Образование тени и полутени. Закон прямолинейного распространения света объясняет образование тени Прямолинейность распространения света

Закон прямолинейного распространения света. урок. Физика 11 Класс

Образование тени и полутени. Закон прямолинейного распространения света объясняет образование тени Прямолинейность распространения света

Геометрическая оптика описывает распространение света в прозрачных средах.

Прозрачная среда – это среда, в которой световая волна проходит расстояние, существенно превосходящее длину световой волны, без существенного уменьшения энергии.

Геометрическая оптика – это предельный случай волновой оптики, когда размеры объектов в данной физической ситуации, значительно больше длинны световой волны.

Понятно, что именно законы геометрической оптики были открыты значительно раньше, чем законы волновой оптики. Так как размеры предметов, которые нас окружают, значительно больше, чем длина световой волны.

Именно законы геометрической оптики мы и изучаем, впервые они появились в трудах Евклида, которые носили название «Катоптрика».

Вспомним основные понятия.

Световой луч – линия, вдоль которой распространяется поток световой энергии.

А теперь усовершенствуем его, учитывая принципы волновой оптики, с которыми мы уже ознакомились, и свойства распространения волн.

Световой луч – линия, вектор касательной к которой перпендикулярен фронту световой волны и направлен в сторону переноса энергии световой волны в данной точке.

Волны, в зависимости от фронта, делятся на разные виды. Мы будем работать с волами двух типов, а именно плоскими и сферическими.

Плоская волна – это волна, фронт которой представляет собой плоскость. Например, волна от длинной светящейся лампы (Рис. 1).

Рис. 1. Пример плоской волны

Сферическая волна – это волна, фронт которой представляет собой сферу (Рис. 2).

Рис. 2. Пример сферической волны

Отметим, что понятие светового луча – чисто геометрическое, реальных световых лучей в природе мы не встретим. Это понятие используют для схематического изображения световых пучков. Именно со световыми пучками мы имеем дело в реальной жизни.

Первый закон геометрической оптики говорит об этом: вклад каждого светового луча в суммарное освещение не зависит от влияния других лучей. Формулировка: если световые лучи пересекаются, то они не оказывают никакого влияния друг на друга. Каждый луч освещает пространство так, как если бы других лучей вообще не было.

Этот закон справедлив для световых пучков сравнительно небольшой интенсивности. Если же мы имеем дело со световыми пучками большой интенсивности, будут наблюдаться отклонения от выполнения этого закона.

В прозрачной однородной среде световые лучи являются прямыми линиями (свет распространяется прямолинейно).

Принцип Ферма

Следует отметить, что обобщением всех законом геометрической оптики является всего лишь один принцип, так называемый принцип наименьшего времени или иначе – принцип Ферма.

Принцип был назван в честь французского математика, который впервые его сформулировал.

Определение: распространение света из одной точки к другой происходит по такому пути, прохождение которого требует минимального времени по сравнению с любыми другими путями между этими точками.

Даже закон прямолинейного распространения света был выведен на основе данного принципа. И в самом деле, какая линия является кратчайшим путем между двумя точками? Конечно же, прямая, а это значит, что луч света, который распространяется по прямой, затратит наименьшее время при распространении в прозрачной, оптически однородной среде.

Точно так же принципом Ферма можно пользоваться и для доказательства закона отражения и закона преломления света.

Существует оптико-механическая аналогия. Как нам известно, в механике для того чтобы максимально быстро добраться из пункта А в пункт Б, если среда однородна, нужно двигаться именно по прямой, и в таком случае затраченное время будет минимальным.

Однородная среда – это такая среда, свойства которой не меняются при переходе от точки к точке.

Закон прямолинейного распространения света означает, что в прозрачной, оптически однородной, среде луч света ведет себя подобно геометрическому лучу. Отсюда и название – геометрическая оптика.

Вам неоднократно доводилось видеть прямолинейные солнечные лучи, пронизывающие облака, или тонкий прямой луч, пробивающийся в запыленной комнате через щель в окне. Находясь под водой, тоже можно наблюдать прямые солнечные лучи, идущие сквозь воду. Все это – проявления закона прямолинейного распространения.

