РОЗСІЯ СВІТЛА
Частинки речовини, що пропускає світло, поводяться подібно до крихітних антен. Ці «антени» приймають світлові електромагнітні хвилі і передають їх у нових напрямках. Цей процес називається релеєвським розсіюванням на ім'я англійського фізика лорда Релея (Джон Вільям Стретт, 1842-1919).
Досвід 1
Покладіть аркуш білого паперу на стіл, а біля нього ліхтарик таким чином, щоб джерело світла розташовувалося посередині довгої сторони аркуша паперу.
Наповніть дві безбарвні прозорі пластикові склянки водою. За допомогою маркера позначте склянки літерами А та В.
Додайте краплю молока в склянку і розмішайте
Складіть лист білого картону розміром 15х30 см разом короткими кінцями та зігніть його навпіл у вигляді куреня. Він служитиме вам екраном. Встановіть екран напроти ліхтарика, з протилежного бокуаркуш паперу.
Потім увімкніть кімнату, увімкніть ліхтарик і помітте колір світлової плями, утвореної ліхтариком на екрані.
Поставте склянку А в центрі аркуша паперу, перед ліхтариком, і зробіть наступне: зауважте колір світлової плями на екрані, яка утворилася внаслідок проходження світла від ліхтаря через воду; Уважно подивіться на воду і позначте, як змінився колір води.
Повторіть дії, замінивши склянку на склянку В.
В результаті колір світлової плями, утвореного на екрані променем світла ліхтаря, на шляху якого немає нічого, крім повітря, може бути білим або трохи жовтуватим. Коли промінь світла проходить через чисту воду, колір плями на екрані не змінюється. Не змінюється також колір води.
Але після проходження променя через воду, в яку додано молоко, світлова пляма на екрані здається жовтою або навіть помаранчевою, а вода стає блакитнуватого відтінку.
Чому?
Світло, як і електромагнітне випромінювання взагалі, має як хвильові, так і корпускулярні властивості. Поширення світла має хвилеподібний характер, яке взаємодія з речовиною відбувається так, ніби світлове випромінювання складається з окремих частинок. Світлові частки – кванти (інакше фотони), є згустками енергії з різними частотами.
Фотони мають властивості як частинки, і хвилі. Оскільки фотони відчувають хвильові коливання, розмір фотона приймається довжина хвилі світла відповідної частоти.
Ліхтар є джерелом білого світла. Це видиме світло, що складається з різних відтінків кольорів, тобто. випромінювання різних довжин хвиль - від червоного, з найбільшою довжиною хвилі, до блакитного і фіолетового, з найбільш короткими довжинами хвиль у видимому діапазоні Коли світлові коливання різних довжин хвиль змішуються, очі сприймає їх і мозок інтерпретує цю комбінацію як білий колір, тобто. відсутність кольору. Світло проходить через чисту воду, не набуваючи жодного кольору.
Але при проходженні світла через воду, підфарбовану молоком, ми помічаємо, що вода стала блакитною, а світлова пляма на екрані – жовто-оранжевою. Це сталося внаслідок розсіювання (відхилення) частини світлових хвиль. Розсіювання може бути пружним (відображення), при якому фотони стикаються з частинками і відскакують від них, так само, як дві більярдні кулі відскакують один від одного. Найбільше розсіювання піддається фотон, коли він стикається з часткою приблизно такого ж, як він сам, розміру.
Маленькі частки молока у воді найкраще розсіюють випромінювання коротких довжин хвиль – синє та фіолетове. Таким чином, при проходженні білого світла через воду, підфарбовану молоком, відчуття блідо-блакитного кольору виникає через розсіяння коротких довжин хвиль. Після розсіювання на частках молока коротких довжин хвиль із світлового пучка в ньому залишаються в основному довжини хвиль жовтого та оранжевого кольору. Вони проходять далі, до екрану.
Якщо розмір частинки більший, ніж максимальна довжина хвилі видимого світла, розсіяне світло складатиметься з усіх довжин хвиль; таке світло буде білим.
Досвід 2
Як залежить розсіювання концентрації частинок?
Повторіть досвід, використовуючи різні концентрації молока у воді від 0 до 10 крапель. Поспостерігайте зміни кольорів води та світла, пропущеного водою.
Досвід 3
Чи залежить розсіювання світла у середовищі від швидкості світла у цьому середовищі?
Швидкість світла залежить від густини речовини, в якій поширюється світло. Чим більша щільність середовища, тим повільніше поширюється в ньому світло
Пам'ятайте, що розсіювання світла у різних речовинах можна порівняти, спостерігаючи за яскравістю цих речовин. Знаючи, що швидкість світла повітря становить 3 х 108 м/с, а швидкість світла у воді 2,23 х 108 м/с, можна порівняти, наприклад, яскравість мокрого річкового піску з яскравістю сухого піску. При цьому треба мати на увазі той факт, що світло, що падає на сухий пісок, проходить через повітря, а світло, що падає на мокрий пісок, - через воду.
Насипте пісок у разову паперову тарілку. Налийте із краю тарілки трохи води. Відзначивши яскравість різних ділянок піску в тарілці, зробіть висновок, у якому піску розсіювання більше: у сухому (у якому піщини оточені повітрям) або мокрому (пісчини оточені водою). Можна спробувати випробувати й інші рідини, наприклад, олію.
Діти, ми вкладаємо душу в сайт. Дякуємо за те,
що відкриваєте цю красу. Дякую за натхнення та мурашки.
