 10 А класса Любавин.doc
• Тип: Реферат; #996166

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Ковылкинская средняя образовательная школа №4»

Исследовательский проект по физике

на тему: «Дисперсия света»

Выполнила: Любавина Алина Олеговна,

ученица 10А класса

Руководитель: Купряшкина Татьяна Петровна,

учитель физики


Ковылкино

2021 г.

Содержание

1. Введение

Актуальность

Слайд 1 Для исследовательской работы была выбрана тема «Дисперсия света».

Несмотря на достаточную практическую разработанность проблемы, работа является актуальной, так как она объясняет то, что вне нас нет никаких красок, есть лишь волны разных длин, а многообразие цветов и оттенков в окружающем нас мире объясняет явление дисперсии.

Слайд 2

Проблема исследования: в чём заключается суть явления дисперсии света.

Гипотеза: если знать явление дисперсии света, то можно объяснить получение радуги в природе.

Цель работы: изучить явление дисперсии света и причины появления радуги.

Задачи:

1) изучить литературу по теме «Дисперсия света»;

2) изложить материал об открытии дисперсии света Исааком Ньютоном;

3) сформировать представление о явлении дисперсии;

4) пояснить суть явления с точки зрения электромагнитной теории;

5) привести примеры дисперсии в природе.

Методы исследования:

1) анализ литературы;

2) изучение информации из Интернета;

3) эксперимент.

Этапы работы над проектом:

1) подготовительный (погружение в проект, планирование);

2) исследование (поиск информации, изучение литературных источников по данной теме, физические опыты);

3) результаты (подготовка презентации и защиты проекта);

4) оценка результатов и процесса (рефлексия).

2. Основная часть
2.1 Преломление светового луча в призме

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.

Слайд 3 В этих поэтических строках описано красивейшее явление природы – радуга.

Каждый охотник желает знать, где сидит фазан. Эта фраза означает последовательность цветов не только радуги, но и спектра: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.

До 1666 года считалось, что цвет – это свойство самого тела. С давних времен наблюдалось разделение цвета радуги.

В то время было известно, что образование радуги связано с освещенностью дождевых капель. Тогда почему  мы можем видеть красивыми цветы, удивительные краски картин природы: почему мир дарит нам целую палитру различных по красоте и неповторимости пейзажей?

Цветовой хаос царил до тех пор, пока Исаак Нью​тон не про​вел опыт по про​пусканию света сквозь приз​му. Только тогда стало понятно, из каких цветов состоит спектр и, что белый цвет это совокупность всех цветов.
2.2 Дисперсия света. Опыт И.Ньютона

Слайд 4 В 1676 году английский физик Исаак Ньютон обратил внимание на радужную окраску изображений звезд в телескопе. Он заинтересовался этим явлением и поставил опыт. В тем​ной ком​на​те сквозь став​ни про​ни​ка​ет узкий пучок сол​неч​но​го света, на его пути Нью​тон поместил стек​лян​ную трех​гран-​ную приз​му. Пучок света, про​хо​дя через призму, пре​лом​лял​ся в ней, и на экране, сто​яв​шем за приз​мой, по​яв​ля​лась разно​цвет​ная по​ло​са, ко​то​рую Нью-​тон на​звал спек​тром (от ла​тин​ско​го «spectrum» – «ви​де​ние»). Проделав данный опыт, Исаак Ньютон сделал вывод о том, что белый свет состоит из семи основных цветов: красного, оранжевого, жёлтого, зелёного, голубого, синего, фиолетового. Их совместное действие дает нам ощущение белого света, а после прохождения через призму эти цвета разделяются. Ньютон доказал это, направив полученную им радужную полосу на вторую призму и получив опять белый свет. Луч белого света, проходя через трехгранную призму, не только отклоняется, но и разлагается на составляющие цветные лучи. Это явление установил И.Ньютон, проведя серию опытов.

Слайд 5

Как объяснить цвет любого предмета? Почему белую бумагу мы видим белой? Белая бумага отражает все падающие на нее лучи различных цветов. Если тело от​ра​жа​ет все цвета, оно в итоге будет ка​зать​ся белым. Тело, которое поглощает все лучи белого света и не отражает ни одного, кажется чёрным. Красное яблоко мы видим красным, оно отражает лучи только красного цвета, а лучи остальных цветов поглощает. Так как глаз воспринимает отраженные от предмета лучи определенной длины волны, поэтому он воспринимает цвет предмета, таким образом, мы видим разные цвета.

Хотелось бы отметить, что согласно теории цветового зрения Юнга-Гемгольца ощущение белого цвета можно получить смешиванием спектрально чистых излучений красного, зеленого и синего цвета.

Слайд 6

На анимации накладывающиеся области этих трёх цветов выглядят как белое пятно.

