نمایش طیف
طرح درس
نمایش تجربی یک طیف و ظاهر شدن منظره های رنگی در نور رنگین
مواد لازم و ابزارهای آزمایش:
منشور با پاشندگی بالا (شیشه سربی یا سنگ آتش زنه)
عدسی محدب
نگه دارنده ی عدسی
منبع نور
منبع تغذیه برای منبع نور کم ولتاژ متغیر
پایه های مقابل هم و تکیه گاهی برای چفت شدن ابزارها
تکه های فیلترهای رنگی
نکات فنی:
اگر منبع نوری مورد استفاده، جعبه ای است (لامپ کوارتز یدی) یا یک فیلامان (رشته) خطی موازی با لبه ی منشور است، نیازی به استفاده از شکاف نیست. این مزیتی خواهد بود تا ارتفاع نور در آزمایش گاه کاهش یابد.
اگر منبع نوری جعبه ای ندارید، از یک لامپ 36 W, 12 V که به 14 V یا 16 V ارتقا پیدا می کند، نیز می توانید استفاده کنید.
ایمنی:
با توجه به این که منبع نور جعبه ای، دارای مقادیر چشم گیری از UV است، به طور مستقیم به حباب لامپ داخل آن نگاه نکنید. عدسی به طور مؤثری اشعه ی UV را فیلتر خواهد کرد.
انجام آزمایش:
منبع نور را در یک سمت آزمایشگاه طوری قرار دهید که خط نوری با شدت زیاد، تولید کند.
عدسی را جایی قرار دهید که تصویر تیز و واضحی در فاصله ی تقریبا 3 m از پرده تشکیل شود.
منشور شیشه ای را آن طرف عدسی و بر سر راه باریکه ی نور قرار دهید و آن را دور محور خود دوران دهید تا کامل چرخیدن پرتوها را ببینید.
پرده را تا جایی حرکت دهید که یک طیف مناسب تولید شود؛ این کار احتیاجی به کمینه کردن انحراف نور منشور ندارد.
از میان فیلترهای رنگی به طیف نگاه کنید. باید در این مرحله به اثر اولین و دومین فیلتر رنگی روی نور سفید توجه شود.
به مجموعه ای از مواد رنگی نگاه کنید (مثلا یک صفحه تمبر) و آن را در قسمت های متفاوت طیف نگه دارید.
نکته های تدریس:
- 1) بسیاری از منشور هایی که در مدارس استفاده می شوند، از شیشه ای که پاشندگی کمی دارد، ساخته شده اند تا رنگ های پرتوی برایند را کاهش دهند.
در این آزمایش به منشوری با پاشندگی بالا نیاز دارید زیرا در این جا پراکندگی و پاشیدگی نور مد نظر است.
منشور باید به اندازه ی کافی بزرگ باشد تا بتوانید از تمام باریکه ی تابشی که از منبع نوری درخشان خارج می شود، استفاده کنید.
- 2) نقطه ای که در آن انحراف، کم ترین مقدار را دارد، یک طیف درخشان و واضح بدون هیچ نوار سفیدی در اواسط آن تولید می کند.
- با این وجود، این نقطه، نقطه ای با بیش ترین پاشندگی نیست و بنابراین باید بین وضوح و اندازه ی طیف، رابطه ای وجود داشته باشد. (برای آن که مکان کم ترین انحراف را پیدا کنید، منشور را تا جایی که چرخش طیف متوقف شود و بازهم مسیر خود را طی کند و تا جایی که منشور به دوران در جهت اولیه اش ادامه دهد، بچرخانید.)
این طیف، مجموعه ای از تصاویر فیلامان لامپ در یک سری رنگ های کنار هم را ارائه می دهد.
پرده باید کج قرار بگیرد تا رنگ ها را در فواصل دورتر هم گسترش دهد. نور آبی بیش تر از نور قرمز شکسته می شود. فیلامان پهن تر باعث هم پوشانی بیش تر رنگ ها شده و طیفی با وضوح کمتر اما درخشان تر به دست می آورید.
- 3) نمایش بازترکیب نور رنگی برای تشکیل نور سفید ساده است.
- به خاطر داشته باشید که نور آبی کمی در یک لامپ فیلامان تنگستن وجود دارد؛ بنابراین مسافت طی شده توسط نور آبی باید تا حد امکان، کوتاه باشد.
منشور معکوس:
اگر آزمایشگاه شما دارای منشور دومی با همان پاشندگی منشور اولیه است، آن را به صورتی که در شکل بالا نشان داده شده است، در آزمایش قرار دهید.بازیابی طیف توسط آینه ها:
یک طیف تشکیل دهید
باریکه ای از آینه ی تخت در طیف قرار دهید، یکی برای گرفتن نور قرمز، یکی برای نور نارنجی و ...
هر آینه را تا جایی که تمام باریکه های انعکاس یافته در همان مکان روی پرده ی سفید بیفتند، بچرخانید.
- 4) هنگامی که نیوتون باریکه ای از نور خورشید را با یک منشور شیشه ای تحلیل کرد، بسیار لذت برد و مردم هم دوره ی او نیز تعجب کردند.
- به دانش آموزان اجازه دهید تا در احساسات آن ها سهم داشته باشند!
- بدون هر گونه سیستم اپتیکی پیچیده ای، اجازه دهید تا نواری از نور خورشید بر منشوری با پاشندگی بالا بیفتد و به روی دیوار سفیدی در یک اتاق تاریک بیفتد.
- قرص خورشید مقابل به زاویه ی 1/2° است، بنابراین هر رنگ طیف دست کم در هر فاصله ای، لکه ی 1/2° خواهد ساخت.
از دانش آموزان بپرسید که نیوتون در اقدام بعدی خود چه کرد 
جدا شدن نور به رنگ های مختلف یک لذت جالب بود و باید ذکر شود که مردم آن زمان، مشابه کاری را که نیوتون انجام داد، انجام ندادند.
اما این هنر دانشمند نابغه بود که روزنه ای در کارتی که طیف بر روی آن بود، ایجاد کند و با منشور دوم را با نور رنگی که از روزنه بیرون می آید، باز هم آزمایش کند: محدوده ی جدیدی از رنگ ها دیگر تشکیل نمی شود.
این آزمایش به طور ضمنی اشاره می کند که رنگ هایی که در ترکیب هستند، یک بار دیگر جدا می شوند.
مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: خدیجه آلچالانلو تنظیم: نوربخش
