Від чого залежить кольоровість світлових. Застосування та особливості видимого світла та випромінювання

> Бачне світло

Визначення

Завдання навчання

Терміни

Основні пункти

Визначення

Видиме світло- Частина електромагнітного спектру, доступна для сприйняття людському оку (390-750 нм).

Завдання навчання

Навчитися відрізняти 6 діапазонів видимого спектра.

• Оптичне вікно - видима ділянка в електромагнітному діапазоні, що проходить крізь атмосферний шар.
• Спектральний колір – створюється однією довжиною хвилі світла у видимому спектрі чи щодо вузькою смугою довжин хвиль.
• Видимий світло – частина електромагнітного спектра (між ІЧ та УФ), доступна людському оку.

Основні пункти

• Видиме світло формується через вібрації та обертання атомів і молекул, а також електронних транспортувань всередині них.
• Кольори відповідають за конкретні чисті довжини хвиль. Червоний – найнижчі частоти та найдовші хвилі, а фіолетовий – найвищі частоти та найкоротші довжини.
• Кольори, створені у видимому світлі тонкої лінії довжин хвиль, називають чистими спектральними кольорами: фіолетовий (380-450 нм), синій (450-495 нм), зелений (495-570 нм), жовтий (570-590 нм), помаранчевий. 590-620 нм) та червоний (620-750 нм).
• Видно світло проривається крізь оптичне скло, тому атмосферний шар не чинить значного опору.
• Частина електромагнітного діапазону, що використовується в фотосинтезуючих організмах, називається фотосинтетично активною областю (400-700 нм).

Дізнайтеся визначення та характеристику видимого світла: довжина хвилі, діапазон електромагнітного випромінювання, частота, діаграма спектрів кольору, сприйняття кольору.

Видиме світло

Видимий світло - частина електромагнітного спектру, доступна людському оку. Електромагнітне випромінювання цього спектру легко називають світлом. Очі реагують на довжину хвиль видимого світла 390-750 нм. По частоті це відповідає смузі 400-790 ТГц. Адаптоване око зазвичай досягає максимальної чутливості 555 нм (540 ТГц) при зеленій області оптичного спектру. Але сам спектр не вміщує всі кольори, що вловлюються очима та мозком. Наприклад, такі барвисті, як рожевий та пурпурний, створюються при поєднанні кількох довжин хвиль.

Перед вами основні категорії електромагнітних хвиль. Роздільні лінії в деяких місцях відрізняються, а інші категорії можуть перекриватися. Мікрохвилі займають високочастотну ділянку радіосекції електромагнітного спектру

Видиме світло формує вібрації та обертання атомів і молекул, а також електронні транспортування всередині них. Цими транспортуваннями користуються приймачі та детектори.

Невелика частина електромагнітного спектру разом із видимим світлом. Поділ між інфрачервоним, видимим та ультрафіолетовим не виступає на 100% відмінним

На верхньому малюнку відображено частину спектра з кольорами, які відповідають за конкретні чисті довжини хвиль. Червоний – найнижчі частоти та найдовші хвилі, а фіолетовий – найбільші частоти та найкоротші довжини хвиль. Випромінювання сонячного чорного тіла досягає максимуму у видимій частині спектру, але найбільш інтенсивно у червоному, ніж у фіолетовому, тому зірка здається нам жовтою.

Кольори, здобуті світлом тонкої лінії довжин хвиль, називають чистими спектральними. Не забувайте, що кожен має багато відтінків, тому що спектр безперервний. Будь-які знімки, що надають дані з довжин хвиль, відрізняються від тих, що є у видимій частині спектра.

Видимо світло та земна атмосфера

Видиме світло пробивається крізь оптичне вікно. Це "місце" в електромагнітному спектрі, що пропускає хвилі без опору. Як приклад можна згадати, що повітряний шар розсіює блакитний краще за червоний, тому небеса здаються нам синіми.

Оптичне вікно також називають видимим, оскільки воно перекриває діапазон, доступний людині. Це не випадково. Наші пращури розвинули бачення, здатне використовувати величезне різноманіття довжин хвиль.

Завдяки наявності оптичного вікна ми можемо насолоджуватися м'якими температурними умовами. Функція сонячної яскравості досягає максимуму у видимому діапазоні, що переміщається, не залежно від оптичного вікна. Саме тому поверхня нагрівається.

Фотосинтез

Еволюція позначилася як на людях і тварин, а й у рослинах, які привчилися правильно реагувати частини електромагнітного спектра. Так, рослинність трансформує світлову енергію на хімічну. Фотосинтез використовує газ та воду, створюючи кисень. Це важливий процес для всього аеробного життя планети.

Цю частину діапазону називають фотосинтетично активною областю (400-700 нм), що перекривається з спектром людського зору.

Вчитель фізики м. Бахчисарай

Гапєєнко Ніна Олександрівна

Урок 2.78 на тему «Дисперсія світла»

Ціль:вивчити поняття: хвильова оптика, спектр, монохроматичне світло, дисперсія; пояснювати фарбування предметів.