Слайд 7 Ка​ко​ва же при​чи​на та​ко​го раз​ло​же​ния света в спектр? Как по​-ка​зы​вал опыт Нью​то​на, сла​бее всего пре​лом​лял​ся луч крас​ного цвета, а силь-​нее всего – фи​о​ле​то​вого. Сте​пень пре​лом​ле​ния све​то​вых лучей ха​рак​те​ри​зу​ет показатель пре​лом​ле​ния n.

Коши пришел к формуле, выражающей зависимость показателя преломления от длины волны:

n = a + b / L² + c / L⁴ + …, где:

• 
  L — длина волны в вакууме;
  
• 
  a, b, c, … — постоянные, значения которых для каждого вещества должны быть определены в опыте. В большинстве случаев можно ограничиться двумя первыми членами формулы Коши.
  

Свет крас​ного цвета от фи​о​ле​то​во​го от​ли​ча​ет​ся час​то​той, у крас​но​го ча-​сто​та мень​ше, чем у фи​о​ле​то​во​го. Так как по​ка​за​тель пре​лом​ле​ния ста​но​вит​ся все боль​ше при пе​ре​хо​де от крас​но​го конца спек​тра к фи​о​ле​то​во​му, можно сделать вывод: по​ка​за​тель пре​лом​ле​ния стекла увеличи​ва​ет​ся с воз​рас​та​нием ча​сто​ты света.

Слайд 8

Дис​пер​сия – за​ви​си​мость ско​ро​сти рас​про​стра​не​ния света в среде от его ча​сто​ты. Слово «дисперсия» происходит от латинского слова dispersio, означает «разложение света».

Пространственной дисперсией называется зависимость тензора диэлектрической проницаемости среды от волнового вектора. Такая зависимость вызывает ряд явлений, называемых эффектами пространственной поляризации.

Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе — оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета). Обычно 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,
  
• 
  у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.
  

Следует отметить, что в некоторых веществах (например в парах йода) наблюдается эффект аномальной дисперсии, при котором синие лучи преломляются меньше, чем красные, а другие лучи поглощаются веществом и от наблюдения ускользают. Говоря строже, аномальная дисперсия широко распространена, например, она наблюдается практически у всех газов на частотах вблизи линий поглощения, однако у паров йода она достаточно удобна для наблюдения в оптическом диапазоне, где они очень сильно поглощают свет.

Дисперсия света позволила впервые вполне убедительно показать составную природу белого света. Белый свет разлагается на спектр и в результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции). Дифракционный и призматический спектры несколько отличаются: призматический спектр сжат в красной части и растянут в фиолетовой и располагается в порядке убывания длины волны: от красного к фиолетовому; нормальный (дифракционный) спектр — равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному.

По аналогии с дисперсией света, также дисперсией называются и сходные явления зависимости распространения волн любой другой природы от длины волны (или частоты). По этой причине, например, термин закон дисперсии, применяемый как название количественного соотношения, связывающего частоту и волновое число, применяется не только к электромагнитной волне, но к любому волновому процессу.

Слайд 9

Что можно сказать о рас​по​ло​же​нии цве​тов в спек​тре по дли​нам волн в возду​хе? Каж​до​му цвету со​от​вет​ству​ет опре​де​лен​ная длина волны и ча​сто​та. Волна, со​от​вет​ству​ю​щая од​но​му и тому же цвету, в раз​ных сре​дах имеет одну и ту же ча​сто​ту, но раз​ные длины волн. Свет красного цвета самый длин​но​вол​но-​вый (длина волны – от 620 до 760 нм), самый ко​рот​ко​вол​но​вый – фи​о​ле​то​вый (от 380 до 450 нм). Белого цвета в таб​ли​це нет, так как это совокуп​ность всех цве​тов. И, свету белого цвета не со​от​вет​ству​ет ка​кая-то стро​го опре​де​лен​ная длина волны.

Свет, со​от​вет​ству​ю​щий каж​до​му цвету, яв​ля​ет​ся мо​но​хро​ма​ти​че​ским. «Моно» – один, «хро​мос» – цвет. Монохроматический свет разложить нельзя. Свет одного цвета называют основным.

Благодаря дисперсии света, можно наблюдать цветную «игру света» на гранях бриллианта и других прозрачных гранёных предметов или материалов.

В той или иной степени радужные эффекты обнаруживаются достаточно часто при прохождении света через почти любые прозрачные предметы. В искусстве они могут специально усиливаться, подчеркиваться.

Разложение света в спектр (вследствие дисперсии) при преломлении в призме - довольно распространенная тема в изобразительном искусстве.

