Класс!ная физика



Оптика. Получение спектра. Аномальная дисперсия. Опыты

09.2017

Пучок белого  солнечного света, проходя через прозрачную призму, разлагается  на экране в  радужный спектр,  потому  что показатели преломления вещества призмы не одинаковы для лучей света различной цветности. Это явление называется дисперсией.
Как же  получить спектр, если нет стеклянной призмы?



ПОЛУЧЕНИЕ СПЕКТРА С ПОМОЩЬЮ АКВАРИУМА



Самое интересное зрелище аквариум дает  в хорошо затемненной комнате!




В солнечный день  завесь окно  плотными шторами или  одеялом, а  небольшую часть окна закрой картонкой, в которой  прорежь щель шириной 2 см и высотой 10 см и приколи его кнопками к раме окна.  Лучи солнца пройдут через щель широкой лентой. На их пути установи аквариум так, как показано на рисунке.

Лучи должны пройти через две стенки аквариума, сходящиеся под углом. На том месте, куда они упадут, поставь лист белой бумаги. На этой бумаге ты получишь чудесную  разноцветную  полосу! Порядок цветов в ней будет точно такой, как в радуге: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Этот опыт лучше всего получается, когда солнце стоит невысоко. Для него удобны окна, выходящие на восток или на запад. В окно, выходящее на юг, лучи солнца будут падать слишком отвесно. Придется пристроить за окном зеркало так, чтобы оно отражало лучи солнца в горизонтальном направлении.



ПОЛУЧЕНИЕ СПЕКТРА С ПОМОЩЬЮ ВОДЯНОЙ ПРИЗМЫ


Прекрасную радугу можно получить с помощью миски с водой. Только в этом случае понадобится еще зеркало шириной 12 см и высотой 20 см, которое надо положить на дно миски с водой.



Луч солнца пройдет сквозь щель в листе картона, которым закрыто окно, и попадет в миску. Там он нырнет в воду, отразится от зеркала, снова выйдет на поверхность и попадет на лист бумаги, приколотый ниже щели. Получится радуга с красным цветом наверху и голубым внизу!



АНОМАЛЬНАЯ ДИСПЕРСИЯ


Проходя через  прозрачную стеклянную призму, красные лучи (длина волны 760—640 мкм) отклоняются меньше, а фиолетовые (440—400 мкм) больше. По этой причине  в непрерывном спектре его красная часть короче, а фиолетовая длиннее.

Длина самого спектра, его растянутость, зависит от вещества, из которого сделана призма. Так, например, спектр, который возникает при прохождении света через призму из сероуглерода, в 6 раз длиннее спектра, получаемого от призмы из воды.



Измеряя показатель преломления для лучей разного цвета, можно исследовать преломляющую способность вещества призмы, построить график зависимости показателя преломления от длины волны.

Это удобно делать с помощью двух скрещенных призм. Цветная полоска после первой призмы, расположенной горизонтально, попадает на вторую, вертикальную, и отклоняется ею, причем в большей степени отклоняется фиолетовая часть спектра. На экране появляется изогнутая цветная полоска — результат действия двух призм.
Исаак Ньютон на основании опытов пришел к выводу, что призмы, сделанные из любого прозрачного вещества, дают изогнутые полоски, похожие друг на друга, что относительная дисперсия различных прозрачных веществ одинакова.

Но оказалось, что есть вещества, не подчиняющиеся этому закону. Не всегда наблюдается увеличение показателя преломления при уменьшении длины волны. О таких веществах говорят, что они дают аномальную дисперсию.

В 1862 году французский ученый Леру проводил опыты С призмами, наполненными парами йода. Он был удивлен тем, что полоска на экране приняла необычный вид: она «разорвалась» на две части, а синие лучи преломлялись меньше, чем красные. В месте разрыва лучи поглощались йодом, и как они себя ведут здесь, не было видно. График зависимости показателя преломления от длины волны «взгорбился» и тоже совсем не был похож на обычный.




Есть много веществ, которые дают аномальную дисперсию, и все они сильно поглощают свет в той области, где наблюдается отклонение от нормальной дисперсии. Дальнейшие исследования показали, что любое вещество, даже стекло или кварц, дает аномальную дисперсию, но она наблюдается в невидимой части спектра — инфракрасной или ультрафиолетовой.

У любого вещества есть свои полосы поглощения, и поэтому аномальная дисперсия, по сути дела, — это та же нормальная дисперсия, присущая всем прозрачным веществам, и противопоставлять их друг другу не имеет смысла.

Источники: Ф.Рабиза "Опыты без приборов"; журн. “Юный техник”; "Здравствуй, физика" Л. Гальперштейн





Устали? - Отдыхаем!

Вверх