"Свет и цвет"
план-конспект урока по физике (9 класс)

Урок физики в 9 классе

Дата: 22.03.2024

Учитель: Безбородова Е.В.

Тема "Дисперсия цвета»

Цели урока:

• дать понятие о дисперсии света и объяснить ее с точки зрения электромагнитной теории,
• объяснить происхождение цветов окружающих нас тел.

Оборудование:

• экран со щелью, призма;
• центробежная машина, спектральный круг, светофильтры, лист бумаги с 7 цветными кругами (каждый круг окрашен в один из 7 цветов спектра);
• компьютер, мультимедийный проектор или телевизор для демонстрации презентации,
• презентация по теме: “Дисперсия света”.
• Ход урока

Сегодня мы продолжим разговор о световых явлениях и законах распространения света. Но сначала вспомним, что же мы уже изучили о световых явлениях.

Повторение пройденного материала:

1. Как свет распространяется в однородной прозрачной среде?
2. Всегда ли свет распространяется прямолинейно? В каких случаях нет?
3. Закон преломления света.
4. Оптически плотная среда – что это за среда?
5. Показатель преломления среды.
6. Связь частоты света со скоростью его распространения.
7. Связь показателя преломления среды со скоростью света.

Сегодня мы продолжим разговор о световых явлениях и законах распространения света

Свет имеет еще много тайн. И вот одна из них.

 (Демонстрация опыта разложения света в спектр   призмой из набора «Волновая оптика»)

В 1666 году англ. физик Исаак Ньютон обратил внимание на радужную окраску изображений звезд в телескопе. Он заинтересовался этим явлением и поставил опыт.  Ньютон направил световой пучок малого поперечного сечения на призму. Пучок солнечного света проходил в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне. Падая на стеклянную призму, он преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов.  Эту радужную полоску Ньютон назвал спектром (от лат. слова spectrum - “вuдение”). Замечательно, что этот опыт пережил столетия, и его методика без существенных изменений используется до сих пор.

Проделав опыт, Ньютон сделал вывод, что белый свет состоит из семи цветов. Их совместное действие дает нам ощущение белого света, а после прохождения через призму эти цвета разделяются. Ньютон доказал это, направив эту радужную полосу на вторую призму и получив опять белый свет.

Мы проделаем похожий опыт с кругом Ньютона. При вращении он кажется белым.

Раскладывать свет на цвета люди научились давно, они использовали для этого стеклянные призмы. Аристотель объяснял появление цветов тем, что, проходя через призму, свет смешивается с тьмой и окрашивается в разные цвета. Немного темноты, добавленной к свету, дает красный свет. Большое ее количество - фиолетовый. Эта теория господствовала в науке долгое время. Но, продолжая проводить свои опыты, Исаак Ньютон изумительно просто опроверг теорию Аристотеля. Он направил на призму красный свет и тот, пройдя через призму, не изменяет окраску, и новых цветов не появилось.

(Демонстрация: направляем на призму свет, пропущенный через красный светофильтр и синий светофильтр).

Значит, призма не раскрашивает белый свет, а разделяет его на содержащиеся в нем простые составные цветовые части.

Разложение белого света есть следствие дисперсии.

В газете “Нью-Йорк Таймс” была опубликована статья сотрудника философского факультета университета Нью-Йорка Роберта Криза и историка Брукхевенской Национальной Лаборатории Стони Брук, которые провели опрос среди американских физиков, чтобы определить 10 красивейших экспериментов за всю историю этой науки. И данный опыт Исаака Ньютона вошел в эту десятку красивейших опытов.

Открытие Ньютоном и изучение явления дисперсии света считается одним из важнейших его открытий. На надгробном памятнике, поставленном в 1731 году, изображены фигуры юношей, держащих в руках эмблемы самых важных открытий Ньютона. В руках одного из юношей - призма, а в надписи на памятнике есть такие слова: “Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, дворянин, который почти божественным разумом первый доказал с факелом математики движение планет, пути комет и приливы океанов. Он исследовал различие световых лучей и проявляющиеся при этом различные свойства цветов, чего ранее никто не подозревал ... Пусть смертные радуются, что существует такое украшение рода человеческого”.

А что вам напоминает эта радужная полоска – спектр?

Правильно, радугу.

А сколько цветов вы видите? Каких?

Ньютон первоначально тоже различал только пять цветов. Стремясь создать соответствие между числом цветов спектра и числом основных тонов музыкальной гаммы, Ньютон добавил к 5 перечисленным цветам спектра еще два. (7 чудес света, 7 дней недели, на 7 небе)

Что же касается радуги, то здесь не удается заметить даже и 5 оттенков. Обычно мы видим 3 цвета (красный, зеленый, фиолетовый), иногда различается желтый.

Но так как Исаак Ньютон решил, что в спектре 7 цветов, то мы вынуждены тоже так считать.