Слайд 10
2.3 Применение дисперсии в психологии

Свет разного цвета используют в своей практике психологи. Они счита-ют, что, если посадить человека в комнату, где всё: потолок, пол, окна и стены будут выкрашены в синий цвет, то это будет способствовать размышлениям, успокаивает и снижает давление, голубой цвет настраивает на меланхолию, белый цвет создаёт ощущение не реальности, фиолетовый цвет даёт ощущение духовности и творчества, он оказывает успокаивающее действие на нервную систему, помогает при психических расстройствах, невралгии. Если тяжелоатлет наденет красные очки, то он «возьмет» больший вес, чем без них. В то же время, находясь в окружении «красного», человек постарается быстрее из него выбраться. Психологами доказано, что красные телефонные будки были рассчитаны на большую проходимость.
2.4 Дисперсия в природе

Слайд 11 Именно дис​пер​си​ей объ​яс​ня​ет​ся пре​крас​ное яв​ле​ние природы – ра​ду​га, которая воз​ни​ка​ет из-за того, что сол​неч​ный свет преломля​ет​ся и от-​ража​ет​ся ка​пель​ка​ми воды, дождя или ту​ма​на, па​ря​щи​ми в ат​мо​сфе​ре. Эти капельки по-раз​но​му от​кло​ня​ют свет раз​ных цве​тов, в результа​те белый цвет раз​ла​га​ет​ся в спектр, то есть про​ис​хо​дит дис​пер​сия, и на​блю​да​тель, ко​то​рый стоит спи​ной к ис​точ​ни​ку света, видит раз​но​цвет​ное све​че​ние, ко​то​рое ис​хо​дит из про​странства по кон​цен​три​че​ским дугам.

Дисперсия является причиной хроматических аберраций — одних из аберраций оптических систем, в том числе фотографических и видео-объективов.

Аберрации оптических систем означает искажения, погрешности изобра-жения, вызванные несовершенством оптической системы. Аберрации были ус-тановлены в 1856 году немецким ученым Ф.Л. Зайделем в результате анализа световых лучей, появляющихся при прохождении через объектив монохромного света, то есть света одной волны.

Слайд 12

Основные черты радуги будем изучать по распространению света внутри одной изолированной капли воды. На рисунке изображён путь одного луча, участвующего в образовании основной радуги. Каждая капелька воды в воздухе выполняет роль крохотной призмы, дробящей свет на разные цвета.

Не смотря на то, что мы многое знаем о радуге, тем не менее появление в небе переливающейся семицветной дуги никого не оставляет равнодушным. И любители, и профессиональные мастера считают большой удачей заснять и поделиться со всеми прекрасными фото радуги – явлением загадочным, неповторимым и невероятно притягательным.

3. Заключение
Выполнив эту работу, я убедилась, как много удивительного, поучительного, полезного для практики может заключаться в хорошо знакомом явлении дисперсии света, которое для нас открыл Исаак Ньютон. Я узнала, что

благодаря дисперсии света, можно наблюдать цветную «игру света» на гранях бриллианта и других прозрачных гранёных предметов или материалов.

Явление дисперсии увеличивает эффект радуги и позволяет видеть его. Теперь, увидев радугу, мы можем не только любоваться этим красивым явлением, но и объяснить причину его возникновения на «физическом» языке.

Слайд 13

Подводя итоги данной работы, я сделала следующие выводы:

1) призма разлагает свет;

2) белый свет является сложным (составным);

3) фиолетовые лучи преломляются сильнее красных;

4) явление радуги связано с преломлением и отражением света;

5) явление дисперсии увеличивает эффект радуги и позволяет видеть его.

Путём теоретического изучение данной темы и ее практического подтверждения основная цель моей работы была достигнута.


4. Список использованных источников
1. Гершензон Е.М., Малов Н.Н., Мансуров А.Н. «Курс общей физики» М. «Просвещение»,1992.

2. Грановский, В.А. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях / В.А. Грановский, Т.Н. Сирая – Л.: Энергоатомиздат, 1990.– 288 с. 5.

3. Детлаф, А.А. Курс физики / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский.– М.: Высш. школа, 1989. – 608 с.

4. Королев Ф.А. «Курс физики» М., «Просвещение», 1974.

5. Тарасов Л.В., Тарасова А.Н. «Беседы о преломлении света» /под ред. В.А. Фабриканта, изд. «Наука», 1982.

6. Трофимова, Т.И. Курс физики / Трофимова Т.И. – М.: Высшая школа, 1994. – 542 с. 3. Методические указания к обработке результатов лабораторных изме- рений. – Челябинск: ЧПИ, 1982.– 48 с. (Шифр 530 (07) П 752).

7. Интернет - источники:

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%BE%D0%BD,_%D0%98%D1%81%D0%B0%D0%B0%D0%BA

http://www.alhimik.ru/great/newton.html

http://radio-maldena.ru/interesting/interesnye-fakty-o-isaake-nyutone.html

http://mathbook.moy.su/load/referaty/izvestnye_matematiki/njuton_sehr_isaak/38-1-0-163

http://www.home-edu.ru/user/uatml/00000538/itogo/Untitled-2.html

http://www.gumer.info/bibliotek_Buks/Science/nuiton/index3.php