Приєднуйтесь до нас у Facebookі ВКонтакті
Є дуже прості досліди, які діти запам'ятовують на все життя. Хлопці можуть не зрозуміти до кінця, чому це все відбувається, але коли пройде часі вони опиняться на уроці з фізики чи хімії, у пам'яті обов'язково спливе наочний приклад.
сайтзібрав 7 цікавих експериментів, що запам'ятаються дітям. Все, що потрібне для цих дослідів, - у вас під рукою.
Вогнетривка кулька
Знадобиться: 2 кульки, свічка, сірники, вода.
Досвід: Надуйте кульку і потримайте її над запаленою свічкою, щоб продемонструвати дітям, що від вогню кулька лопне. Потім у другу кульку налийте простої води з-під крана, зав'яжіть і знову піднесіть до свічки. Виявиться, що з водою кулька спокійно витримує полум'я свічки.
Пояснення: Вода, що знаходиться в кульці, поглинає тепло, що виділяється свічкою Тому сама кулька горіти не буде і, отже, не лусне.
Олівці
Знадобиться:поліетиленовий пакет, прості олівці, вода.
Досвід:Наливаємо воду в поліетиленовий пакет наполовину. Олівцем протикаємо пакет наскрізь там, де він заповнений водою.
Пояснення:Якщо поліетиленовий пакет проткнути і потім залити воду, вона буде виливатися через отвори. Але якщо пакет спочатку наповнити водою наполовину і потім проткнути його гострим предметом так, щоб предмет залишився встромленим у пакет, то вода витікати через ці отвори майже не буде. Це з тим, що з розриві поліетилену його молекули притягуються ближче друг до друга. У нашому випадку поліетилен затягується навколо олівців.
Нелопаюча кулька
Знадобиться:повітряна куля, дерев'яна шпажка і трохи рідини для миття посуду.
Досвід:Змастіть верхівку та нижню частину засобом і проткніть кулю, починаючи знизу.
Пояснення:Секрет цього трюку простий. Для того, щоб зберегти кульку, потрібно проткнути її в точках найменшого натягу, а вони розташовані в нижній і верхній частині кульки.
Кольорова капуста
Знадобиться: 4 склянки з водою, харчові барвники, листя капусти або білі квіти.
Досвід: Додати в кожну склянку харчовий барвникбудь-якого кольору та поставте у воду по одному листку або квітці. Залишіть їх на ніч. Вранці ви побачите, що вони забарвилися у різні кольори.
Пояснення: Рослини всмоктують воду і за рахунок цього живлять свої квіти та листя Виходить це завдяки капілярному ефекту, коли вода сама прагне заповнити тоненькі трубочки всередині рослин. Так харчуються і квіти, трава, і великі дерева. Всмоктуючи підфарбовану воду, вони змінюють свій колір.
Плаваюче яйце
Знадобиться: 2 яйця, 2 склянки з водою, сіль.
Досвід: Акуратно помістіть яйце у склянку із простою чистою водою. Як і очікувалося, воно опуститься на дно (якщо ні, можливо, яйце протухло і не варто повертати його до холодильника). У другу склянку налийте теплої води та розмішайте в ній 4-5 столових ложок солі. Для чистоти експерименту можна почекати, поки вода охолоне. Потім опустіть у воду друге яйце. Воно плаватиме біля поверхні.
Пояснення: Тут вся справа в щільності Середня щільність яйця набагато більша, ніж у простої води, тому яйце опускається вниз. А щільність соляного розчину вища, і тому яйце піднімається нагору.
Кристалічні льодяники
Зламаний олівець
Експеримент зі стрілками
Це здивує не лише дітей, а й дорослих!
З дітьми ще можна провести кілька дослідів Піаже. Наприклад, взяти однакову кількість води і налити в різні склянки (наприклад широка і низька, а друга – вузька і висока.) А потім запитати в якій води більше?
А ще можна покласти однакову кількість монет (або гудзиків) у два ряди (один під іншим). Запитати чи однакову кількість у двох рядах. Потім, забираючи одну монетку з одного ряду, інші розсувати, щоб по довжині цей ряд був таким самим, як і верхній. І знову запитати однаково зараз і т.д. Спробуйте – відповіді вас напевно здивують!
Ілюзія Еббінгауза (Еббінгхауза) або кола Тітченера- оптична ілюзія сприйняття відносних розмірів. Найвідоміша версія цієї ілюзії полягає в тому, що два кола, ідентичні за розмірами, розміщуються поруч, причому навколо одного з них знаходяться кола великого розміру, тоді як інший оточений дрібними кружками; при цьому перше коло здається менше за друге.
Два оранжеві кола мають абсолютно однакові розміри; тим не менш, ліве коло здається менше
Ілюзія Мюллера-Лайєра
Ілюзія полягає в тому, що відрізок, обрамлений «вістрями», здається коротшим відрізка, обрамленого «хвостовими» стрілками. Ілюзія була вперше описана німецьким психіатром Францем Мюллером-Лайєром у 1889 році
Або ще ось, наприклад, оптичний обман - спочатку бачиш чорне, потім біле
Ще більше оптичних ілюзій
І на завершення іграшка-ілюзія – Тауматроп.
При швидкому обертанні невеликого шматка паперу з двома малюнками, нанесеними з різних боків, вони сприймаються як один. Таку іграшку можна зробити самим, намалювавши або наклеївши відповідні зображення (кілька поширених тауматропів - квіти та ваза, птах і клітина, жук та банка) на досить щільний папір і з боків приробити мотузочки для закручування. Або ще простіше – прикріпити до палички, як льодяник, та швидко обертати її між долонями.