Метод:пояснювально-ілюстративний, дослідження.

Хід уроку:

Слайд 2-3.

На слайдах ми бачимо прояви законів відображення та законів заломлення у кольорі. Чи може геометрична оптика відповісти на запитання: звідки з'являються ті чи інші кольори і що таке?

Ні. Для цього необхідно вивчити будову світлових хвиль. А ці питання розглядаються у розділі «Хвильова оптика».

Слайд 4.

(«Хвильова оптика» та її основні питання)

Слайд 5.

Сьогодні на уроці ми розглянемо властивість дисперсію.

Запишіть тему уроку:

Пояснення нового матеріалу:

Звернемося до експериментальних даних. Ще в 1605р. англійський вчений Томас Харріот, вивчаючи заломлення світла в рідинах, виявив, що показник заломлення однієї й тієї ж речовини для червоних променів один, а для зелених променів інший. Це означає, що швидкість світлових хвиль різного кольору речовині різна.

Наразі відомо, що колір , видимий оком, визначається частотою світлової хвиліТому відкриття Харріота можна як виявлення залежності показника заломлення речовини від частоти світла.

Сам Харріот про своє відкриття промовчав, і про його дослідження дізналися значно пізніше. У 1611р. Аналогічне явище, тільки не в рідинах, а у склі, виявив італійський вченийМарк Антоній Домініс.

І хоча його результати були опубліковані, широкого поширення вони не набули, а сам Домініс через 13 років помер у в'язниці інквізиції. У

1648р. дисперсія світла була перевідкрита чеським ученим Я.М.Марці. Однак і цього разу ніхто не звернув на це уваги.І лише коли відповідні досліди були проведені

Ісааком Ньютоном

1666р. , світ нарешті дізнався про нове явище

На початку 1666р. Ньютон був зайнятий шліфуванням оптичного скла несферичної форми і вирішив випробувати за допомогою трикутної скляної призми прославлене явище квітів.

Слайд 6-8. «Спочатку вигляд яскравих і живих фарб, що виходили при цьому, приємно розважив мене. - Згадував згодом Ньютон. – Але через деякий час, змусивши себе придивитися до них уважніше, я був здивований їхньою довгастою формою…»Спостережувана картина отримала назву призматичного

До Ньютона біле (сонячне) світло вважалося простим, а різні кольори – його змінами, що з'являються в результаті взаємодії світла з «темнотою» або якоюсь речовиною. Ньютон же, за словами сучасників, висловив «дивну і незвичайну» гіпотезу: «Ми повинні розрізняти два роди кольорів: одні первісні та прості, інші складені з них». Деякі з простих променів, за Ньютоном, здатні виробляти червоний колір і ніякого іншого, інші - жовтий і ніякого іншого і т.д.

Свої остаточні висновки Ньютон сформулював як кілька теорем. Перші з них кажуть:

« ТеоремаI . Промені, що відрізняються за кольором, відрізняються і за ступенем заломлюваності»

« ТеоремаII. Сонячне світло складається з променів різної заломлюваності»

Отже, білий світ,по Ньютону, не є простим. Він має складний склад і може бути розкладений у спектр за допомогою скляної призми.

Рецензію працювати Ньютона було доручено зробити Роберту Гуку. Просидівши над відгуками кілька годин поспіль, Гук у своїй рецензії висунув настільки сильне заперечення проти теорії ньютонів, що Ньютону для обмірковування своєї відповіді знадобилося півроку. (На думку Гука, твердження про те, що в білому світлі містяться промені всіх кольорів, рівносильне твердженню про те, що в повітрі, укладеному в органному хутрі, містяться відразу всі звукові тони. Іншими словами, це те саме, що говорити про те , що шум є сукупність правильних музичних звуків.)

У своїй відповіді на рецензію Гука Ньютон уникнув розглянутої проблеми і зосередив увагу на слабких місцях теорії самого Гука.

Проте за запереченнями Гука пішла критика з боку Гюйгенса. «Якби те, що промені світла в їхньому первісному стані були деякі червоними, деякі синіми і так далі, було правдою, - писав він, - то було б дуже важко пояснити на механічних принципах, у чому полягає ця відмінність кольорів».

Гюйгенс виявився дуже прозорливим – пояснення цього випромінювання з'явилося лише в XIX ст., коли було встановлено, що випромінювання різних кольорів відрізняються частотою коливань.

Слайд 9.

Справді, якщо за допомогою другої призми, перевернутої на 180 градусів щодо першої, зібрати всі пучки спектру , то знову вийде білий колір.

Слайд 10-12

Електромагнітне випромінювання однієї певної та строго постійної частоти називається монохроматичним.

(На практиці містить вузьку ділянку спектру)

-Дайте визначення понять «видиме випромінювання», «спектр», «колір», «дисперсія».

