Загальна інформація
Застосування
У цьому досліді йдеться про розкладання білого світла на його спектральні кольори. Типовий приклад таких кольорів - сім кольорів райдуги: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, синій, індиго і фіолетовий. Розщеплення світла на спектральні кольори можна здійснити, наприклад, за допомогою призми. Уже Ньютон виклав це явище у своїй славнозвісній праці «Opticks».
Рисунок 1: схема досліду
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають володіти знаннями про прямолінійне поширення світла, а також про поведінку світла на призмі.
Принцип
Світло, яке створює в оці враження «білого», складається з багатьох кольорових складників. За допомогою призми ці кольори можна розділити і зробити видимими поодинці, бо складники заломлюються, тобто відхиляються, по-різному сильно.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Учні опанують основи спектрального розкладання на прикладі призми.
Завдання
1. Спостереження заломлення і відбивання на призмі.
2. Дослідження розкладання білого світла на спектр.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія (1/2)
Теорія (1/3)
Проходячи крізь призму, біле світло відхиляється і розщеплюється на свої кольорові складники. Воно завжди заломлюється в бік «товстого боку» призми. Відхилення спричинене заломленням світла у склі. Під час переходу з оптично менш густого середовища (повітря) в оптично густіше (скло) промінь спершу заломлюється до перпендикуляра падіння. На виході з призми промінь, навпаки, переходить з оптично густішого середовища в оптично менш густе і заломлюється від перпендикуляра падіння (рис. 2).
Рисунок 3: спектральне розкладання на призмі
Теорія (2/2)
Теорія (2/3)
Збільшення об'єктива можна обчислити, вимірявши відрізок у проміжному зображенні.Біле світло складається з різних кольорів. Кожен колір заломлюється, тобто відхиляється, у склі по-різному сильно і тому виходить із призми в іншому місці та під дещо зміненим кутом. Кольори з'являються на екрані як розташовані поряд смуги, які разом називають спектром. Найслабше відхиляється червоний, найсильніше - фіолетовий.
Доповнення:
Білі промені світла, що виходять із призми, виникають через те, що при потраплянні світла на межу поділу частина його завжди зазнає повного відбивання. У променя, який входить у призму (1), частина відбивається вже на межі повітря - скло (2). Інша частина входить у призму і на межі скло - повітря частково заломлюється назовні (3), а частково знову зазнає повного відбивання (4).
Теорія (3/3)
Промінь у призмі йде далі, доки не досягне наступної межі поділу скло - повітря, і тоді знову частково заломлюється назовні (4). Проте повне відбивання перевертає порядок кольорів. А оскільки червоний відхиляється найслабше, а фіолетовий найсильніше, кольори накладаються один на одного. Їхнє поєднання знову має вигляд білого світла. Це ще раз підтверджує, що біле світло справді складається з різних кольорових складників.
Зауваження:
1. Розкладання світла на кольори при заломленні називають дисперсією. Зокрема, так позначають залежність показника заломлення n від довжини хвилі. Що більша довжина хвилі, то менший показник заломлення. Червоний відхиляється слабше за фіолетовий.
2. Райдуга також виникає через дисперсію світла в краплях дощу.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Експериментальна лампа | 08130-99 | 1 | 2 | Призма, 60°, l = 45 мм, h = 45 мм, кронглас BK7 | 08235-00 | 1 | 3 | Оптична лава, l = 1000 мм | 08370-00 | 1 | 4 | Оптична лава, l = 600 мм | 08371-00 | 1 | 5 | Поворотний шарнір для оптичної лави | 08372-00 | 1 | 6 | Столик для призм із тримачем, для оптичної плити | 08725-00 | 1 | 7 | Лінза на ковзній опорі, f = +300 мм | 09820-04 | 1 | 8 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 2 | 9 | Оправа зі шкалою на ковзній опорі | 09823-00 | 1 | 10 | Екран, металевий, 300 мм x 300 мм | 08062-00 | 1 | 11 | Діафрагма зі щілиною, d = 1 мм | 09816-02 | 1 | 12 | Тримач діафрагм, накидний | 11604-09 | 1 |
|---|
Складання та виконання
Складання (1/2)
Схема досліду
- Експериментальну лампу вставляють у ковзну опору для оптичної лави і закріплюють гвинтом. Після цього її треба закріпити на довгій оптичній лаві так, щоб біла риска стояла на позначці 2,0 см.
- Лампу під'єднують мережевим кабелем до струму і насувають у корпусі вперед настільки, щоб хід променів був повністю освітлений.
Складання (2/2)
- Перед лампою ставлять ковзну опору без кутової шкали з надітим тримачем діафрагм. Посередині в тримач діафрагм вставляють щілинну діафрагму.
- Коротку оптичну лаву приєднують поворотним шарніром до довгої оптичної лави по прямій. В отвір поворотного шарніра вставляють столик і закріплюють гвинтом.
- На кінці короткої лави встановлюють екран, закріплений у ковзній опорі.
Виконання (1/2)
- За потреби приміщення треба трохи затемнити.
Лінзу ставлять на довгу оптичну лаву і пересувають доти, доки зображення щілини на екрані не стане різким.
Призму закріплюють на столику.
Залежно від бажаного напрямку відхилення променя призму повертають до експериментатора або бічною гранню, або ребром.
При цьому слід стежити, щоб промінь, який падає, потрапляв на бічну грань призми, а не на ребро, бо інакше буде видно два кольорові спектри.
Виконання (2/2)
Тепер коротку оптичну лаву повертають так (приблизно на 35 - 50°), щоб на екрані було видно кольоровий спектр.
Найкраще повернути столик для призми так, щоб спектр відхилявся якнайменше.
Щоб розтягнути спектр, екран можна трохи повернути.
Аркушем паперу можна простежити промінь до призми, місця входу і виходу, а також хід променя до екрана.
Так само аркушем паперу дослідити призму на наявність інших променів.
Опрацювання результатів
Якщо призму внести в промінь світла, зображення щілини на екрані зникає. Якщо повернути коротку оптичну лаву, з'являється кілька кольорових смуг, які лежать безпосередньо поряд і переходять одна в одну.
Це кольори: фіолетовий; синій; зелений; жовтий; оранжевий; червоний.
Промінь світла входить у призму з одного боку ( (1) на рис. 3) і виходить навскіс з іншого боку (3).
При повертанні призми повертаються й кольорові смуги. За великого кута відхилення вони широкі й порівняно слабко світяться. Що менший кут відхилення, то яскравіші смуги і то тісніше вони лежать одна до одної. При повертанні екрана спектр розтягується.
Крім кольорових смуг, із призми виходить також кілька білих променів світла (напр.: (2) і (4) на рис. 3).