І ще кілька картинок. Що Ви на них бачите?
До речі, у нашому магазині можна купити вже готові набори для проведення дослідів у галузі оптичних ілюзій!
Дидактичний матеріал
Поширення світла
Як ми знаємо, один із видів теплопередачі – це випромінювання. При випромінюванні передача енергії від одного тіла іншим може здійснюватися навіть у вакуумі. Існує кілька різновидів випромінювань, один із них – видиме світло.
Висвітлені тіла поступово нагріваються. Значить, світло дійсно є випромінювання.
Світлові явища вивчаються розділом фізики, який називають оптикою. Слово "оптика" грецькою означає "видимий", адже світло - це видимий вид випромінювання.
Вивчення світлових явищ має надзвичайно важливе значення для людини. Адже понад дев'яносто відсотків інформації ми отримуємо завдяки зору, тобто здатності сприймати світлові відчуття.
Тіла, що випромінюють світло, називаються джерелами світла – природними чи штучними.
Приклади природних джерел світла - це Сонце та інші зірки, блискавка, комахи, що світяться, і рослини. Штучні джерела світла – це свічка, лампа, пальник та багато інших.
У будь-якому джерелі світла при випромінюванні витрачається енергія.
Сонце випромінює світло завдяки енергії від ядерних реакцій, що відбуваються в його надрах.
Гасова лампа перетворює на світло енергію, що виділяється при згорянні гасу.
Відображення світла
Людина бачить джерело світла, коли промінь, що виходить із цього джерела, потрапляє в око. Якщо тіло не є джерелом, то око може сприймати промені від будь-якого джерела, відбиті цим тілом, тобто, що впали на поверхню цього тіла і змінили при цьому напрям подальшого поширення. Тіло, що відбиває промені, стає джерелом відбитого світла.
Промені, що впали на поверхню тіла, змінюють напрямок подальшого поширення. При відображенні світло повертається в те ж середовище, з якого воно впало на поверхню тіла. Тіло, що відбиває промені, стає джерелом відбитого світла.
Коли ми чуємо це слово "віддзеркалення", перш за все, нам згадується дзеркало. У побуті найчастіше використовуються плоскі дзеркала. За допомогою плоского дзеркала можна провести простий досвід, щоб встановити закон, яким відбувається відображення світла. Поставимо освітлювач на аркуш паперу, що лежить на столі, таким чином, щоб тонкий пучок світла лежав у площині столу. В цьому випадку світловий пучок ковзатиме по поверхні аркуша паперу, і ми його зможемо бачити.
Встановимо вертикально по дорозі тонкого світлового пучка плоске дзеркало. Пучок світла відіб'ється від нього. Можна переконатися, що відбитий пучок, як і падаючий на дзеркало, ковзає по паперу в площині столу. Зазначимо олівцем на аркуші паперу взаємне розташуванняобох світлових пучків та дзеркала. В результаті отримаємо схему проведеного досвіду. Кут між падаючим променем і перпендикуляром, відновленим до поверхні, що відбиває в точці падіння, в оптиці прийнято називати кутом падіння. Кут між тим же перпендикуляром та відбитим променем – це кут відбиття. Результати досвіду такі:
- Падаючий промінь, відбитий промінь і перпендикуляр до поверхні, що відбиває, відновлений в точці падіння, лежать в одній площині.
- Кут падіння дорівнює куту відбиття. Ці два висновки є законом відображення.
Дивлячись на плоске дзеркало, ми бачимо зображення предметів, які розташовані перед ним. Зображення ці точно повторюють зовнішній вигляд предметів. Здається, що ці предмети-двійники розташовані за поверхнею дзеркала.
Розглянемо зображення точкового джерела у плоскому дзеркалі. Для цього довільно проведемо від джерела кілька променів, побудуємо відповідні їм відбиті промені і потім добудуємо продовження відбитих променів за площину дзеркала. Всі продовження променів перетнуться за площиною дзеркала в одній точці: ця точка є зображення джерела.
Оскільки у зображенні сходяться не самі промені, а лише їх продовження, насправді зображення в цій точці немає: нам тільки здається, що з цієї точки виходять промені. Подібне зображення прийнято називати уявним.
Заломлення світла
Коли світло досягає поділу двох середовищ, частина його відбивається, інша частина проходить крізь кордон, переломлюючись при цьому, тобто, змінюючи напрямок подальшого поширення.
Монета, занурена у воду, здається нам більшою порівняно з тим, коли вона просто лежить на столі. Олівець або ложка, поміщені в склянку з водою, бачаться нам надламаними: частина, що у воді, здається піднятою і трохи збільшеною. Ці та багато інших оптичних явищ пояснюються заломленням світла.
Заломлення світла пов'язане з тим, що в різних середовищахсвітло поширюється з різною швидкістю.
Швидкість поширення світла в тому чи іншому середовищі характеризує оптичну щільність даного середовища: чим вища швидкість світла в даному середовищі, тим менша її оптична щільність.
Як зміниться кут заломлення при переході світла з повітря у воду та при переході з води в повітря? Досліди показують, що при переході з повітря у воду кут заломлення виявляється меншим, ніж кут падіння. І навпаки: при переході з води в повітря кут заломлення виявляється більшим за кут падіння.