Колір– властивість тіла викликати певне зорове відчуття у відповідності до спектрального складу випромінювання, що відбивається або випускається.

Спектр- Сукупність гармонійних коливань (або хвиль), створюваних будь-яким джерелом.

Видиме випромінювання– електромагнітне випромінювання із довжиною хвилі від 380 до 780 нм.

Дисперсія– це розкладання білого світла на сім кольорів.

Слайд 13.

Висновок:

Призма не змінює світло, лише розкладає його на складові.

Біле світло складається з кольорових променів.

Фіолетові промені заломлюються сильніше за червоні.

Чому?

Класична електромагнітна теорія дисперсії була створена наприкінці ХІХ Х.А.Лоренцом. Відповідно до електромагнітної теорії дисперсія світла є результатом взаємодії світлової хвилі з молекулами речовини. Коли світлова хвиля проникає в речовину, під впливом електричного поля цієї хвилі електрони молекул починають вимушені коливання. Частота цих коливань збігається з частотою хвилі, а амплітуда залежить від співвідношення між цією частотою та власною частотою коливань електрона. При різній частоті світла амплітуда вимушених коливань електронів, і навіть ступінь поляризації речовини також різні. Різною при цьому виявляється і діелектрична проникність речовини . Але швидкість світла
, а показник заломлення

Тому якщо залежить від частоти світла, то залежністю від частоти будуть володіти і з .

Швидкість світла у вакуумі дорівнює =3·10 8 м/с. Але світло буває різним: жовтим, червоним, зеленим тощо. У вакуумі промені всіх кольорів поширюються з тією самою швидкістю. Висновок у тому, що у речовині промені різного кольору поширюються з різною швидкістю доведемо практично.

Звернімо увагу на формулу:
.

Отже,
(Опираємося на формулу з лабораторної роботи з визначення показника заломлення скла).

Слайд 14.

Висновок:

Червоне світло, яке менше заломлюється, має найбільшу швидкість, а фіолетове – найменшу, тому призма і розкладає світло.

Чому?

Міркування виносяться на дошку:

Значить, показник заломлення залежить від довжини хвилі (від частоти).

Слайд 15.

Висновок: Показник заломлення залежить від довжини хвилі електромагнітного випромінювання.→ Залежність показника заломлення світла з його довжини хвилі називається дисперсією.

Визначення: Залежність швидкості світла у речовині (або показника заломлення) від частоти хвилі (або кольору) називається дисперсією світла.

Слайд 16

Первинна перевірка розуміння:

Що називають дисперсією світла?

Яке світло називають монохроматичним?

Яке світло поширюватиметься в речовині призми (зі скла) з більшою швидкістю?

Що відбудеться при з'єднанні світлових променів спектра?

Чим пояснити білий колір снігу, чорний сажі, зелений колір листя, червоний колір прапора?

Від чого залежить кольоровість світлових хвиль? Від частоти (Тільки частота не змінюється при переході з одного прозорого середовища в інше і колір теж не змінюється)

Пояснення кольоровості:

Особливо значною стає амплітуда коливань електронів у речовині приv≈ v 0 . У цьому випадку спостерігається резонанснепоглинання енергії та випромінювання відповідних частот з падаюного світла «випадають» (поглинаються).

У молекул безбарвної прозорої речовини, наприклад, скла, найбільш істотні резонансні частоти лежать в ультрафіолетовій області. Тому звичайне скло добре пропускає видиме світло та поглинає ультрафіолетовий.

У кольорового скла резонанси є і у видимому діапазоні частот. Через це частина світла, що проходить, поглинається і залишається лише той, який і надає колір склу. Наприклад, дивлячись на лампу розжарювання через синій світлофільтр, ми побачимо її синій тому, що синій світлофільтр із усієї сукупності випромінювань лампи пропускає тільки сині, фіолетові та блакитні промені, а решта поглинає.

Колір непрозорих предметів визначається тим світлом, що вони дифузно (розсіяно) відбивають. Так, наприклад, предмет, що поглинає всі промені, крім зелених, відбиваючи останні, набуває зеленого кольору. Якщо ж поверхня якогось предмета однаково добре відбиває промені всіх кольорів спектру, вона здаватиметься білої. Білі поверхні характеризуються значним коефіцієнтом відбиття. Причому чим більший коефіцієнт відображення має біла поверхня, тим світлішою вона здається. Дуже світлим виглядає білий порошок оксиду магнію (коефіцієнт відображення 96%). Свіжевипав сніг відбиває 85% падаючого світлового потоку, білий папір - 75%.

"Чорних променів" у природі не існує. Предмет нам здається чорним у тому випадку, коли він поглинає майже весь світ, що падає на нього, однаково погано відображаючи промені всіх кольорів. Наприклад, коефіцієнт відображення чорного оксамиту становить лише 0,3%.