При нарушении однородности среды и сам закон будет нарушаться, возможно преломление лучей на границе сред. Если оптические свойства среды меняются от точки к точке, то ход световых лучей искривляется, в этом состоит причина миражей (Рис. 3).

Рис. 3. Мираж

Еще одно применение закона распространения света – изобретение первого примитивного фотоаппарата – камеры-обскура.

Камера-обскура

Давайте разберемся, с чего начинался современный фотоаппарат, его прадедушкой была простая и скромная камера-обскура. В ее работе использовался закон прямолинейного распространения света.

С латинского camera – «комната», а obscura – «темная». Данная камера является самым простым примером оптического прибора, с помощью которого можно получить изображение объекта.

Ее делали в виде светонепроницаемого ящика с маленьким отверстием ( мм) в одной из стенок и экраном на противоположной.

Лучи света, проходя сквозь отверстие, в итоге создавали на экране перевернутое изображение (Рис. 4).

Рис. 4. Камера-обскура

Китайские философы еще в V веке до нашей эры говорили, что такое устройство способно давать изображение достаточно удаленных предметов.

Еще одним ученым, который анализировал принцип работы камеры, был Аристотель. Он отмечал, что свет, проникающий в комнату через небольшое отверстие в ставне, образует на противоположной стене изображение предметов, находящихся на улице перед окном.

В Х веке арабский ученый Альгазен использовал принцип работы камеры-обскура для наблюдений за Солнцем. Зная, что наблюдать за Солнцем невооруженным взглядом вредно, он наблюдал за изображением солнца, которые получал, делая отверстие в палатке, что в результате давало изображение на противоположной стенке палатки.

Все, что мы обсуждали выше, – это всего лишь принцип работы камеры-обскура. А вот конструкцию и ее название предложил Леонардо да Винчи. Именно он впервые применил эту камеру для зарисовки пейзажей.

В 1544 году голландский физик и математик Фризиус Реньер Гемма наблюдал солнечное затмение с помощью все той же камеры-обскура. Благодаря этому ученому появилось первое изображение камеры в научных трудах (Рис. 5).

Рис. 5. Изображение камеры-обскура

Таким образом, простой закон прямолинейного распространения света позволил нам разобраться в устройстве первого примитивного фотоаппарата.

Еще одно фундаментальное следствие из закона прямолинейного распространения света – образование теней и полутеней.

На рисунке изображен точечный источник света  и предмет, например треугольник, на экране мы видим тень этого предмета также в виде треугольника, но только другого цвета (Рис. 6).

Рис. 6. Тень от предмета

Тень появляется, если на пути световых лучей оказывается непрозрачный предмет, происходит следующее:

1. луч, который идет мимо предмета, продолжает распространяться в прежнем направлении (движется прямолинейно);

2. луч, попадающий на предмет, не проникает внутрь предмета, дальнейший ход такого луча пресекается, и в результате на экране такой луч не будет виден.

Так возникает геометрическая тень, края которой четко очерчены. Важно понимать, что в реальности, вследствие явления дифракции, края у тени на самом деле несколько расплывчатые.

В случае если источник света является не точечным, а протяженным, на экране, помимо тени, будет наблюдаться еще и полутень (область частичной освещенности) (Рис. 7).

Рис. 7. Пример образования полутени

Отличным примером образования полутеней и теней являются хорошо вам известные солнечное и лунное затмения (Рис. 8).

Рис. 8. Лунное затмение

Итак, на этом уроке мы вспомнили основные понятия геометрической оптики, а также вспомнили некоторые понятия из волновой оптики и сформулировали два первых закона геометрической оптики.

Список литературы

1. Жилко В.В., Маркович Я.Г. Физика. 11 класс. – 2011.

2. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика. 11 класс. Учебник.

3. Касьянов В.А. Физика, 11 класс. – 2004.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет портал «FizMat.by» (Источник)

2. Интернет портал «Большая Энциклопедия Нефти и Газа» (Источник)

3. Интернет портал «Энциклопедия по машиностроению XXL» (Источник)

Домашнее задание

1. Опыт. Положите на стол кусок картона и воткните в него две булавки в нескольких сантиметрах друг от друга.

Между этими булавками воткните еще две-три булавки так, чтобы, глядя на одну из крайних, вы увидели только ее, а остальные булавки были бы закрыты от нашего взгляда ею.