З дослідів із заломлення світла стали очевидними два факти: 1. Падаючий промінь, заломлений промінь і перпендикуляр до межі розділу двох середовищ, відновлений у точці падіння, лежать в одній площині.
- При переході з оптично більш щільного середовища в оптично менш щільну кут заломлення більше кута падіння.При переході з оптично менш щільного середовища в оптично більш щільну кут заломлення менше кута падіння.
Цікаве явище можна спостерігати, якщо поступово збільшувати кут падіння під час переходу світла в оптично менш щільне середовище. Кут заломлення в цьому випадку, як відомо, більше кута падіння, і зі збільшенням кута падіння, кут заломлення також буде збільшуватися. При деякому значенні кута падіння кут заломлення дорівнюватиме 90о.
Поступово будемо збільшувати кут падіння при переході світла в оптично менш щільне середовище. Зі збільшенням кута падіння, кут заломлення також збільшуватиметься. Коли кут заломлення стане рівним дев'яносто градусів, заломлений промінь не переходить у друге середовище з першого, а ковзає в площині межі поділу цих двох середовищ.
Таке явище називають повним внутрішнім відбитком, а кут падіння, у якому воно відбувається – граничним кутом повного внутрішнього відбитку.
Явище повного внутрішнього відбиття широко використовується у техніці. На цьому явищі засноване застосування гнучких оптичних волокон, якими проходять світлові промені, багаторазово відбиваючись від стінок.
Світло не виходить за межі волокна внаслідок повного внутрішнього відбиття. Простіший оптичний пристрій, в якому використовується повне внутрішнє відображення, - це зворотна призма: вона перевертає зображення, змінюючи місцями промені, що входять до неї.
Зображення у лінзах
Лінзу, товщина якої мала порівняно з радіусами сфер, що утворюють поверхні цієї лінзи, називають тонкою. Надалі ми розглядатимемо лише тонкі лінзи. На оптичних схемах тонкі лінзи зображують як відрізків зі стрілками на кінцях. Залежно від напрямку стрілок, на схемах розрізняють лінзи, що збирають і розсіюють.
Розглянемо, як проходить крізь лінзи пучок променів, паралельних головній оптичній осі. Пройшовши крізь
лінзу, що збирає, промені збираються в одній точці. Пройшовши крізь лінзу, що розсіює, промені розходяться в різні сторони таким чином, що всі їх продовження сходяться в одній точці, що лежить перед лінзою.
Точка, в якій збираються після заломлення в лінзі, що збирає, промені, паралельні головній оптичній осі, називається головним фокусом лінзи-F.
У лінзі, що розсіює, промені, паралельні її головній оптичній осі, розсіюються. Точка, в якій збираються продовження заломлених променів, лежить перед лінзою і називається головним фокусом лінзи, що розсіює.
Фокус лінзи, що розсіює, виходить на перетині не самих променів, а їх продовжень, тому він уявний, на відміну від збираючої, у якої фокус дійсний.
У лінзи два головні фокуси. Обидва вони лежать на рівних відстанях від оптичного центру лінзи на її головній оптичній осі.
Відстань від оптичного центру лінзи до фокусу називається фокусною відстанню лінзи. Чим сильніше лінза змінює напрямок променів, тим меншим виходить її фокусна відстань. Тому оптична сила лінзи обернено пропорційна її фокусній відстані.
Оптичну силу, як правило, позначають буквою "ДЕ", та вимірюють у діоптріях. Наприклад, виписуючи рецепт на окуляри, вказують, скільки діоптрій повинна становити оптична сила правої та лівої лінз.
діоптрію (дптр) – це оптична сила лінзи, фокусна відстань якої становить 1м. Оскільки у збираючих лінз фокуси дійсні, а у розсіюючих – уявні, то умовилися вважати оптичну силу лінз, що збирають позитивною величиною, а оптичну силу розсіюючих лінз – негативною
Хто встановив закон відображення світла?
Для XVI століття оптика була ультрасучасною наукою. Зі скляної кулі, наповненої водою, якою користувалися як фокусуючою лінзою, виникло збільшувальне скло, а з нього мікроскоп та підзорна труба. Найбільшій у ті часи морській державі Нідерландам були потрібні хороші підзорні труби, щоб заздалегідь розглянути небезпечний берег або вчасно піти від ворога. Оптика забезпечувала успіх та надійність навігації. Тому саме в Нідерландах багато вчених займалися нею. Голландець Віллеброрд, Снель ван Ройєн, який іменував себе Снелліусом (1580 - 1626), спостерігав (що, втім, бачили і багато хто до нього), як тонкий промінь світла відбивається в дзеркалі. Він просто виміряв кут падіння і кут відбиття променя (що до нього не робив ніхто) і встановив закон: кут падіння дорівнює куту відбиття.
Джерело. Дзеркальний світ. Гільде Ст - М.: Світ, 1982. с. 24.
Чому алмази цінують так високо?
Очевидно, людина особливо високо цінує все те, що не піддається чи важко піддається змінам. У тому числі й дорогоцінні метали та каміння. Стародавні греки назвали алмаз "адамас" - непереборний, чим висловили своє особливе ставлення до цього каменю. Звичайно, у неограненого каміння (алмази теж не гранили) найбільш очевидними властивостями були твердість і блиск.
Алмази вирізняються високим показником заломлення; 2,41 – для червоного кольору та 2,47 – для фіолетового (для порівняння достатньо сказати, що показник заломлення води 1,33, а скла залежно від сорту – від 1,5 до 1,75).
