Что нужно знать
Дисперсия света — это зависимость показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света. Белый свет представляет собой смесь электромагнитных волн разных цветов, имеющих различные длины волн. При прохождении белого света через стеклянную призму происходит его разложение на цветные составляющие, образующие спектр. Это явление объясняется тем, что свет разных цветов преломляется по-разному: фиолетовый свет отклоняется сильнее красного, так как показатель преломления стекла для него больше. В видимом спектре длина волны красного света составляет примерно 760 нм, а фиолетового — около 380 нм. Связь скорости света в веществе с показателем преломления выражается формулой n = c / v, где n — показатель преломления (безразмерная величина), c = 3 · 10⁸ м/с — скорость света в вакууме, v — скорость света в веществе (м/с). Частота света при переходе из одной среды в другую не изменяется, а длина волны меняется. В природе дисперсия проявляется в образовании радуги, когда солнечный свет разлагается на цвета в каплях воды. Типичная ошибка учеников — считать, что при переходе света из воздуха в стекло изменяется его частота, хотя изменяются скорость и длина волны.
Тест: 11 вопросов
Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.
1. Что называют дисперсией света?
- Зависимость показателя преломления вещества от частоты света
- Распространение света только в прямолинейном направлении
- Изменение частоты света при отражении от поверхности
- Поглощение света веществом без изменения его направления
Дисперсия заключается в том, что показатель преломления вещества различен для света разных частот (или длин волн). Поэтому лучи разных цветов преломляются под разными углами.
2. Какова единица измерения показателя преломления света в СИ?
- Метр
- Показатель преломления не имеет единицы измерения
- Метр в секунду
- Секунда
Показатель преломления определяется отношением скоростей n = c / v. Поскольку обе скорости измеряются в м/с, их отношение является безразмерной величиной.
3. Какой цвет видимого света сильнее всего преломляется в стеклянной призме?
- Жёлтый
- Зелёный
- Фиолетовый
- Красный
В стекле показатель преломления для фиолетового света больше, чем для красного. Поэтому фиолетовый луч отклоняется сильнее.
4. Какое утверждение о белом свете является правильным?
- Белый свет состоит только из красных и синих лучей
- Белый свет имеет только одну длину волны
- Белый свет не преломляется в стекле
- Белый свет представляет собой смесь лучей разных цветов
Белый свет является сложным светом, состоящим из излучений разных частот и длин волн. При прохождении через призму эти составляющие разделяются.
5. Какое изменение происходит с частотой света при переходе из воздуха в стекло?
- Частота не изменяется
- Частота становится равной нулю
- Частота увеличивается
- Частота уменьшается
При переходе из одной прозрачной среды в другую частота света сохраняется. Изменяются скорость распространения и длина волны.
6. Почему радуга имеет несколько цветов?
- Из-за изменения температуры солнечного света
- Из-за дисперсии солнечного света в каплях воды
- Из-за поглощения каплями воды всех цветов, кроме одного
- Из-за отражения света от облаков разных цветов
Капли воды преломляют и разделяют солнечный свет на составляющие разных цветов. В результате наблюдается цветной спектр.
7. Скорость света в некотором веществе равна 2 · 10⁸ м/с. Определите показатель преломления этого вещества. Скорость света в вакууме равна 3 · 10⁸ м/с.
Используем формулу n = c / v. Подставляем значения: n = (3 · 10⁸) / (2 · 10⁸) = 1,5.
8. Показатель преломления стекла для некоторого света равен 1,5. Определите скорость распространения этого света в стекле, если c = 3 · 10⁸ м/с.
- 1,5 · 10⁸ м/с
- 1 · 10⁸ м/с
- 4,5 · 10⁸ м/с
- 2 · 10⁸ м/с
Из формулы n = c / v получаем v = c / n. Тогда v = (3 · 10⁸) / 1,5 = 2 · 10⁸ м/с.
9. Длина волны красного света в воздухе равна 600 нм. Какова примерно его длина волны в стекле с показателем преломления 1,5? Считайте показатель преломления воздуха равным 1.
При переходе в стекло частота не меняется, а длина волны уменьшается в 1,5 раза: λ = 600 / 1,5 = 400 нм.
11. Скорость света в веществе составляет 1,5 · 10⁸ м/с. Какова скорость света в вакууме, если показатель преломления вещества равен 2?
- 4 · 10⁸ м/с
- 3 · 10⁸ м/с
- 1,5 · 10⁸ м/с
- 2 · 10⁸ м/с
Из формулы n = c / v получаем c = n · v. Подставляем: c = 2 · 1,5 · 10⁸ = 3 · 10⁸ м/с.
12. Два монохроматических луча — красный и фиолетовый — проходят через стекло. Для красного света показатель преломления равен 1,5, а для фиолетового — 1,6. Как соотносятся скорости этих лучей в стекле?
- Скорость фиолетового луча больше скорости красного
- Скорости обоих лучей одинаковы
- Скорость красного луча больше скорости фиолетового
- Скорость фиолетового луча в 1,6 раза больше скорости красного
Скорость света в веществе определяется формулой v = c / n. Для красного света vк = c / 1,5, а для фиолетового vф = c / 1,6. Следовательно, vк > vф.