Разложение белого света
Физиком, который впервые доказал, что белый свет представляет собой смесь различных цветов, был Исаак Ньютон, первооткрыватель закона всемирного тяготения. Именно Ньютон использовал призму в своем эксперименте.
Призма — это твердое тело из оптически прозрачного материала (обычно стекла), представляющее собой призму с треугольным основанием. Когда свет проходит через призму, он преломляется дважды: сначала на границе раздела воздух-стекло (при входе в призму), а затем на границе раздела стекло-воздух (при выходе из призмы). Ход светового луча в призме показан на рисунке 1 ниже.
Рис. 1. Путь луча света в призме
Проверим гипотезу о том, что белый свет разлагается, потому что он представляет собой смесь основных, простых цветов.
Вывод, который получим в результате опыта.
На экране мы наблюдаем так называемый спектр белого света, который представляет собой набор цветов от фиолетового до красного в результате дисперсии пучка белого света. Таким образом, белый свет представляет собой смесь цветов.
Каков механизм формирования спектра белого света? Луч света, представляющий собой смесь цветов, претерпевает двойное преломление при прохождении через призму (см. рисунок 2). Каждый компонент преломляется под разным углом, поскольку скорость его распространения меняется при переходе из одной среды в другую.
Рис. 2. Механизм формирования спектра белого света при прохождении через призму
Помните! При прохождении через призму фиолетовый свет отклоняется от своего первоначального направления в наибольшей степени, а красный — в наименьшей.
Дисперсия света уже происходит, когда белый свет попадает в призму. При выходе из призмы углы преломления, под которыми цветовые компоненты белого света покидают призму, увеличиваются, делая явление более заметным.
Дисперсия света может объяснить многие явления, наблюдаемые в природе, например, образование радуги.
Причина дисперсии света
Причина разложения белого света через призму заключается в следующем: свет разных цветов и, следовательно, разных длин волн имеет разную скорость распространения в материале, например, в стекле. В том же стекле, например, скорость распространения синего света ниже, чем красного.
Следовательно, согласно закону преломления света, синий свет преломляется сильнее, чем красный. В результате различного преломления разных частей белого света, свет разворачивается веером, образуя спектр. Это также называется спектром призмы. При использовании белого света создается непрерывный спектр.
Длины волн и частоты спектральных цветов
Видимый нами диапазон спектра охватывает диапазон длин волн от 390 нм до 780 нм. Это соответствует диапазону частот от 7,7⋅10 14 Гц до 3,8⋅10 14 Гц.
Дисперсия света. Цвета тел. Спектроскоп
Проблемы, возникающие при дисперсии света
Дисперсия света — красивое и эффектное явление, но оно также может доставлять неприятности. Первые наблюдения за небом проводились с помощью телескопов, которые имели одинарные стеклянные линзы.
Когда луч света проходит через линзу и преломляется, как в призме, особенно в «толстых» линзах, свет может «расщепляться» на основные цвета. Каждый цвет имеет свою фокусную точку (фокус) — поэтому нет единой точки, в которой сходятся все световые лучи. В результате вы можете заметить цветовую кайму (см. рисунок 4) вокруг наблюдаемых объектов и ощутить снижение остроты зрения.
Это явление называется хроматической аберрацией. Определение этого понятия следующее:
Хроматическая аберрация — это дефект линзы, вызванный разложением белого света на составляющие цвета, так что каждый цвет имеет свой собственный фокус, расположенный на разном расстоянии от линзы.
Хроматическая аберрация влияет на качество изображения как при астрономических наблюдениях, проводимых с помощью простых телескопов, так и в процессе обычной фотосъемки, поскольку фотоаппараты оснащены пластиковыми или стеклянными линзами. Этот эффект можно устранить, используя вместо отдельных линз систему соответствующим образом подобранных линз (ахроматическая система).
Тест 12. Дисперсия света. Поляризация света. Вариант 2.
1. На каком рисунке правильно представлен ход лучей при разложении белого света стеклянной призмой?
2. Сравните скорость распространения красного и фиолетового излучений в воде.