Біле світло складається з кольорів спектру. І коли його промінь переломлюється, кожен із складових кольорових променів відхиляється по-різному, він ніби розщеплюється на кольори веселки. Ось чому в алмазі спостерігається "гра квітів".
Стародавніх греків, безперечно, захоплювало і це. Мало того, що камінь винятковий за блиском та твердістю, він має ще й форму одного з "досконалих" тіл Платона!
Досвіди
ДОСВІД з оптики №1
Поясніть потемніння бруска з дерева після його змочування.
Обладнання: посуд з водою, дерев'яний брусок.
Поясніть коливання тіні нерухомого предмета під час проходження світла через повітря над свічкою, що горить.Обладнання: штатив, кулька на нитки, свічка, екран, проектор.
На лопаті вентилятора наклейте кольорові шматочки паперу і поспостерігайте як відбувається додавання кольорів при різних режимах обертання. Поясніть явище, що спостерігається.
ДОСВІД №2
За інтерференцією світла.
Проста демонстрація поглинання світла водяним розчином барвника
Вимагає для своєї підготовки лише шкільного освітлювача, склянки з водою та білого екрану. Барвники можуть бути найрізноманітнішими, в тому числі і флюоресцентними.
Учні з великим інтересом спостерігають зміну забарвлення пучка білого світла в міру поширення його в фарбнику. Несподіваним для них виявляється колір пучка, що вийшов з розчину. Оскільки світло сфокусоване лінзою освітлювача, забарвлення плями на екрані визначається відстанню між склянкою з рідиною та екраном.
Прості досліди з лінзами. (ДОСВІД №3)
Що станеться із зображенням предмета, одержуваного за допомогою лінзи, якщо частина лінзи розбилася і зображення отримують за допомогою частини, що залишилася?
Відповідь. Зображення вийде тому ж місці, де воно виходило з допомогою цілої лінзи, та її освітленість буде менше, т.к. менша частина променів, що вийшли з предмета, дійде до зображення.
Покладіть на стіл освітлений Сонцем (або потужною лампою) маленький блискучий предмет, наприклад, кулька від підшипника, або болтик від комп'ютера і подивіться на нього крізь крихітну дірочку у листку фольги. Будуть чудово видно різнокольорові кільця, або овали. Що за явище спостерігатиметься? Відповідь. Дифракція.
Прості досліди з кольоровим склом.(ДОСВІД №4)
На білому аркуші паперу напишіть червоним фломастером або олівцем "відмінно" та зеленим фломастером - "добре". Візьміть два осколки пляшкового скла - зелене та червоне.
(Увага! будьте обережні, об краї осколків можна поранитися!)
Через яке скло треба дивитися, щоб побачити оцінку "відмінно"?
Відповідь. Потрібно дивитися через зелене скло. При цьому напис буде видно чорним на зеленому тлі паперу, оскільки червоне світло напису "відмінно" не пропускається зеленим склом. При розгляданні через червоне скло червоний напис не буде видно на червоному тлі паперу.
ДОСВІД №5: Спостереження явища дисперсії
Відомо, що при пропусканні вузького пучка білого світла через скляну призму на екрані, встановленому за призмою, можна спостерігати смужку райдужної, яка називається дисперсійним (або призматичним) спектром. Спектр цей спостерігається і тоді, коли джерело світла, призму та екран поміщають у замкнуту посудину, з якої відкачано повітря.
Результати останнього досвіду показують, що є залежність абсолютного показника заломлення скла від частоти світлових хвиль. Це спостерігається у багатьох речовинах і називається дисперсією світла. Існують різні досліди для ілюстрації явища дисперсії світла. На малюнку представлений один із варіантів його проведення.
Явище дисперсії світла було відкрито Ньютоном і вважається одним із найважливіших його відкриттів. На надгробному пам'ятнику, поставленому 1731 року, зображені постаті юнаків, які у руках емблеми найважливіших відкриттів Ньютона. У руках одного з юнаків - призму, а в написі на пам'ятнику є такі слова: "Він досліджував відмінність світлових променів і проявляються при цьому різні властивості кольорів, чого раніше ніхто не підозрював."
ДОСВІД №6: Чи є у дзеркала пам'ять?
Як поставити плоске дзеркало на намальований прямокутник, щоб вийшло зображення: трикутника, чотирикутника, п'ятикутника.Обладнання: плоскі дзеркало, аркуш паперу з боку звернено на ньому квадрат.
ПИТАННЯ
Прозоре оргскло стає матовим, якщо його поверхню потерти наждачним папером. Це скло знову стає прозорим, якщо його потерти.Чим?
На шкалі діафрагми об'єктива наносяться числа, рівні відношенню фокусної відстані до діаметра отвору: 2; 2,8; 4,5; 5; 5,8 і т. д. Як зміниться час витримки зйомки, якщо діафрагму перенести на більший поділ шкали?
Відповідь. Чим більше число діафрагмування, позначене на шкалі, тим освітленість зображення менше, а потрібна при фотографуванні витримка більше.
