Методическая разработка к уроку физики "Свет и тень в природе"

Тут, если солнце блеснет во мгле непогоды лучами Прямо против дождя, из тучи кропящего капли, Радуги яркой цвета появляются в облаке черном. Лукреций

Свет и цвет в природе

Догарев И.В.

учитель физики

МОУ «Луганская школа Марьинского района»

Все лучи лесов зеленых,

Все болотные кувшинки,

На земле когда увянут,

Расцветают снова в небе .

Задачи:

- узнать, что такое радуга

- выяснить когда радуга появляется

Цели:

-познакомиться с историей развития взглядов на природу свет

-выяснить физическую сущность природного явления

-рассмотреть влияние размеров капель на вид радуги

Развитие представлений о природе света

Что такое свет?Этот вопрос издавна волновал человечество. Древние греки выдвигали несколько гипотез о природе света. Согласно одной из них, свет представляет собой нечто такое, что истекает из глаз, подобно воде из шланга. Лучи света как бы «ощупывают» предметы, доставляя наблюдателю информацию об их форме и цвете. Пифагор высказывал идею, что тела становятся видимыми благодаря испускаемым ими частицам.

И.Ньютон в 1672 году предложил корпускулярную теорию, согласно которой свет представляет собой поток частиц.

Голландский ученый Х.Гюйгенс в 1678 году разработал волновую теорию, которая рассматривает свет как упругую волну, распространяющуюся в среде.

На протяжении ста лет корпускулярная теория имела гораздо больше приверженцев, чем волновая. Однако в начале 19 века французскому физику О.Френелю удалось на основе волновых представлений объяснить все известные в то время оптические явления. В результате волновая теория получила общее признание, а корпускулярная теория была забыта.

В1864 году Д.Максвел создал электромагнитную теорию света, согласно которой свет есть электромагнитные волны с диапазоном длин от 0,4 до 0,75 мкм.

Согласно представлениям современной физики, свет обладает одновременно свойствами электромагнитных волн и свойствами частиц. Двойственность свойств света называется корпускулярно-волновым дуализмом. Объясняет волновые и квантовые свойства света квантовая механика, основы которой были созданы М.Планком в начале 20 века.

Представление

о природе света

Поток частиц

Упругие волны

Электромагнитные волны

Поток фотонов

Откуда берется удивительный красочный свет, исходящий от дуг радуги?

Все радуги — это солнечный свет, разложенный на компоненты и перемещенный

по небосводу таким образом, что он кажется исходящим от части небосвода,

противоположной той, где находится Солнце.

Научное объяснение радуги впервые дал Репе Декарт в 1637 г. Декарт

объяснил радугу на основании законов преломления и отражения солнечного

света в каплях выпадающего дождя. В то время еще не была открыта дисперсия

— разложение белого света в спектр при преломлении. Поэтому радуга Декарта

была белой.

Спустя 30 лет Исаак Ньютон, открывший дисперсию белого света при

преломлении, дополнил теорию Декарта, объяснив, как преломляются цветные

лучи в каплях дождя. По образному выражению американского ученого А.

Фразера, сделавшего ряд интересных исследований радуги уже в наше время,

„ Декарт повесил радугу в нужном месте на небосводе, а Ньютон расцветил ее

всеми красками спектра".

Несмотря на то, что теория радуги Декарта — Ньютона создана более 300

лет назад, она правильно объясняет основные особенности радуги: положение

главных дуг, их угловые размеры, расположение цветов в радугах различных

порядков.

Для объяснения радуги мы пока и ограничимся теорией Декарта — Ньютона,

которая подкупает своей удивительной наглядностью и простотой .

Опыт Ньютона

Наблюдение разложения света в спектр при прохождении его сквозь призму

Оборудование :источник света, призма, экран, линза, осветитель с щелью.

Цель: пронаблюдать разложение белого света на спектр.

Вывод: белый свет сложный. Он состоит из составляющих, которым соответствуют разные цвета. В виду того, что составляющие белого света обладают различием в своих свойствах, они по разному взаимодействуют с веществами.

Для каждой составляющей белого света показатель преломления имеет свое значение. Наибольший показатель преломления имеют лучи, соответствующие красному цвету.

Радуга – это просто, это солнечные лучи, преломляющиеся в каплях дождя.У радуги семь цветов , чередующиеся в следующем порядке: красный оранжевый желтый зеленый голубой синий фиолетовый

1.Радуга появляется, только когда

выглянуло из-за туч солнце и

только в стороне, противоположной

солнцу.

2.Радуга возникает, когда солнце

освещает завесу дождя.

3.Радуга появляется при условии,что

угловая высота солнца над горизонтом

не превышает 42 градуса.

Итак, пусть параллельный пучок солнечных лучей падает на каплю (рис.1).

Ввиду того что поверхность капли кривая, у разных лучей будут разные

углы падения. Они изменяются от 0 до 90°. Проследим путь луча, упавшего в

точку А, его угол паления обозначим i . Преломившись под углом преломления

r , луч входит в каплю и доходит до точки В. Часть энергии луча,

преломившись, выходит из капли, часть, испытав внутреннее отражение в точке

5, идет внутри капли до точки С. Здесь снова часть энергии луча,

преломившись, выходит из капли, а некоторая часть, испытав второе

внутреннее отражение, доходит до точки О и т. д. В .принципе луч может

испытывать любое число (и), внутренних отражений, а преломлений у каждого

луча два — при входе и при выходе из капли.

Влияние размеров капель на вид радуги

Диаметр капли

Цвет

1…2 мм

Яркий фиолетовый и зеленый цвета, красная дуга голубая едва заметна.

0,5 мм

Слабый красный цвет.

0,2 мм

Красный цвет исчезает.

0,08…0,1 мм

Сохраняется ярким лишь фиолетовый цвет,радуга исчезает и бледнеет.

0,05 мм

Почти белая радуга.

Бывают ли радуги без дождя или без полос падения дождя? Оказывается,

бывают — в лаборатории. Искусственные радуги создавались в результате

преломления света в одной подвешенной капельке дистиллированной воды, воды

с сиропом или прозрачного масла. Размеры капель варьировали от 1,5 до 4,5

мм. Тяжелые капли вытягивались под действием силы тяжести, и их сечение в

вертикальной плоскости представляло собою эллипс. При освещении капельки

лучом гелий-неонового лазера (с длиной волны 0,6328 мкм) появлялись не

только первая и вторая радуги, но и необычайно яркие третья и четвертая, с

центром вокруг источника света (в данном случае лазера). Иногда удавалось

получать даже пятую и шестую радуги. Эти радуги, как первая и вторая, снопа

были в стороне, противоположной источнику.

Итак, одна капелька создала столько радуг! Правда, эти радуги не были

радужными. Все они были одноцветными, красными, так как образованы не белым

источником света, а монохроматическим красным лучом.

1.Л.В.Тарасов. Физика в природе. М.:Просвещение,1988.

2.Л.Эллиот. Физика. М.:Наука,1995.

3.Физический энциклопедический словарь. М.:Советская энциклопедия,1985.

4.Я.И.Перельман. Занимательная физика. М.:Наука,1991.