Взагалі всі кольори, що зустрічаються в природі, поділяють на ахромутичніі хроматичні.До ахроматичних кольорів відносяться білий, чорний та сірий кольори.

До хроматичних відносяться спектральні кольори (від червоного до фіолетового), пурпурові (малиновий, вишневий і бузковий) і всі інші (коричневий, салатний і т.д.), що вийшли в результаті змішування різних кольорів між собою. Пурпурні кольори виникають при змішуванні у різній пропорції червоних та фіолетових або синіх кольорів.

Червоний, зелений і синій кольори є взаємно незалежномими.Це означає, що кожен з них не може бути отриманий внаслідок змішування двох інших. Направивши на білий екран три пучки світла, пропущені відповідно через червоний, зелений та синій світлофільтри, у місці їх перетину можна отримати білий колір. Щоправда, він вийде лише при одному цілком певному співвідношенні яскравостей світлових пучків, що складаються. Змінюючи це співвідношення, у результаті змішування червоного, зеленого та синього кольорів можна отримати практично будь-який інший хроматичний колір.

Слайд 17

Пояснення на основі властивості дисперсії світла природного явища «Райдуга»

Закріплення:

Слайд 18

Закріплення здобутих на уроці знань:

Тест на тему «Дисперсія світла»

Варіант 1

Порівняйте швидкість поширення червоного та фіолетового випромінювань у вакуумі.

А. υ до › υ ф

Б. υ до = υ ф

В. υ до ‹ υ ф

Як зміниться частота зеленого випромінювання під час переходу світла з повітря у воду?

А. Зменшується

Б. Не змінюється

В.Збільшується

Показник заломлення води при температурі 20 0 З різних монохроматичних променів видимого випромінювання знаходиться в інтервалі від n 1 =1,3308 до n 2 =1,3428. Який із цих показників є показником заломлення фіолетових променів?

А. n 2

Б. n 1

Ст. n 1 та n 2

Чому для транспортування світловим сигналом небезпеки є червоне світло?

А. Асоціюється із кольором крові

Б. Впадає у вічі

В. Має найменший показник заломлення

Г. Найменше розсіюється в повітрі та тумані.

На білому папері написано текст червоні літери. Через скло якого кольору літери здаватимуться чорними?

А.Білого

Б.Червоного

В.Зеленого

Варіант 2

Порівняйте швидкість поширення червоного та фіолетового випромінювань у склі.

А. υ до › υ ф

Б. υ до = υ ф

В. υ до ‹ υ ф

Як зміниться довжина хвилі червоного випромінювання під час переходу світла з повітря у воду?

А. Зменшується

Б. Не змінюється

В.Збільшується

Від чого залежить кольоровість світлових хвиль?

А. Від їхньої частоти

Б. Від швидкості їх поширення

В. Від довжини хвилі

Чому робітники на будівництві носять каски оранжевого кольору?

А. Помаранчевий колір добре помітний на відстані

Б. Мало змінюється під час негоди

В. Найменше розсіюється в повітрі та тумані.

Г. Відповідно до вимог безпеки праці.

У пляшку із зеленого скла налито червоне чорнило. Якого кольору здається чорнило?

О.Чорного

Б.Червоного

В.Зеленого

Слайд 19

Самоперевірка

Самоаналіз (рефлексія)

Домашнє завдання:

Слайд 20.

Домашнє завдання:

Параграф 53 (підручник за редакцією проф. Н.А. Парфентьєвої)

Римкевич №1081,1083,1084

Творче завдання: "Застосування дисперсії світла."

Список використаної літератури:

Риммевич А.П., "Задачник" для 10 - 11 класів, Москва, видавництво "Дрофа", 2006

Громов С.В., "Фізика - 11", Москва, видавництво "Освіта", 2009

Мякішев Г.Я., «Фізика – 11», Москва, видавництво «Освіта», 2014

Пінський А.А., "Фізика - 11", Москва, видавництво "Освіта", 2009

p align="justify"> Електромагнітний спектр представляє діапазон всіх частот або довжин хвиль електромагнітного випромінювання від дуже низьких енергетичних частот як радіохвилі до дуже високих частот, таких як гамма-промені. Світло це частина електромагнітного випромінювання, яка є видимою для людського ока і називається видимим світлом.

Сонячні промені набагато ширші за видимий спектр світла і описуються як повний спектр, що включає діапазон довжин хвиль, необхідних для підтримки життя на землі і: інфрачервоний, видимий і ультрафіолетовий (УФ).

Людське око реагує тільки на видиме світло, яке лежить між інфрачервоним та ультрафіолетовим випромінюванням, що має крихітні довжини хвиль. Довжина хвилі видимого світла становить від 400 до 700 Нм (нанометр мільярдна метра).

Видимий спектр світла включає сім кольорових смуг, коли сонячні промені заломлюються через призму: червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій та фіолетовий.

Першою людиною, що відкрила, що білий складається з квітів веселки, був Ісаак Ньютон, який у 1666 році направив сонячний промінь через вузьку щілину і потім через призму на стіну – отримавши всі видимі кольори.