Найчастіше об'єктиви фотоапаратів складаються з кількох лінз. Світло, проходячи через об'єктив, частково відбивається від поверхонь лінз. До яких дефектів це призводить під час зйомки?Відповідь
При зйомці снігових рівнин і водних поверхонь у сонячні дні рекомендується застосовувати сонячну бленду, яка є зачорненою всередині циліндричною або конічною трубкою, що одягається на
об'єктив. Яке призначення бленди?Відповідь
Щоб світло не відбивалося всередині об'єктива, на поверхню лінз наносять найтоншу прозору плівку близько десятитисячних часток міліметра. Такі об'єктиви називають просвітленими. На якому фізичному явищі ґрунтується просвітлення об'єктива? Поясніть, чому об'єктиви не відображають світло.Відповідь.
Питання для форуму
Чому чорний оксамит здається набагато темнішим, ніж чорний шовк
Чому біле світло, пройшовши крізь шибку, не розкладається на складові?Відповідь.
Бліц
1. Як називаються окуляри без дужок? (Пенсне)
2. Що видає орла під час полювання? (Тінь.)
3. Чим відомий художник Куїнжі? (Умінням зображати прозорість повітря та місячного світла)
4. Як називаються лампи, що висвітлюють сцену? (Софіти)
5. Дорогоцінний камінь блакитного чи зеленого кольору?(Бірюза)
6. Вкажіть, у якій точці є риба у воді, якщо рибалка бачить її в точці А.
Бліц
1. Чого в скриню не сховаєш? (Промінь світла)
2. Якого кольору біле світло? (Біле світло складається з ряду різнокольорових променів: червоного, оранжевого, жовтого, зеленого, блакитного, синього, фіолетового)
3. Що більше: хмара чи тінь від неї? (Хмара відкидає конус повної тіні, що звужується до землі, висота якого через значні розміри хмари велика. Тому тінь хмари мало відрізняється за розмірами від самої хмари)
4. Ти за нею, вона від тебе, ти від неї, вона за тобою. Що це таке? (Тінь)
5. Видно, а не дійдеш. Що це? (Горизонт)
Оптичні ілюзії.
Вам не здається, що чорні та білі смуги рухаються у протилежних напрямках? Якщо ви нахилятимете голову - то вправо, то вліво - напрям обертання теж змінюється.
Нескінченні сходи, що ведуть догори.
Сонце та око
не будь подібний до Сонця очей,
Не зміг би Сонце побачити...В.Гете
Зіставлення ока та Сонця так само старе, як і сам людський рід. Джерело такого зіставлення – не наука. І в наш час поряд з наукою, одночасно з картиною явищ, розкритою та поясненою новим природознавством, продовжує побутувати світ уявлень дитини та первісної людиниі, навмисно чи навмисно, наслідує їм світ поетів. У цей світ варто іноді зазирнути як до одного з можливих витоків наукових гіпотез. Він дивовижний і казковий; у цьому світі між явищами природи сміливо перекидаються мости-зв'язки, про які іноді наука ще не підозрює. В окремих випадках ці зв'язки вгадуються правильно, іноді вони докорінно помилкові і просто безглузді, але завжди вони заслуговують на увагу, оскільки ці помилки нерідко допомагають зрозуміти істину. Тому і до питання зв'язку ока і Сонця повчально підійти спочатку з погляду дитячих, первісних і поетичних уявлень.
Граючи «у хованки», дитина дуже часто вирішує сховатися несподіваним чином: він заплющує очі або заплющує їх руками, будучи впевнений, що тепер його ніхто не побачить; йому зір ототожнюється зі світлом.
Ще дивовижніше, втім, збереження такого ж інстинктивного змішування зору та світла у дорослих. Фотографи, тобто люди дещо досвідчені в практичній оптиці, нерідко ловлять себе на тому, що заплющують очі, коли при зарядженні або прояві платівок потрібно ретельно стежити, щоб світло не проникало в темну кімнату.
Якщо уважно прислухатися до того, як ми говоримо, до наших власних слів, то й тут одразу виявляються сліди такої самої фантастичної оптики.
Не помічаючи цього, люди кажуть: "очі заблищали", "сонце визирнуло", "зірки дивляться".
У поетів перенесення зорових уявлень на світило і, навпаки, приписування очам властивостей джерел світла - звичайнісінький, можна сказати, обов'язковий прийом:
Зірки ночі,
Як обвинувальні очі,
За ним глузливо дивляться.
Його очі сяють.
А.С.Пушкін.
З тобою на зірки ми дивилися,
Вони на нас. Фет.
Як Вас бачить риба?
Через заломлення світла рибалка бачить рибу не там, де вона знаходиться насправді.
Народні прикмети
Вступ
1. Літературний огляд
1.1. Історія розвитку геометричної оптики
1.2. Основні поняття та закони геометричної оптики
1.3. Елементи призми та оптичні матеріали
2. Експериментальна частина
2.1.Матеріали та методика експерименту
2.2. Результати експериментів
2.2.1. Демонстраційні досліди з використанням скляної призми з заломлюючим кутом 90º
2.2.2. Демонстраційні досліди з використанням скляної призми заповненою водою, з заломлюючим кутом 90º
2.2.3. Демонстраційні досліди з використанням пустотілої скляної призми, та заповненої повітрям, з заломлюючим кутом 74º
2.3. Обговорення результатів дослідів
Список використаної літератури
Вступ
Визначальна роль експерименту щодо фізики у шкільництві відповідає головному принципу природничих наук, відповідно до яким експеримент є основою пізнання явищ. Демонстраційні досліди сприяють створенню фізичних понять. Серед демонстраційних експериментів одне з найважливіших місць займають досліди з геометричної оптики, які дозволяють наочно показати фізичну природу світла та продемонструвати основні закони поширення світла.
