Інформація для вчителів
Застосування
Поляризація внаслідок розсіяння
Світло здатне поляризуватися. У попередніх дослідах уже було показано, що світло можна поляризувати відбиванням від поверхонь або заломленням. Ще одна можливість - поляризація внаслідок розсіяння. Якщо неполяризоване світло падає на центр розсіяння, будь-який напрямок поляризації можна розкласти на складову, що коливається вертикально, і складову, що коливається перпендикулярно; вона здатна збудити в центрі розсіяння відповідні коливання. Поляризацію внаслідок розсіяння можна спостерігати й у природі: коли неполяризоване сонячне світло потрапляє на молекули в атмосфері й спостерігати його під кутом 90°, відбувається розсіяння і частина світла стає лінійно поляризованою.
Інша інформація для вчителя (1/5)
Попередні знання
Учні мають знати про відбивання, заломлення та розсіяння світлових хвиль, а також про їхні поляризаційні властивості.
Принцип
Пучок світла, що проходить крізь каламутне середовище, частково розсіюється. Інтенсивність розсіяння зростає зі збільшенням каламутності. Світло, відхилене розсіянням, має блакитний колір і поляризоване перпендикулярно до оптичної осі пучка світла; вочевидь, переважно розсіюється синє світло. Що довший шлях проходить пучок світла в каламутному середовищі, то повніше розсіюється синє світло.
Інша інформація для вчителя (2/5)
Навчальна мета
Учні мають викликати в досліді ефект Тіндаля й зрозуміти, що розсіяне світло поляризоване і як саме, а також що світло, яке проходить наскрізь, поляризації не має. Крім того, вони мають помітити, що зі зростанням каламутності дедалі виразніше проступає блакитне забарвлення розсіяного світла, а світло, що проходить наскрізь, забарвлюється від жовтого до жовто-червоного.
Завдання
Завдання цього досліду - дослідити, чому безхмарне небо вдень видається блакитним і чи поляризоване це світло.
Інша інформація для вчителя (3/5)
Вказівки щодо складання та виконання
Дослід має відбуватися в добре затемненому приміщенні.
Частинки молока відносно великі. Тому може статися, що учні не помітять блакитного забарвлення розсіяного світла без підказки вчителя, бо воно не дуже інтенсивне.
Переконливіших результатів спостереження можна досягти, якщо розчинити каніфоль у спирті ( каніфолі на спирту) і додавати цей розчин у воду краплями. Розсіяння синіх складових природного світла забезпечується сильніше, і тому різниця в кольорі між світлом, що проходить наскрізь, і розсіяним світлом стає більшою. Недолік у тому, що каніфоль доволі швидко випадає пластівцями й робить використаний посуд каламутним.
Слід звернути увагу на те, щоб використовувані поляризаційні фільтри мали проріз для позначення напрямку поляризації.
Інша інформація для вчителя (4/5)
Додаткові відомості
Паралельний пучок світла, що проходить крізь цілком прозоре середовище, не можна побачити перпендикулярно до оптичної осі, але його видно, коли середовище стає каламутнішим або вже є каламутним. Тоді частина світла розсіюється на дрібних частинках. Це явище називають ефектом Тіндаля - на честь ірландського фізика Джона Тіндаля (1830 - 1893), який першим дослідив його 1868 року. Частинки, що спричиняють каламутність середовища, поводяться як диполі: вони збуджуються і самі випромінюють світло. Воно коливається в площинах, перпендикулярних до площин коливань світла, яке проходить крізь каламутне середовище.
Інша інформація для вчителя (5/5)
Примітки
Розсіяння світла, а отже, і різниця в кольорі між розсіяною та нерозсіяною частинами світла стають тим виразнішими, що дрібніші частинки, на яких відбувається розсіяння. Тому небо здається особливо блакитним тоді, коли повітря дуже чисте. Адже тоді воно містить передусім лише дуже дрібні частинки, які роблять його лише трохи каламутним і особливо добре розсіюють світло.
Застосувати синій світлофільтр наприкінці досліду запропоновано тому, що так можна переконливо довести переважне розсіяння синіх складових спектра, а отже, і зумовлене ним блакитне забарвлення розсіяного світла, яке доти було видно менш переконливо.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Світло природних джерел здебільшого неполяризоване. Проте є різні способи отримати поляризоване світло з неполяризованого. У попередньому досліді розглядали спосіб поляризації заломленням. Ще одна можливість - поляризація внаслідок розсіяння. Улітку або в холодні зимові дні ми часто можемо бачити яскраво-блакитне безхмарне небо. Але чому небо, власне, блакитне? Якщо зазирнути глибше в космос, ми побачимо, що майже все навколо нас чорне. Що ж відбувається із сонячними променями, коли вони потрапляють у нашу атмосферу, так що ми бачимо лише блакитне світло?
