Дисперсия света

Тема урока: Дисперсия света 📚

Цели урока 🎯

• Понять, что такое дисперсия и что доказал опыт Ньютона 🧠

• Разобраться, что меняется при переходе света в среду, а что — нет 🔢

• Объяснить цвета предметов и происхождение радуги 🌈

Основная часть урока 📝

1. Опыт Ньютона с призмой 🤔

В 1666 году Исаак Ньютон пропустил узкий пучок солнечного света через стеклянную призму и получил на экране цветную полосу — спектр: от красного до фиолетового.
Ключевой момент: когда Ньютон выделил один цвет и пропустил его через вторую призму, тот больше не разложился. Вывод: белый свет — составной, это смесь волн разных частот, а призма лишь разделяет их.

2. Что такое дисперсия 🔍

Дисперсия света — зависимость показателя преломления вещества (и скорости света в нём) от частоты световой волны.
Для видимого света в стекле и воде показатель преломления растёт от красного к фиолетовому: n у фиолетового больше, чем у красного. Поэтому фиолетовый луч преломляется сильнее всех, а красный — слабее всех.
✨ Важно: в вакууме дисперсии нет — там волны всех частот летят с одинаковой скоростью c = 3×10⁸ м/с.

3. Что меняется в среде, а что — нет 🛠

При переходе света из вакуума в среду частота ν не меняется, а скорость и длина волны уменьшаются: v = c/n и λ = λ₀/n, где λ₀ — длина волны в вакууме, n — показатель преломления среды.

Задача 1. В стекле показатель преломления красного света n = 1,51, фиолетового n = 1,53. Найди скорости этих волн в стекле.

1. v = c/n: для красного v = 3×10⁸ / 1,51 ≈ 1,99×10⁸ м/с.

2. Для фиолетового v = 3×10⁸ / 1,53 ≈ 1,96×10⁸ м/с.

3. Вывод: фиолетовый в стекле медленнее — поэтому и преломляется сильнее. Ответ: ≈1,99×10⁸ и ≈1,96×10⁸ м/с.

Задача 2. Красный свет с λ₀ = 665 нм входит в воду (n = 1,33). Найди длину волны в воде и частоту.

1. λ = λ₀/n = 665/1,33 = 500 нм.

2. Частота не меняется: ν = c/λ₀ = 3×10⁸ / 6,65×10⁻⁷ ≈ 4,5×10¹⁴ Гц.

3. Хотя 500 нм «по таблице» — зелёная волна, свет под водой остаётся красным: цвет определяется частотой, а она не изменилась. Ответ: 500 нм; ≈4,5×10¹⁴ Гц.

Задача 3. Найди частоту зелёного света с λ = 500 нм в вакууме: ν = c/λ = 3×10⁸ / 5×10⁻⁷ = 6×10¹⁴ Гц. Проверка: λ = c/ν = 3×10⁸ / 6×10¹⁴ = 5×10⁻⁷ м. ✅

4. Почему тела цветные 🎨

• Красная футболка отражает в основном красную часть спектра, а остальные поглощает.

• Белые предметы отражают почти весь спектр, чёрные — почти всё поглощают.

• Цвет зависит и от освещения: в чисто синем свете красный предмет выглядит почти чёрным.

5. Радуга — дисперсия в каплях 🌈

Солнечный луч входит в каплю дождя, преломляется, отражается от её задней стенки и выходит обратно, преломляясь ещё раз. Волны разных частот отклоняются на разные углы — белый свет растягивается в спектр. Миллионы капель вместе дают дугу радуги; наблюдатель всегда стоит спиной к Солнцу.

Типичные ошибки ⚠️

• ❌ Думают, что в среде меняется частота света → ✅ частота неизменна, меняются скорость и длина волны.

• ❌ Считают, что красный преломляется сильнее всех → ✅ сильнее всех отклоняется фиолетовый: у него больше n.

• ❌ Говорят, что призма «окрашивает» свет → ✅ призма только разделяет цвета, которые уже есть в белом свете.

• ❌ Определяют цвет по длине волны в среде → ✅ цвет задаётся частотой, которая в среде не меняется.

Мини-конспект 📋

• Дисперсия — зависимость n (и скорости света в среде) от частоты.

• Белый свет — смесь волн; призма его разделяет (опыт Ньютона, 1666).

• Фиолетовый преломляется сильнее, красный — слабее.

• В среде: ν — без изменений, v = c/n, λ = λ₀/n.

• Цвет определяется частотой волны.

• Радуга — преломление и отражение света в каплях дождя.

Зачем это нужно? 🚀

• Спектральный анализ: по спектру определяют состав вещества и даже далёких звёзд 🔭

• В объективах камер дисперсию специально исправляют, чтобы не было цветных ореолов 📷

• Блеск и «игра» бриллианта — сильная дисперсия алмаза 💎