У даній роботі досліджено проблему постановки дослідів з геометричної оптики з використанням призми в середній школі. Вибрано найбільш наочні та цікаві досліди з оптики з використанням обладнання, яке може бути придбане будь-якою школою або виготовлено самостійно.
Літературний огляд
1.1 Історія розвитку геометричної оптики.
Оптика відноситься до таких наук, початкові уявлення яких виникли в давнину. Протягом своєї багатовікової історії вона відчувала безперервний розвиток, і в даний час є однією з фундаментальних фізичних наук, збагачуючись відкриттям нових явищ і законів.
Найважливіша проблема оптики – питання про природу світла. Перші уявлення про природу світла виникли у давні віки. Античні мислителі намагалися зрозуміти сутність світлових явищ, базуючись на зорових відчуттях. Стародавні індуси думали, що око має «вогненну природу». Грецький філософ і математик Піфагор (582-500 рр. до н. е.) та його школа вважали, що зорові відчуття виникають завдяки тому, що з очей до предметів виходять гарячі випаровування. У своєму подальшому розвитку ці погляди набули більш чіткої форми у вигляді теорії зорових променів, яка була розвинена Евклідом (300 років до н.е.). Відповідно до цієї теорії зір обумовлено тим, що з очей випливають «зорові промені», які обмацують своїми кінцями тіла і створюють зорові відчуття. Евклід є основоположником вчення про прямолінійне поширення світла. Застосувавши до вивчення світла математику, він встановив закони відбиття світла від дзеркал. Слід зазначити, що з побудови геометричної теорії відображення світла від дзеркал немає значення природа походження світла, а важливо лише властивість його прямолінійного поширення. Знайдені Евклідом закономірності збереглися й у сучасній геометричній оптиці. Євкліду було знайоме і заломлення світла. Пізніше аналогічні погляди розвивав Птолемей (70-147 рр. зв. е.). Їм приділялася велика увага до вивчення явищ заломлення світла; зокрема, Птолемей робив багато вимірів кутів падіння та заломлення, але закону заломлення йому встановити не вдалося. Птолемей зауважив, що становище світил на небі змінюється через заломлення світла в атмосфері.
Крім Евкліда, дію увігнутих дзеркал знали й інші вчені давнини. Архімеду (287-212 рр.. до н.е.) приписують спалення ворожого флоту за допомогою системи увігнутих дзеркал, якими він збирав сонячні промені та спрямовував на римські кораблі. Певний крок уперед зробив Емпедокл (492-432 рр. до н. з.), який вважав, що від тіл, що світяться, направляються витікання до очей, а з очей виходять витікання у напрямку до тіл. При зустрічі цих закінчень виникають зорові відчуття. Знаменитий грецький філософ, засновник атомістики, Демокріт (460-370 рр. до н. е.) повністю відкидає уявлення про зорові промені. Згідно з поглядами Демокріта, зір обумовлено падінням на поверхню ока дрібних атомів, що виходять від предметів. Аналогічних поглядів пізніше дотримувався Епікур (341-270 рр. до зв. е.). Рішучим противником «теорії зорових променів» був і знаменитий грецький філософ Аристотель (384-322 рр. до н. е..), який вважав, що причина зорових відчуттів лежить поза людським оком. Аристотель зробив спробу дати пояснення квітам як наслідку змішування світла та темряви.
Слід зазначити, що думки древніх мислителів здебільшого базувалися на найпростіших спостереженнях явищ природи. Антична фізика у відсутності необхідного фундаменту як експериментальних досліджень. Тому вчення древніх про природу світла має умоглядний характер. Проте, хоча ці погляди здебільшого є лише геніальними припущеннями, вони, безумовно, вплинули подальший розвиток оптики.
Арабський фізик Альгазен (1038) у своїх дослідженнях розвинув низку питань оптики. Він займався вивченням ока, заломленням світла, відображенням світла у увігнутих дзеркалах. При вивченні заломлення світла Альгазеї, на противагу Птолемею, довів, що кути падіння і заломлення не пропорційні, що було поштовхом до подальших досліджень з метою відшукання закону заломлення. Альгазен відома збільшувальна здатність сферичних скляних сегментів. Щодо природи світла Альгазен стоїть на правильних позиціях, відкидаючи теорію зорових променів. Альгазен виходить з уявлення, що з кожної точки предмета, що світиться, виходять промені, які, досягаючи ока, викликають зорові відчуття. Альгазен вважав, що світло має кінцеву швидкість поширення, що саме собою являє великий крок у розумінні природи світла. Альгазен дав правильне пояснення тому, що Сонце та Місяць здаються на обрії більше, ніж у зеніті; він пояснював це обманом почуттів.
Епоха Відродження. У сфері науки поступово перемагає експериментальний метод вивчення природи. У цей період в оптиці було зроблено ряд видатних винаходів та відкриттів. Франциску Мавролику (1494 -1575) належить нагорода досить правильного пояснення дії окулярів. Мавролик також виявив, що увігнуті лінзи не збирають, а розсіюють промені. Їм було встановлено, що кришталик є найважливішою частиною ока, і зроблено висновок про причини далекозорості та короткозорості як наслідки ненормального заломлення світла кришталиком. Мавролик дав правильне пояснення утворенню зображень Сонця, що спостерігаються під час проходження сонячних променів через малі отвори. Далі слід назвати італійця Порта (1538-1615), який у 1589 р. винайшов камеру-обскуру – прообраз майбутнього фотоапарата. Декількома роками пізніше були винайдені основні оптичні інструменти - мікроскоп і зорова труба.