Видиме світло застосування

За роки світлотехнічна промисловість стрімко розвивала електричні та штучні джерела, що копіювали властивості сонячного випромінювання.

У 1960-х років вчені вигадали термін «повний спектр освітлення» для опису джерел, що випускають подібність до повного природного освітлення, який включав ультрафіолетовий і видимий спектр необхідний для здоров'я організму людини, тварин і рослин.

Штучне освітлення для будинку або офісу має на увазі природне освітлення в безперервному розподілі спектральної потужності який представляє потужність джерела в залежності від довжини хвилі з рівномірним рівнем променистої енергії пов'язаний з галогеновими лампами.

Видимий світло - це частина електромагнітного випромінювання (ЕМ), як радіохвилі, інфрачервоне випромінювання, ультрафіолетове випромінювання, рентгенівські промені та мікрохвилі. Як правило, видиме світло визначається як візуально визначене для більшості людських очей

Спектр, як правило, ділиться на сім діапазонів у порядку зменшення довжини хвилі та збільшення енергії та частоти. Загальне позначення представляє радіохвилі, мікрохвилі, інфрачервоне (ІЧ), видиме світло, ультрафіолетове (УФ), рентгенівські промені та гамма-промені.

Довжина хвилі видимого світла знаходиться в діапазоні електромагнітного спектра між інфрачервоним (ІЧ) та ультрафіолетовим (УФ).

Що таке колір

Мабуть, найважливішою характеристикою видимого світла є пояснення що таке колір. Колір є невід'ємною властивістю та артефактом людського ока. Як не дивно, але об'єкти «не мають» кольору – він існує тільки в голові того, хто дивиться. Наші очі містять спеціалізовані клітини, що утворюють сітківку ока, яка діє як приймачі, налаштовані на довжини хвиль у цій вузькій смузі частот.

Випромінювання в нижній частині видимого спектру, що має велику довжину хвилі (близько 740 нм), сприймається як червоний, у середині, як зелений, і на верхньому кінці спектру, з довжиною хвилі близько 380 нм, вважається синій. Всі інші кольори, які ми сприймаємо, є сумішшю цих кольорів.

Наприклад, жовтий колір містить червоний та зелений; блакитний - суміш зеленого та синього, пурпуровий - суміш червоного та синього. Білий містить усі кольори у поєднанні. Чорний це повна відсутність видимого випромінювання.

Колір та температура

Випромінювання енергії сприймається як зміна кольору. Наприклад, полум'я паяльної лампи змінюється від червоного до синього і можна відрегулювати, щоб гарячіше горіла. Цей процес перетворення теплової енергії на видиму енергію називається розжарювання.

Лампа розжарювання вивільняє частину своєї теплової енергії у вигляді фотонів. Близько 800 градусів за Цельсієм енергія, що випромінюється об'єктом, досягає інфрачервоного випромінювання. При збільшенні температури, енергія перетворюється на видимий діапазон і в об'єкта утворюється червоне свічення. Коли об'єкт стає жаркішим, колір змінюється до «білого гартування» і в результаті перетворюється на синій.

Видиме випромінювання в астрономії

Світло гарячих об'єктів, таких як зірки, може бути використане для оцінки їх температури.

Наприклад, температура поверхні Сонця становить приблизно 5800 0 за Кельвіном або 5527 0 за Цельсієм.

Енергія, що випромінюється, має пікову довжину коливань близько 550 нм, які ми сприймаємо як видимий білий (або злегка жовтуватий).

Якби температура поверхні Сонця була прохолоднішою, близько 3000 0 С, це виглядало б як червонуватий колір, як зірка Бетельгейзе. Якби це було жаркіше, близько 12000 0 С, це буде виглядати блакитним, як зірка Рігель.

Зірка Бетельгейзе

Зірка Рігель

Астрономи також можуть визначити, які об'єкти з чого складаються, оскільки кожен елемент поглинає світло у певних довжинах хвиль, які називаються спектром поглинання. Знаючи спектри поглинання елементів, астрономи можуть використовувати спектроскопи визначення хімічного складу зірок, газопилових хмар та інших віддалених об'єктів.

Назад вперед

Увага! Попередній перегляд слайдів використовується виключно для ознайомлення та може не давати уявлення про всі можливості презентації. Якщо вас зацікавила ця робота, будь ласка, завантажте повну версію.

Ціль:закріпити знання учнів на тему: "Хвильові властивості світла", розвивати пізнавальний інтерес до предмета, показати використання хвильових властивостей світла на практиці, закріпити навички роботи з лабораторним обладнанням L-мікро, використовувати в роботі інформаційні технології, віртуальні лабораторні роботи.

Обладнання:комп'ютер, інтерактивна дошка SMART, мультимедійний пристрій, диск "ЄДІ з фізики, 100 балів", "Жива фізика", обладнання L-мікро для проведення лабораторних робіт.

