g9f-3.5· Глава 3: Световые явления· ~12 мин

Дисперсия света и цвета

Разложение белого света в спектр и зависимость показателя преломления от длины волны

Дисперсия света — явление разложения белого света на составные цвета (спектр) при прохождении через призму; впервые это явление экспериментально изучил Ньютон. Белый свет является сложным светом и состоит из семи основных цветов с разной длиной волны: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый. Причина дисперсии в том, что показатель преломления среды зависит от длины волны света (то есть от цвета): для фиолетового света показатель преломления наибольший, для красного света — наименьший. Поэтому фиолетовый луч преломляется сильнее всего (сильнее всего отклоняется), а красный луч — меньше всего; в результате цвета, выходящие из призмы, разделяются между собой. В вакууме все цвета распространяются с одинаковой скоростью cc, однако в веществе их скорости (а значит, и n=c/vn = c/v) различаются. Радуга также образуется в результате дисперсии солнечного света в каплях дождя.

📌Пример

Например: когда белый свет попадает в стеклянную призму, сильнее всего отклоняется фиолетовый луч, а меньше всего — красный, поскольку nфиолетового>nкрасногоn_{\text{фиолетового}} > n_{\text{красного}}.

Графики

Дисперсия света: белый свет, проходя через призму, разлагается в спектр (от красного до фиолетового)
Дисперсия света: белый свет, проходя через призму, разлагается в спектр (от красного до фиолетового)

Ключевые термины

Дисперсия — Явление разложения белого света на составные цвета (спектр) при прохождении через призму; впервые изучено Ньютоном.
Спектр — Семь основных цветов, на которые разлагается белый свет: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.
Показатель преломления (nn) — Величина, показывающая, насколько сильно среда преломляет свет; n=c/vn = c/v, зависит от длины волны (цвета).
Монохроматический свет — Свет, состоящий только из одного цвета; при прохождении через призму не разлагается на спектр, сохраняет свой цвет.
Длина волны (λ\lambda) — Величина, определяющая цвет; наибольшая для красного, наименьшая для фиолетового.
Радуга — Оптическое явление, возникающее в результате дисперсии солнечного света в каплях дождя.
Сравнение красного и фиолетового лучей
СвойствоКрасный лучФиолетовый луч
Показатель преломления nnнаименьшийнаибольший
Отклонение (преломление)преломляется меньше всегопреломляется сильнее всего
Длина волны λ\lambdaнаибольшаянаименьшая
Скорость в веществе vvбольшеменьше

В вакууме оба цвета распространяются с одинаковой скоростью cc; различие возникает только в веществе.

Формулы и величины
ВеличинаОбозначениеФормулаЕдиница
Показатель преломленияnnn=c/vn = c/vбезразмерная
Скорость света (в веществе)vvv=c/nv = c/nm/s
Длина волны (в веществе)λ\lambdaλ=λ0/n\lambda = \lambda_0/nm (nm)

c=3⋅108c = 3 \cdot 10^{8} m/s — скорость света в вакууме; частота при смене среды остаётся постоянной.

✎Нахождение показателя преломления (n=c/vn = c/v)
  1. 1Дано: c=3⋅108c = 3 \cdot 10^{8} m/s; скорость красного света в стекле v=2⋅108v = 2 \cdot 10^{8} m/s.
  2. 2Формула: n=c/vn = c/v.
  3. 3Подставим: n=3⋅108/2⋅108n = 3 \cdot 10^{8} / 2 \cdot 10^{8}.
  4. 4Ответ: n=1,5n = 1{,}5.
✎Длина волны в веществе (λ=λ0/n\lambda = \lambda_0/n)
  1. 1Дано: В вакууме λ0=600\lambda_0 = 600 nm; показатель преломления стекла n=1,5n = 1{,}5; частота не изменяется.
  2. 2Формула: λ=λ0/n\lambda = \lambda_0/n.
  3. 3Подставим: λ=600/1,5\lambda = 600 / 1{,}5.
  4. 4Ответ: λ=400\lambda = 400 nm — длина волны уменьшается в nn раз.
🚫Частая ошибка

Не пишите формулу n=c/vn = c/v наоборот: n=v/cn = v/c — НЕВЕРНО. Показатель преломления всегда больше 11.

⚠️Внимание

В вакууме все цвета распространяются с одинаковой скоростью cc — различие и дисперсия возникают только в веществе.

⚠️Внимание

Фиолетовый луч, у которого nn наибольший, преломляется сильнее всего; однако его скорость в веществе наименьшая (v=c/nv = c/n).

💡Заметка

Чтобы запомнить цвета: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый — от красного до фиолетового.

💡Заметка

Призма не создаёт цвета; цвета уже содержатся в белом свете, призма лишь разделяет их.

Правила

  1. 1Дисперсия — явление разложения белого света на спектр (цвета) (Ньютон).
  2. 2Белый свет сложный: он состоит из семи основных цветов — от красного до фиолетового.
  3. 3Причина дисперсии: показатель преломления nn зависит от длины волны.
  4. 4Фиолетовый луч преломляется сильнее всего (nn наибольший), красный луч — меньше всего (nn наименьший).
  5. 5В вакууме все цвета распространяются с одинаковой скоростью cc, а в веществе — с разной скоростью.

Тренировка

15 лёгких · 15 средних · 15 сложных

В каждом тесте — 10 случайных вопросов

ЛёгкийСреднийСложныйМикс