Винахід мікроскопа (1590) пов'язують із ім'ям голландського майстра-оптика Захарія Янсена. Зорові труби почали виготовляти приблизно одночасно (1608-1610) голландські оптики Захар Янсен, Яків Меціус та Ганс Ліпперсгей. Винахід цих оптичних інструментів призвело в наступні роки до найбільших відкриттів в астрономії та біології. Німецькому фізику та астроному Н. Кеплеру (1571-1630) належать фундаментальні роботи з теорії оптичних інструментів та фізіологічної оптики, засновником якої він по праву може бути названий, Кеплер багато працював над вивченням спотворення світла.
Велике значення для геометричної оптики мав принцип Ферма, названий так на ім'я французького вченого П'єра Ферма, що сформулював його (1601-1665). Цей принцип встановлював, що світло між двома точками поширюється таким шляхом, на проходження якого витрачає мінімум часу. Звідси випливає, що Ферма, на противагу Декарту, вважав швидкість поширення світла кінцевою. Знаменитий італійський фізик Галілей (1564-1642) не проводив систематичних робіт, присвячених дослідженню світлових явищ. Проте й оптиці йому належать роботи, які принесли науці чудові плоди. Галілей удосконалив зорову трубу і вперше застосував її до астрономії, в якій він зробив видатні відкриття, що сприяли обґрунтуванню нових поглядів на будову Всесвіту, що базувалися на геліоцентричну систему Коперника. Галілею вдалося створити зорову трубу зі збільшенням, рамним 30, що у багато разів перевершувало збільшення зорових труб перших її винахідників. З її допомогою він виявив гори і кратери на поверхні Місяця, відкрив супутники у планети Юпітер, виявив зіркову структуру Чумацького Шляху і т.д. . Звідси випливає, що Галілей уже мав правильні уявлення про кінцевої швидкостіпоширення світла. Галілей спостерігав також сонячні плями. Пріоритет відкриття сонячних плям Галілеєм заперечував вчений-єзуїт Патер Шейнер (1575-1650), яким провів точні спостереження сонячних плям та сонячних смолоскипів за допомогою зорової труби, влаштованої за схемою Кеплера. Чудовим у роботах Шейнера є те, що він перетворив зорову трубу на проекційний прилад, висуваючи окуляр більше, ніж було потрібно для ясного бачення оком, це давало можливість отримати зображення Сонця на екрані і демонструвати його при різному ступені збільшення кількох осіб одночасно.
XVII століття характеризується подальшим прогресом у різних галузях науки, техніки та виробництва. Значного розвитку набуває математика. У різних країнах Європи створюються наукові товариства та академії, які об'єднують науковців. Завдяки цьому наука стає надбанням ширших кіл, що сприяє встановленню міжнародних зв'язків у науці. У другій половині XVII століття остаточно переміг експериментальний спосіб вивчення явищ природи.
Найбільші відкриття цього періоду пов'язані з ім'ям геніального англійського фізика та математика Ісаака Ньютона/(1643-1727). Найбільш важливим експериментальним відкриттям Ньютона в оптиці є дисперсія світла у призмі (1666). Досліджуючи проходження пучка білого світла через тригранну призму, Ньютон встановив, що промінь білого світла розпадається на нескінченну сукупність кольорових променів, що утворюють безперервний спектр. З цих дослідів був зроблений висновок про те, що біле світло є складним випромінюванням. Ньютон зробив і зворотний досвід, зібравши за допомогою лінзи кольорові промені, що утворилися після проходження через призму білого променя світла. В результаті він знову отримав біле світло. Нарешті, Ньютон провів досвід змішування кольорів за допомогою кола, що обертається, розділеного на кілька секторів, пофарбованих в основні кольори спектру. При швидкому обертанні диска всі кольори зливалися в один, створюючи враження білого кольору.
Результати цих фундаментальних дослідів Ньютон поклав основою теорії квітів, яка до цього не вдавалася нікому з його попередників. Відповідно до теорії кольорів колір тіла визначається тими променями спектра, які це тіло відбиває; інші ж промені тіло поглинає.
1.2 Основні поняття та закони геометричної оптики.Розділ оптики, який заснований на уявленні про світлові промені як прямі лінії, вздовж яких поширюється енергія світла, називається геометричною оптикою . Така назва їй дана тому, що всі явища поширення світла тут можуть бути досліджені шляхом геометричних побудов ходу променів з урахуванням закону відображення та заломлення світла. Цей закон є основою геометричної оптики.
Однак там, де йдеться про явища, взаємодії світла з перешкодами, розміри яких досить малі, закони геометричної оптики виявляються недостатніми і необхідно скористатися законами хвильової оптики. Геометрична оптика дозволяє розібрати основні явища, пов'язані з проходженням світла через лінзи та інші оптичні системи, а також з відображенням світла від дзеркал. Поняття про світловому промені, як про нескінченно тонкий пучок світла, що поширюється прямолінійно, природно призводить до законів прямолінійного поширення світла і незалежного поширення світлових пучків. Саме ці закони спільно з законами заломлення і відображення світла і є основними законами геометричної оптики, які не тільки пояснюють багато фізичних явищ, але і дозволяють проводити розрахунки та конструювання оптичних приладів. Всі ці закони спочатку були встановлені як емпіричні, тобто засновані на дослідах, спостереженнях.