Последовательность цветов в спектре легко запоминается:

Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан;

Как Однажды Жак - Звонарь Городской Сломал Фонарь.

Каждый цвет спектра является монохроматическим. Монохроматический свет – одноцветный свет.

В: Что такое свет с точки зрения физики? (О: это электромагнитная волна)

Чем отличаются волны друг от друга? (О: длиной и частотой)

Свет разных цветов – это электромагнитные волны различной длины и частоты.

Монохроматический свет – одноцветный свет, каждой цветности соответствует своя длина и частота волны (в вакууме). 

Вернемся к опытам Исаака Ньютона. Почему в призме волны делятся? Какое явление наблюдается при прохождении света через призму? (О: преломление света) 

 Какой цвет в проводимых опытах испытывал наибольшее преломление? (О: фиолетовый) Наименьшее преломление? (О: красный).  Очевидно, nф > nк. Абсолютный показатель преломления связан со скоростью распространения света в этой среде формулой n=. Следовательно, nф =, nк =.

Отсюда, , . Для одной и той же среды: 

Значит, в одном и том же веществе скорости света для разных частот (или длин волн) различны. Различны будут и показатели преломления. Следовательно, показатель преломления света в среде зависит от его частоты.

При переходе из одной среды в другую изменяются скорость света и длина волны, частота же, определяющая цвет, остается постоянной. Границы диапазонов белого света и составляющих его цветов принято характеризовать их длинами волн в вакууме. Т. о., белый свет – это совокупность волн длинами от 380 до 760 нм.

Дисперсией называют зависимость показателя преломления света от частоты падающего света

В 1807 году Томас Юнг сделал столь же важное открытие, что белый свет можно получить сложением красного, зеленого, голубого. Рассмотрите данную модель; действительно, сложение красного, зеленого и голубого дает белый цвет. В детстве на уроках рисования вы часто пользовались тем, что при наложении двух цветов получается третий цвет.

Цветовые модели RGB и CMYK соответствуют физическому представлению цвета на носителе. RGB отвечает за то, с какой интенсивностью светятся диоды красного, зелёного и синего цветов внутри пикселя монитора. CMYK задает пропорции смешиваемой краски на листе бумаги.

CMYK

Цветовое пространство CMYK — субтрактивное: если сложить все цветовые компоненты, то итоговый цвет будет чёрным. По этому же принципу работают обычные краски, а потому пространство CMYK используется в полиграфии. Через процентные соотношения в нём записаны пропорции смешения четырёх красок: бирюзовой (Cian), пурпурной (Magenta), жёлтой (Yellow) и чёрной (Key color, blacK). Интенсивность каждого цвета задаётся в процентах от 0 до 100.

Дизайнеры, работающие с печатью, знают, что не все видимые на экране цвета возможно воспроизвести в CMYK. Связано это с тем, что модель RGB ― с ней работает монитор ― построена на излучении света, а CMYK ― на поглощении.

Применение CMYK

CMYK используется в полиграфии для печати фотографий и цветных иллюстраций, небольших тиражей, а также в домашних и офисных принтерах.

RGB

RGB ― это цветовое пространство, здесь каждый цвет задаётся в виде трёх координат. Смешение цвета происходит по аддитивному принципу ― если сложить все три основных цвета, то результат будет не чёрным, а белым. Поэтому RGB используется в системах, построенных на излучении света, что делает её самой распространённой ― с ней работают все экраны.

Цветовой оттенок в RGB создаётся смешиванием красного (Red), зелёного (Green) и синего (Blue) каналов с разной интенсивностью излучения. Яркость каждого из трёх основных цветов закодирована числом от 0 до 255, то есть занимает 256 бит или 32 байта.

Объясните, почему возникает радуга, какие явления наблюдаются при этом?. (О: в водяной капле происходят следующие оптические явления: преломление солнечного света в водяных каплях, образующихся в атмосфере; дисперсия света, т.е. разложение белого света на цветные лучи; отражение света)  Действительно, на каплю воды падает белый свет. Преломляясь, луч проходит в каплю и благодаря дисперсии разлагается на составляющие. Свет испытывает многократное внутреннее отражение, но часть энергии при каждом отражении выходит наружу. Вышедшие лучи – цветные. Лучи, испытавшие только одно отражение образуют главную радугу; образование двойной радуги объясняется двумя внутренними отражениями и т.д. Чем больше отражений происходит, тем слабее радуга. Такие же радужные полосы можно наблюдать вокруг фонарей при тумане. Снаружи радуга всегда красная, внутри – фиолетовая.

Зная, что белый свет имеет сложную структуру, можно объяснить удивительное многообразие красок в природе.

Давайте вспомним из 8 класса, почему мы видим окружающие тела? (О: Свет, падая на предметы, отражается и попадает в глаз человека). Откуда берется цвет непрозрачных предметов?