Выньте булавки, приложите линейку к следам в картоне от двух крайних булавок и проведите прямую. Как расположены следы от других булавок по отношению к этой прямой?

2. Ученик заметил, что палка длиной 1,2 м, поставленная вертикально, отбрасывает тень длиной 0,8 м. Длина тени от дерева в то же время оказалась ровно в 12 раз больше длины палки. Какова высота дерева?

Источник: https://interneturok.ru/lesson/physics/11-klass/boptikab/zakon-pryamolineynogo-rasprostraneniya-sveta

Применение закона прямолинейного распространения света.? Камера-обскура

Образование тени и полутени. Закон прямолинейного распространения света объясняет образование тени Прямолинейность распространения света

«Применение закона прямолинейного распространения света.Камера-обскура»

О свет! Ты чудо из чудес И вызываешь интерес. Еще не раз умы людей Займешь теорией своей.

Н.Д. Саблина.

Закон прямолинейного распространения света:

Впервые закон прямолинейного распространения света был сформулирован в III в. до н.э. древнегреческим ученым Евклидом. Под прямолинейностью распространения света он имел в виду прямолинейность световых лучей.

Сам Евклид, правда, отождествлял лучи света со “зрительными лучами”, которые якобы выходили из глаз человека и в результате “ощупывания” предметов позволяли видеть последние. Такая точка зрения была достаточно широко распространена в древнем мире.

Однако уже Аристотель спрашивал: “Если бы видение зависело от света, исходящего из глаз, как из фонаря, то почему бы нам не видеть в темноте?” Теперь мы знаем, что никаких “зрительных лучей” не существует, и видим мы не потому, что какие-то лучи выходят из наших глаз, а наоборот, потому что свет от различных предметов попадает нам в глаза.

Свет в пространстве распространяется прямолинейно.

Распространение света

Под световым лучом в современной физике понимают достаточно узкий пучок света, который в той области, в которой изучается его распространение, можно считать не расходящимся.

Этофизический световой луч.Различают еще иматематический (геометрический) лучэто линия, вдоль которой распространяется свет.

Этим понятием мы и будем пользоваться.

Тени и свет

Так как свет распространяется по прямой, то когда он встречает непрозрачные предметы, образуется тень. Зона, в которую не попадает свет, называется тенью . Если источник света небольшой, отбрасываемая предметом тень имеет четкие контуры, если большой – расплывчатые. Переход от света к тени называется полутенью : сюда попадает только часть излучаемого света.

полутень

экран

Лабораторная работа: «Образование тени и полутени»

Цель: научиться получать тень и полутень на экране.

Оборудование: 2 свечи, шарик на подставке или любое непрозрачное тело; экран; несколько разных геометрических тел.

Ход работы:

1. Расположите свечи на расстоянии

5-7 сантиметров друг от друга. Перед ними

поместите шарик. За шариком поставьте

экран.

2. Зажгите свечу. На экране

видна чёткая тень от шарика.

3. Если теперь зажечь вторую лампу,

на экране видны тень и полутень.

Вывод:

Лунное и солнечное затмение

Солнечное затмение

Лунное затмение

У Козьмы Пруткова есть афоризм: «Если у тебя спрошено будет: что полезнее, Солнце или месяц? – ответствуй: месяц. Ибо Солнце светит днем, когда и без того светло, а месяц – ночью».Прав ли Козьма Прутков? Почему?

Назовите источники света, которыми вам доводилось когда-либо пользоваться при чтении.

Зачем водители в темное время суток при встрече машин переключают фары с дальнего света на ближний?

Нагретый утюг и горящаясвечаявляются источниками излучения.Чем отличаются друг от друга создаваемые этими приборами излучения?

Из древнегреческой легенды о Персее: «Не далее полета стрелы было чудовище, когда Персей взлетел высоко в воздух. Тень его упала в море, и с яростью ринулось чудовище на тень героя. Персей смело бросился с высоты на чудовище и глубоко вонзил ему в спину изогнутый меч».

Что такое тень и какой физический закон позволяет объяснить ее образование?

Шар раскаленный, золотой

Пошлет в пространство луч огромный,

И длинный конус тени темной

В пространство бросит шар другой.