I. Організація класу.Розділити клас на 4 групи та дати їм назви:

• "Інтерференція",
• "Дифракція",
• "Поляризація",
• "Дісперсія".

ІІ. Слово вчителя.З давніх-давен на нашій планеті

Багато легенд складалося про світло,
Багато тоді було в ньому непідвладного,
Але світло всіх манило загадкою прекрасною.

Ось перше питання:

Що таке світло?

1 група.

Багато вчених шукали відповідь,
Багато відкриттів вони зробили...
Погляньмо, що вони нам відкрили?
Насамперед світло - це хвиля,
Електромагнітною зветься вона.
Зі швидкістю світла ніщо не зрівняється
Триста тисяч кілометрів на секунду промчить.

2 група

Світло мінливий і зовсім не простий,
Адже він має двоїстість властивостей:
Властивості частинок, звичайно, прекрасні,
Але властивості хвилі йому теж підвладні.
Поглянемо в характер його ми глибше.
І тут властивостей чимало для нас таких необхідних!
Дисперсія, заломлення, дифракція-
У багатьох явищах дають розібратися нам,
Багато зрозуміти і точно відповісти,
Навіщо потрібне світло і дорослим, і дітям!

3 група

Давайте подивимося на реальні приклади:
Ось чому аркуш паперу білий?
Відповідь дуже проста, простіше не буває:
Просто папір весь світ відбиває.
А поглянемо на чорний – протилежно,
Влітку у ньому ходити неможливо.
І знову запитання: чому таке буває?
Просто чорний колір все поглинає.

4 група

Світ такий прекрасний, прекрасна планета,
І тут не обійшлося без допомоги світла.
Адже веселку, листя, дерева, квіти,
Все, що в прекрасних тонах бачимо ми,
Все що для ока красивим буває,
Все це світло нам відкриває!

Ньютон, Гюйгенс та світло. Народження оптики у XVII столітті.

Саме І. Ньютон з великою винахідливістю та терпінням проробив сотні дослідів, кожен із яких мав відповісти на конкретні питання:

• колір – це характеристика ступеня заломлення;
• білий колір – є суміш різнокольорових променів;
• при поділі білого кольору кут заломлення зростає від червоного до фіолетового;
• при змішуванні всіх кольорів знову утворюється білий колір?

Він перевіряв свою гіпотезу двома способами:

• через комбінацію двох призм, поставлених поспіль з поворотом на 180°, друга призма змішувала кольори розкладені першою;
• відомий диск Ньютона, при швидкому обертанні якого з'являється ілюзія білого кольору.

(Здатність сітківки ока зберігати зображення протягом деякого часу, приблизно 0,1 сек.)

Але найпрекраснішою демонстрацією явищ хвильової оптики стали кільця Ньютона. Гюйгенс спостерігав їх раніше, але саме Ньютон зміг першим пояснити це явище, хоч і схилявся до корпускулярної моделі світла. Він припустив, що промені світла періодично приймають два стани: "стан прохідності" та "стан відбивності".

Про хвильові властивості світла сьогодні ми й поговоримо.

"Інтерференція"

Ми вважаємо, що саме інтерференція є найбільш переконливим доказом хвильових властивостей світла.

Досвід: увімкнемо одну лампочку, потім ще одну - стало світлішою, але картини інтерференції ми не бачимо. А тепер спробуємо зробити, як Т. Юнг. У його досвіді фронт хвилі поділяється на два

близько розташованих джерела. На екрані є інтерференційна картина. Він також визначив довжину хвилі для фіолетової частини спектру – 0,42 мкм., для червоного спектру – 0,7 мкм. Інтерференція супроводжувалася спектральним розкладанням на монохроматичні складові. Але картину інтерференції не можна одержати, якщо джерела не когерентні. Когерентними називаються дві світлові хвилі однакової частоти, у якої різниця фаз дорівнює нулю. Як показує досвід, саме при складанні когерентних хвиль виникає інтерференційна картина максимумів та мінімумів освітленості.

Досліди на комп'ютері.

Інтерференція знайшла широке застосування:

• інтерферометр Майкельсон - прилад, який служить для прецизійних вимірювань. За допомогою цього приладу в 1881 році А. Майкельсон і Е. Морлі намагалися визначити, чи існує різниця в значенні швидкості світла при його поширенні вздовж і впоперек спрямування орбітального руху Землі.
• просвітлення оптики. Світло проходячи через лінзи фотоапаратів, біноклів відбивається від передньої та задньої поверхонь. При відображенні втрачається 8-10% енергії світла, і якщо об'єктив складається з кількох лінз, втрачається до 50% енергії. Щоб цього уникнути на поверхню лінз хімічним методом, наносять тонку плівку, товщина якої і показник заломлення вибираються з таким розрахунком, щоб у відбитому світлі виник інтерференційний мінімум.