Трава и листья деревьев кажутся нам зелеными потому, что из всех падающих на них солнечных лучей они отражают лишь зеленые, поглощая остальные. Красный томат отражает только красные цвета, остальные же им поглощаются

Цвета непрозрачных тел определяется цветом тех лучей, которые они отражают. Кстати, человеческий глаз способен различить 250 цветов, которые образуются при смешивании основных цветов.

Лист белой бумаги отражает все падающие на него лучи различных цветов. Лист черной бумаги поглощает все падающие на него лучи различных цветов.

Вне нас нет никаких красок, есть лишь волны разных длин.

Пробовали ли вы когда-нибудь смотреть на мир сквозь цветные стекла?

Давайте посмотрим.

Несколько лет назад в интернете было фото платья, которое все видели разных цветов.

И проведем еще небольшой опыт. (опыт с вращающимся диском Фехнера)

Вопрос классу : Что вы видите? (Окрашивание черных полос в разные цвета)

Почему мы видим разные цвета?

В человеческом глазу есть два вида рецепторов : «палочки» и «колбочки». «Палочки» различают степень освещенности, «колбочки»- восприятие трех цветов. Есть сочетания  цветов приятное человеку, есть- не очень.

Круг Иттена. В 1961 году художник Иоганнес Иттен придумал, как собрать цвета в схему, и написал подробную инструкцию в книге «Искусство цвета». Суть в том, что все цвета можно разделить на две группы — хроматические и ахроматические. Ахроматические — белый, чёрный, серый цвета и любые их оттенки, хроматические — все остальные цвета спектра. Запомнить легко — обычно это цвета радуги, как в детской мнемонической фразе: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан». Хроматических цветов три — жёлтый, синий и красный. Если их смешивать между собой в разных пропорциях, можно получить любые другие цвета, а вот в обратную сторону это не работает — из других цветов жёлтый, синий и красный сделать не получится. Сейчас это самый популярный инструмент графических дизайнеров и художников. Опираясь на цветовой круг, можно выбрать палитру для интерфейса сайта, фирменного стиля или иллюстрации.

Круг Освальда Вильгельм Освальд разработал систему, основанную на четырех базовых цветах: желтом, синем, зеленом и красном. Разделив и смешав оттенки, он создал так называемый круг Освальда, чтобы было проще подбирать гармоничные цвета и вычислять антагонистов.

«Звезда Освальда» — это второе название цветовой схемы. За счет расположения в крайних точках чистых цветов — синего, красного, желтого, фиолетового, оранжевого и зеленого — образуется шестиконечная звезда.

Первичные, вторичные и третичные цвета вошли в круг Освальда — еще один важный концепт в основах колористики. Ознакомьтесь с законами круга Освальда — и он не раз придет вам на помощь в процессе окрашивания.

• Закон нейтрализации. Противоположные друг другу цвета (синий и оранжевый, фиолетовый и желтый, зеленый и красный) ослабляют влияние друг друга, образуя нейтральный коричневый.
• Закон сочетания. Идеально дополняют друг друга цвета, расположенные на круге Освальда по соседству: желтый и желто-зеленый, красный и красно-оранжевый. По этой причине холодные оттенки (синий и фиолетовый пигменты) выразительно оттеняют кожу с голубоватым подтоном.
• Закон насыщенности. Родственные цвета повышают яркость друг друга, но, для того чтобы это правило работало, следует выбирать оттенки из круга Освальда по ходу часовой стрелки.

Интересный факт: соседство (но не смешивание!) противоположных секторов из цветового круга в одном образе также способно усиливать насыщенность каждого из них. Вот почему колористы советуют девушкам, желающим выглядеть поярче, допускать смелые контрасты: серые «холодные» глаза и рыжие волосы, темно-коричневая радужка и перламутровый блонд.

Каждый свой продукт производитель маркирует цифровыми или буквенными символами, обозначающими разные градации цвета. Обычно первая цифра обозначает уровень светлости. Вторая — показывает какого цвета краска находится в тюбике. Третья — оттенок и нюанс, составляющий четверть всего объема.

Волшебное разноцветье мира воспринимается по-разному не только в разных странах и временах, но и каждым человеком. Наши цветовые пристрастия зависят от многого – от возраста, настроения, сезона, погоды, от изменений в нашем характере, наконец, от моды.  Поэтому и существует пословица: «На вкус и цвет товарища нет». Но одно остаётся неоспоримым: цвет обладает мощнейшей энергией и символикой, у него есть эмоциональная, вызывающая настроение сила, которая влияет на нас, радует, успокаивает, подбадривает, шокирует.

А теперь я предлагаю девушкам поработать с дизайнерским кругом. Вам предлагается раскрасить 3 комплекта одежды: повседневный, официально-деловой и праздничный.

А юношам разукрасить картину немецкого художника-импрессиониста Франца Марка.

Анализируются полученные результаты.

Домашнее задание: §49