Какое свойство света нашло отражение в этом стихотворении А.Блока? О каком явлении говорится в стихотворении?

Камера – обскура

Камерой-обскурой называется темная комната (ящик) с малым отверстием в одной из ее стен, через которое свет проникает внутрь комнаты, вследствие чего становится возможным получение изображения наружных предметов.

Давайте сделаем

камеру – обскура

Возьмем спичечный коробок, сделаем посередине маленькое отверстие в полмиллиметра диаметром, разместим на дне коробка фотобумагу или плёнку для фотоаппарата (не засветив при этом) и, направив объективом на улицу, оставим часа на четыре. Вскроем и посмотрим, что получилось.

Лучи падают на объект съёмки, отражаются от него, проходят через отверстие в камере-обскуре и фиксируются на фотобумаге. Чем меньше отверстие, тем меньше посторонних лучей от каждой точки объекта сможет через него пройти и отобразиться на фотобумаге. Следовательно, тем четче получится картина изображаемого объекта.

А если отверстие большое, фотоотпечатка не получится – бумага просто засветится. С немного усложненной и увеличенной камерой-коробком, фотографические отпечатки получатся четче и большего размера.

А усложнить её можно так: возьмите коробочку больших размеров, в центре стенки, где будет располагаться отверстие, вырежьте прямоугольник примерно 2×3 см, прикрепите скотчем на его место фольгу, предварительно проделав в ней аккуратное точечное отверстие. Внутри коробочки, на противоположной от отверстия стороне расположите пленку.

Ещё проще взять старый фотоаппарат, свинтить с него объектив, заклеить дыру чёрной бумагой или фольгой и проделать в ней маленькое отверстие. Только не забудьте убрать шторку затвора, чтобы свет мог попасть на плёнку.

Домашнее задание

  • Выполните лабораторную работу в отдельной тетради с построением светового луча и образованием области тени и полутени.
  • Пришлите по электронной почте ответы на вопросы по теме «Солнечное и лунное затмения».
  • Пришлите по электронной почте ответы на вопросы серии «Проверь себя».
  • Сделайте камеру – обскура.

Источник: https://multiurok.ru/files/primienieniie-zakona-priamolinieinogho-rasprostranieniia-svieta-dwaeg-kamiera-obskura.html

Геометрическая оптика

Образование тени и полутени. Закон прямолинейного распространения света объясняет образование тени Прямолинейность распространения света

      Основные законы геометрической оптики известны ещё с древних времен. Так, Платон (430 г. до н.э.) установил закон прямолинейного распространения света.

В трактатах Евклида формулируется закон прямолинейного распространения света и закон равенства углов падения и отражения. Аристотель и Птолемей изучали преломление света.

Но точных формулировок этих законов геометрической оптики греческим философам найти не удалось.

      Геометрическая оптика является предельным случаем волновой оптики, когда длина световой волны стремится к нулю.

      Простейшие оптические явления, например возникновение теней и получение изображений в оптических приборах, могут быть поняты в рамках геометрической оптики.

      В основу формального построения геометрической оптики положено четыре закона,установленных опытным путем:

       ·     закон прямолинейного распространения света;

       ·     закон независимости световых лучей;

       ·     закон отражения;

       ·     закон преломления света.

      Для анализа этих законов Х. Гюйгенс предложил простой и наглядный метод, названный впоследствии принципом Гюйгенса.

      Каждая точка, до которой доходит световое возбуждение, является, в свою очередь, центром вторичных волн; поверхность, огибающая в некоторый момент времени эти вторичные волны, указывает положение к этому моменту  фронта действительно распространяющейся волны.

Гюйгенс Христиан (1629–1695), нидерландский ученый. В 1665–1681 гг. работал в Париже. Изобрел (1657) маятниковые часы со спусковым механизмом, дал их теорию, установил законы колебаний физического маятника. Опубликовал в 1690 г. созданную им в 1678 г. волновую теорию света, объяснил двойное лучепреломление. Усовершенствовал телескоп; сконструировал окуляр, названный его именем. Открыл кольцо у Сатурна и его спутник Титан. Автор одного из первых трудов по  теории  вероятностей  (1657 г.).