блакитне небо
Завдання
Схема досліду
Чому безхмарне небо вдень видається блакитним і чи поляризоване це світло?
- Пропустіть пучок світла крізь воду й додайте до неї відповідну речовину так, щоб вода ставала дедалі каламутнішою.
- Спостерігайте при цьому колір світла, що проходить наскрізь, і тієї його частини, яка видна перпендикулярно до оптичної осі, та дослідіть ці частини на поляризацію.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Освітлювач галогенний, 12 В / 20 Вт | 09801-00 | 1 | 2 | Основа зі стрижнем для освітлювача для оптичної лави | 09802-20 | 1 | 3 | Оптична лава для учнівських дослідів, l = 600 мм | 08376-00 | 1 | 4 | Набір світлофільтрів для адитивного змішування кольорів | 09807-00 | 1 | 5 | Діафрагма з отвором, d = 20 мм | 09816-01 | 1 | 6 | Лінза на ковзній опорі, f = +50 мм | 09820-01 | 1 | 7 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 2 | 8 | Оправа зі шкалою на ковзній опорі | 09823-00 | 1 | 9 | Екран, білий, 150x150 мм | 09826-00 | 1 | 10 | Поляризаційний фільтр, 50 мм x 50 мм | 08613-00 | 1 | 11 | Тримач діафрагм, накидний | 11604-09 | 2 | 12 | Мензурка, низька, 250 мл | 46054-00 | 1 | 13 | PHYWE Джерело живлення пост. струм: 0...12 В, 2 A / змін. струм: 6 В, 12 В, 5 A | 13506-93 | 1 |
|---|
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Піпетка | 1 |
| 2 | трохи молока | |
Складання (1/3)
Складіть оптичну лаву з двох штативних стрижнів і змінної штативної основи та прикладіть масштабну лінійку.
Складання (2/3)
- Складіть освітлювач за рисунками праворуч угорі.
- Закріпіть освітлювач у лівій частині штативної основи так, щоб бік із лінзою був спрямований від оптичної лави.
Насуньте світлонепроникну діафрагму перед лінзу освітлювача.
Складання (3/3)
- Закріпіть екран у правій частині штативної основи.
Поставте лінзу з на оптичну лаву безпосередньо біля освітлювача і насадіть на оправу лінзи тримач діафрагми зі вставленою діафрагмою з отвором.
Наповніть лабораторний стакан приблизно 250 мл води і поставте його на два рейтери на відстані близько 10 см від лінзи так, щоб надруковане маркування стакана було повернуте назад.
Виконання (1/2)
- Під'єднайте освітлювач до блока живлення (12 V~) і увімкніть блок живлення.
Обережно додаючи молоко, крок за кроком робіть воду каламутнішою; для цього набирайте в піпетку лише дуже небагато молока і розмішуйте його у воді.
Після кожного такого кроку спостерігайте колір світлової плями на екрані та колір світла, видного перпендикулярно до оптичної осі, і досліджуйте також поляризацію світла, що проходить наскрізь, і світла, видного перпендикулярно до оптичної осі; для цього ненадовго заберіть екран і подивіться назустріч світлу крізь аналізатор (Обережно! Засліплення!).
Запишіть спостереження.
Виконання (2/2)
- Вказівка: щоб дослідити частину світла, що виходить перпендикулярно до оптичної осі, її слід розглядати крізь аналізатор не лише спереду, а, наприклад, і згори.
Подивіться згори без поляризаційного фільтра на пучок світла в каламутній воді й зверніть при цьому увагу на забарвлення пучка світла вздовж шляху світла; запишіть спостереження.
Уставте синій світлофільтр у гніздо освітлювача і спостерігайте розсіяне світло та світло на екрані.
Запишіть спостереження.
Вимкніть блок живлення.
Протокол
Завдання 1
Те, що пучок світла в каламутній воді можна спостерігати й збоку, зумовлене його частковим розсіянням. Заповніть текст із пропусками. Пучок світла, що проходить крізь каламутну воду, частково розсіюється. Інтенсивність розсіяння зростає зі збільшенням каламутності. Світло, відхилене розсіянням, має блакитний колір і перпендикулярно до оптичної осі пучка світла ____; вочевидь, переважно розсіюється ____ світло. Світло, яке не зазнає розсіяння, забарвлене в ____ колір і ____. Що довший шлях проходить пучок світла в каламутному середовищі, то повніше розсіюється синє світло.
Завдання 2
Питання
Питання
блакитне небо
Завдання 3
вечірня заграва
Питання
Питання