Інтерференційні методи знайшли широке застосування у низці інших галузей науки техніки. За допомогою інтерферометра можна дослідити якість шліфування поверхонь, можна виміряти коефіцієнти розширення твердих тіл, малу зміну розмірів феромагнетиків у магнітному полі та сегнетоелектриків в електричному полі, а також виміряти коефіцієнти заломлення речовин, малі концентрації домішок у газах та рідині.

В астрономії інтерференційні методи дають змогу оцінити кутовий діаметр зірок.

"Дифракція"

Той факт, що світло заходить за краї перешкод, відоме людям дуже давно. Перший науковий опис цього явища належить Ф.Грімальді, який не тільки описав розмитість тіні від предмета, а й кольорову смугу в галузі розмитості. Він уперше це явище назвав дифракцією. Дифракція світла - це огинання світлом непрозорих предметів як наслідок цього проникнення світла у область геометричної тіні. Х. Гюйгенс першим спробував пояснити це явище, висунувши при цьому принцип побудови хвильових фронтів. Але треба віддати данину та іншому вченому, О. Френелю, який багато зробив для розвитку хвильової теорії світла. У 1818 році він представив конкурсну роботу під назвою "Записка про теорію дифракції", в якій довів, що тільки хвильова теорія світла пояснює дифракційну картину.

Використання дифракції світла однією щілини у практичних цілях дуже утруднено і незручно через слабкої видимості дифракційної картини. Дифракційні грати - спектральний прилад, що служить для розкладання світла в спектр та вимірювання довжини хвилі. Вони бувають металевими та скляними. На ці грати наносять велику кількість паралельних штрихів: 2000 штрихів на один міліметр поверхні. Головною характеристикою ґрат є постійна ґрати d=а + в, d sin f=m j(m=0,1,2....), там де кути fзадовольняють умові, спостерігаються основні максимуми дифракційної картини. Серед різноманітних практичних застосувань хвильових властивостей світла останні десятиліття одне з найцікавіших - голографія. Сутність голографії полягає у фіксації повної інформації про предмет, причому інформації як про амплітуді світлової хвилі, а й її фазі. В 1960 з появою лазерів голографічний метод став використовуватися частіше. Ідеї ​​та принципи голографії сформулював Д. Габор у 1948 році.Голограми бувають: оптичні, об'ємні, акустичні. Голографічні записи дозволяють фіксувати вібрації та деформації, що виникають у різних вузлах та деталях працюючих машин, а також кількісні дослідження повітряних потоків в аеродинамічних трубах.

"Поляризація"

Пружні хвилі бувають поздовжніми та поперечними. У поздовжніх хвилях коливання частинок відбуваються вздовж напрямку поширення хвиль, а поперечних - перпендикулярно до цього напрямку. Світло, у якого світловий вектор коливається безладно одночасно у всіх напрямках, перпендикулярних до променя, називається природним або не поляризованим. Типовий приклад такого світла – сонячне випромінювання, випромінювання ламп розжарювання, ламп денного світла. А світло, у якого напрям коливань світлового вектора суворо фіксовано, називається лінійно поляризованим або плоско поляризованим. Під поляризацією світла розуміють виділення із природного світла світлових коливань із певним напрямом електричного вектора. Залежність показника поглинання речовини від напрямку коливань світлового вектора називається дихроїзмом. У практичному використанні турмалін не дуже зручний: він дорогий і з нього не можна вирізати пластини великих розмірів. Тому більш поширені як поляроїди спеціальні дихроічні плівки, поміщені між скляними пластинками, наприклад плівки з кристаликів герапатиту.

У світі давно обговорюється питання про встановлення поляроїдів на фари та вітрове скло автомобілів при усуненні сліпучої дії фар зустрічних машин. Для цього поляроїд на фарах та вітровому склі повинен пропускати коливання під кутом 45° до горизонту. Тоді напрямок світлових коливань зустрічної машини буде перпендикулярно площині, в якій поляроїд пропускає коливання і світло фар гаситиметься. Власне поляризоване світло даного автомобіля після відображення від дороги проходитиме крізь вітрове скло. Встановлення поляроїдів має сенс. Якщо забезпечити ними всі автомобілі.

"Дисперсія"

Розкладання білого світла у спектр за допомогою скляної призми вперше було отримано І. Ньютоном. Біле світло розкладається у спектр, але монохроматичні кольори (червоний, синій, фіолетовий) далі на спектральні складові не розкладаються.

Будучи прихильником корпускулярної теорії світла, І. Ньютон пояснював цей факт так: фіолетовий колір складається з маленьких частинок, червоний - з масивніших. Вивчення явищ інтерференції та дифракції світла показало, що колір пов'язаний з довжиною хвилі, отже, і її частотою. Цю властивість хвиль можна спостерігати у природі.