3. Как изменяется длина волны зеленого излучения при переходе света из воздуха в воду?
А) Уменьшается. Б) Увеличивается. В) Не изменяется. Г) Ответ неоднозначен.
4. На рисунке представлена схема хода лучей в спектрографе. С помощью какого элемента спектрографа создается параллельный пучок лучей? А) 1 Б) 2. В) 3. Г) 4.
5. Свет переходит из воздуха в стекло с показателем преломления n. Какое из следующих утверждений справедливо?
А) Длина световой волны и скорость света уменьшились в n раз.
Б) Длина световой волны и скорость света увеличились в n раз.
В) Длина световой волны не изменилась, а скорость света уменьшилась в n раз.
Г) Длина световой волны не изменилась, а скорость света увеличилась в n раз.
6. При отражении солнечного света от стекла под определенным углом.
А) . сферически поляризованный свет становится плоско поляризованным.
Б) . плоско поляризованный свет становится сферически поляризованным.
В) . не поляризованный свет становится поляризованным.
Г) . поляризованный свет становится не поляризованным.
Дисперсия света
Тест 13 Элементы «сто». Вариант 1.
1. Два автомобиля движутся в одном и том же направлении со скоростями υ1 и υ2 относительно поверхности Земли. Чему равна скорость света от фар первого автомобиля в системе отсчета, связанной с другим автомобилем?
2. Какие из приведенных ниже утверждений являются постулатами специальной теории относительности? 1) Скорость света в вакууме одинакова для всех инерциальных систем отсчета. 2)Скорость света в вакууме является предельной, максимальной скоростью.
3. Две ракеты движутся по одной прямой навстречу друг другу со скоростями, равными по модулю 0,6с. Чему равна скорость сближения кораблей в системе отсчета, связанной с одним из кораблей? А) 0. Б) 0,88с. В) с. Г) 1,2с.
4. Два электрона, испущенные одновременно радиоактивным веществом, движутся в противоположных направлениях со скоростями 0,6с относительно наблюдателя в лаборатории. Чему равно расстояние между электронами в лабораторной системе отсчета через t секунд после их излучения? А) 0. Б) 0,88ct. В) ct. Г) 1,2ct.
5. Опыты по наблюдению спектра водорода, находящегося в спектральной трубке, выполнялись дважды. Первый раз в лаборатории на Земле, второй раз в космическом корабле, движущемся относительно Земли с постоянной скоростью. Наблюдаемые спектры.
А) . одинаковы. Б) . существенно различны. В) . сходны, но все спектральные линии сдвинуты друг относительно друга.
6. Релятивистский импульс электрона массой m0 в 2 раза больше импульса нерелятивистского электрона. При какой скорости кинетическая энергия частицы равна ее энергии покоя?
Вопросы
- Что называется дисперсией света?
- Расскажите об опыте по преломлению белого света в призме. (Ход опыта, результаты, вывод.)
- Расскажите об опыте, изображённом на рисунке 152.
- В чём заключается физическая причина различия цветов окружающих нас тел?
- Используя рисунок 151, расскажите об устройстве спектрографа.
- Что такое спектрограмма?
- Чем спектрограф отличается от спектроскопа?
- На столе в тёмной комнате лежат два листа бумаги — белый и чёрный. В центре каждого листа наклеен оранжевый круг. Что вы увидите, осветив эти листы белым светом; оранжевым светом такого же оттенка, как и круг?
- Напишите на белом листе бумаги первые буквы названий всех цветов спектра фломастерами соответствующих цветов: К — красным, О — оранжевым, Ж — жёлтым и т. д. Рассмотрите буквы через трёх-сантиметровый слой ярко окрашенной прозрачной жидкости, налитой в тонкостенный стакан. Запишите результаты наблюдений и объясните их.
1 В данном случае под спектром понимается совокупность частот или длин волн, содержащихся в излучении какого-либо вещества. (В общем случае в физике спектр — это совокупность всех значений какой-либо физической величины, характеризующей систему или процесс.)