      Основываясь на своем методе, Гюйгенс объяснил прямолинейность распространения светаивывелзаконы отражения и преломления.

      Закон прямолинейного распространения света:

       ·     свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно.

      Доказательством этого закона является наличие тени с резкими границами от непрозрачных предметов при освещении их источниками малых размеров.

      Тщательные эксперименты показали, однако, что этот закон нарушается, если свет проходит через очень малые отверстия, причем отклонение от прямолинейности распространения тем больше, чем меньше отверстия.

Тень, отбрасываемая предметом, обусловлена прямолинейностью распространения световых лучей в оптически однородных средах.

Рис 7.1

      Астрономической иллюстрацией прямолинейного распространения света и, в частности, образования тени и полутени может служить затенение одних планет другими, например затмение Луны, когда Луна попадает в тень Земли (рис. 7.1). Вследствие взаимного движения Луны и Земли тень Земли перемещается по поверхности Луны, и лунное затмение проходит через несколько частных фаз (рис. 7.2).

Рис. 7.2

      Закон независимости световых пучков:

       ·     эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены.

      Разбивая световой поток на отдельные световые пучки (например, с помощью диафрагм), можно показать, что действие выделенных световых пучков независимо.

      Закон отражения (рис. 7.3):

       ·        отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения;

       ·        угол падения  α  равен углу отражения  γ:  α = γ

Рис. 7.3                                                     Рис. 7.4

      Для вывода закона отражения воспользуемся принципом Гюйгенса. Предположим, что плоская волна (фронт волны АВ), распространяющаяся в вакууме вдоль направления Iсо скоростью с, падает на границу раздела двух сред(рис. 7.4). Когда фронт волны АВ достигнет отражающей поверхности в точке А,эта точка начнет излучать вторичную волну.

       ·       Для прохождения волной расстояния ВС требуется время             Δt= BC/υ. За это же время фронт вторичной волны достигнет точек полусферы, радиус ADкоторой равен:  υΔt = ВС.

Положение фронта отраженной волны в этот момент времени в соответствии с принципом Гюйгенса задается плоскостью DC, а направление распространения этой волны – лучом II.

Из равенства треугольников ABCи ADCвытекает закон отражения: угол падения  α равен углу отражения  γ.

      Закон преломления (закон Снелиуса) (рис. 7.5):

       ·     луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости;

       ·     отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред.

Рис. 7.5                                           Рис. 7.6

      Вывод закона преломления. Предположим, что плоская волна (фронт волны АВ), распространяющаяся в вакууме вдоль направления Iсо скоростью  с, падает на границу раздела со средой, в которой скорость ее распространения равна u  (рис. 7.6).

      Пусть время, затрачиваемое волной для прохождения пути ВС, равно Dt. Тогда ВС = сDt.

За это же время фронт волны, возбуждаемой точкой А в среде со скоростью u, достигнет точек полусферы, радиус которой AD = uDt.

Положение фронта преломленной волны в этот момент времени в соответствии с принципом Гюйгенса задается плоскостью DC, а направление ее распространения – лучом III. Из рис. 7.6 видно, что

       ,       т.е.       .

      Отсюда следует закон Снелиуса:

.

      Несколько иная формулировка закона распространения света была дана французским математиком и физиком П. Ферма.

Ферма Пьер (1601–1665) – французский математик и физик. Родился в Бомон-де-Ломань. Получил юридическое образование. С 1631 г. был советником парламента в Тулузе.

      Физические исследования относятся большей частью к оптике, где он установил в 1662 г. основной принцип геометрической оптики (принцип Ферма). Аналогия между принципом Ферма и вариационными принципами механики сыграла значительную роль в развитии современной динамики и теории оптических инструментов.

      Согласно принципу Ферма, свет распространяется между двумя точками по пути, для прохождения которого необходимо наименьшее время.

      Покажем применение этого принципа к решению той же задачи о преломлении света.

      Луч от источника света S, расположенного в вакууме идет до точки В, расположенной в некоторой среде за границей раздела (рис. 7.7).

Рис. 7.7

      В каждой среде кратчайшим путем будут прямые SA и AB. ТочкуA охарактеризуем расстоянием x от перпендикуляра, опущенного из источника на границу раздела. Определим время, затраченное на прохождение пути SAB:

.