У російських літописах веселка називалася райська дуга. У Стародавній Греції веселку уособлювала богиня Іріда, вона поєднувала небо і землю, була посередником для людей і богами. Веселку "роблять" водяні краплі: у небі - краплі дощу, на землі - бризки водяного струменя водоспаду, фонтану. Саме у водяній краплі відбуваються оптичні явища, через які виникає веселка. Заломлення на кордоні повітря - вода за законом "відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення дорівнює відносному показнику заломлення"; Віддзеркалення світла на кордоні повітря - вода за законом "кут відбивання дорівнює куту падіння променя". Дисперсія світла – це розкладання світла у спектр. Умови виникнення веселки: наявність крапель води діаметром 0,08 – 0,2 мм; особливе становище спостерігача - спиною до сонця, поза дощової зони при висоті сонця над горизонтом трохи більше 42?. Верхня частина веселки завжди червоного кольору, нижня – фіолетового. Гарне природне явище не залишить нікого байдужим.

Питання: А чи правда, що існують білі веселки?

Так, їх називають туманними. Вони виникають при освітленні сонячними променями слабкого туману, що складається з крапель радіусом 0,025 мм і менше. Навіть вуличний ліхтар може створити білу веселку видиму на темному тлі нічного неба.

Веселку та гало має одну й ту саму фізичну природу. Гало походить від давньогрецького слова "халос" - круглий майданчик. Вони можуть виглядати досить різноманітно - кільця, що світяться навколо Сонця або Місяця, хрести, стовпи, помилкові світила. Спостерігається гало, якщо світило просвічує через тонкі перисто-шаруваті хмари. Ці хмари складаються з крижаних кристаликів у формі правильної шестикутної призми. гало бувають білими і з кольоровими відтінками і пояснюються тим, що виникає свічення внаслідок заломлення світла в кристаліках та відбиття від їх граней. Часто на небі можна фіксувати кілька гало. Наприклад: дуже складне гало спостерігалося в Петербурзі 18 червня 1794: одночасно на небі було 12 кіл і дуг, з них 9 кольорових. Його так і називають – Петербурзький феномен.

Запитання: Цікаво, а на інших планетах може бути таке явище?

Вчені зафіксували гало і інших планетах Сонячної системи - у атмосфері Венери, соціальній та атмосфері Іо, супутнику Юпітера.

Міраж - французького походження і має два значення: відображення та оманливе явище. Міражі - це явища, опис яких часто зустрічається в художній літературі. Ось уривок із французької казки "Принцеса Дангобер":

"Матроси залізли на реї, а капітан узяв підзорну трубу і побачив замок, що висить на золотих ланцюгах між небом та землею". Здогадайтеся, про яке явище йдеться?

Міраж є зображенням реально існуючого землі предмета, часто збільшене і сильно спотворене. Вони бувають верхні, нижні та складні.

Нижні (озерні) виникають над сильно нагрітою поверхнею. Спостерігають їх у пустелях та спекотних степах. Повітря біля землі сильно нагріте, і його показник заломлення менше, ніж у холодного повітря, що лежить більш високо. Відображення у цьому шарі аналогічне відбитку у воді. Верхнівиникають, навпаки, над сильно охолодженою поверхнею, наприклад над холодною водою. Вони спостерігаються у північних широтах. У цьому випадку показник заломлення повітря вище поверхні води і зменшується з висотою. СкладніМіражі називаються фата - моргана, виникають одночасно, тобто коли є умови і для верхнього міражу і для нижнього. Складні міражі мають вигляд примарних палаців, замків, лук і садів, при цьому вся картина швидко зникає.

Питання: Легенда про "летючого голландця" - це теж міраж?

Так, безперечно, це верхній міраж.

Захід сонця.

Викривлення ходу світлових променів в атмосфері пояснює не тільки міраж, а й напрочуд гарне оптичне явище - захід сонця. Справді, один захід сонця зовсім не схожий на інший. Але сонце, що завжди заходить, стає червоним.

Синій колір піднебіння пояснюється молекулярним розсіюванням світла на флуктуації щільності. Коефіцієнт розсіювання обернено пропорційний довжині хвилі в четвертому ступені. В результаті синьо-фіолетові промені розсіюються у 16 ​​разів сильніше, ніж червоні. Звідси блакитний колір денне небо. Коли сонце низько, шлях променів через атмосферу значно довший, ніж днем, коли сонце стоїть високо. Враховуючи, що сині промені сильніше розсіюються атмосферою, зрозуміло, що від сонця доходять до ока переважно помаранчеві та червоно-жовті промені. Тому сонце на заході сонця і на сході здається оранжево-червоним.

Питання: Проти сонця видно блискучу доріжку. Як вона утворюється? Чому доріжка завжди орієнтована на спостерігача?

Відповідь: Доріжка виникає на поверхні води внаслідок відбиття світла від дрібних хвиль, орієнтованих у різних напрямках. Тому відбиті промені попадають у око і кожен спостерігач бачить свою доріжку.

Дякую. Ми повторили та узагальнили знання