      Для нахождения минимума найдем первую производную от τ по х и приравняем ее к нулю:

,

      отсюда приходим к тому же выражению, что получено исходя из принципа Гюйгенса:   .

      Принцип Ферма сохранил свое значение до наших дней и послужил основой для общей формулировки законов механики (в том числе теории относительности и квантовой механики).

      Из принципа Ферма вытекает несколько следствий.

      Обратимость световых лучей: если обратить луч III(рис. 7.7), заставив его падать на границу раздела под углом β, то преломленный луч в первой среде будет распространяться под углом α, т. е. пойдет в обратном направлении вдоль луча I.

      Другой пример – мираж, который часто наблюдают путешественники на раскаленных солнцем дорогах. Они видят впереди оазис, но когда приходят туда, кругом оказывается песок. Сущность в том, что мы видим в этом случае свет, прошедший над песком.

Воздух сильно раскален над самой дорогой, а в верхних слоях холоднее. Горячий воздух, расширяясь, становится более разреженным и скорость света в нем больше, чем в холодном.

Поэтому свет проходит не по прямой, а по траектории с наименьшим временем, заворачивая в теплые слои воздуха.

      Если свет распространяется изсреды с большим показателем преломления  (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления  (оптически менее плотной)(  > ), например из стекла в воздух, то, согласно закону преломления, преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления β больше, чем угол падения α (рис. 7.8 а).

Рис.7.8

      С увеличением угла падения увеличивается угол преломления  (рис. 7.8 б, в), до тех пор, пока при некотором угле падения ( ) угол преломления не окажется равным  π/2.

      Угол  называется предельным углом. При углах падения α >  весь падающий свет полностью отражается (рис. 7.8 г).

       ·       По мере приближения угла падения к предельному, интенсивность преломленного луча уменьшается, а отраженного – растет.

       ·     Если , то интенсивность преломленного луча обращается в нуль, а интенсивность отраженного равна интенсивности падающего (рис. 7.8 г).

       ·     Таким образом, при углах падения в пределах от  до π/2, луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду, причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы.  Это явление называется полным отражением.

      Предельный угол  определим из формулы:

;

.

      Явление полного отражения используется в призмах полного отражения (Рис. 7.9).

Рис. 7.9

      Показатель преломления стекла равен n » 1,5, поэтому предельный угол для границы стекло – воздух    = arcsin (1/1,5) = 42°.

      При падении света на границу стекло – воздух при α >42° всегда будет иметь место полное отражение.

      На рис. 7.9показаны призмы полного отражения, позволяющие:

      а) повернуть луч на 90°;

      б) повернуть изображение;

      в) обернуть лучи.

      Призмы полного отражения применяются в оптических приборах (например, в биноклях, перископах), а также в рефрактометрах, позволяющих определять показатели преломления тел (по закону преломления, измеряя  , определяем относительный показатель преломления двух сред, а также абсолютный показатель преломления одной из сред, если показатель преломления второй среды известен).

Явление полного отражения используется также в световодах, представляющих собой тонкие, произвольным образом изогнутые нити (волокна) из оптически прозрачного материала.

Рис. 7.10

      В волоконных деталях применяют стеклянное волокно, световедущая жила (сердцевина) которого окружается стеклом – оболочкой из другого стекла с меньшим показателем преломления.

Свет, падающий на торец световода под углам больше предельного, претерпевает на поверхности раздела сердцевины и оболочки полное отражение и распространяется только по световедущей жиле.

      Световоды используются при создании телеграфно-телефонных кабелей большой емкости. Кабель состоит из сотен и тысяч оптических волокон тонких, как человеческий волос. По такому кабелю, толщиной в обычный карандаш, можно одновременно передавать до восьмидесяти тысяч телефонных разговоров.

      Кроме того, световоды используются в оптоволоконных электронно-лучевых трубках, в электронно-счетных машинах, для кодирования информации, в медицине (например, диагностика желудка), для целей интегральной оптики.

Источник: http://ens.tpu.ru/POSOBIE_FIS_KUSN/%D0%9A%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%B1%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F%20%D0%B8%20%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D1%8B.%20%D0%B3%D0%B5%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F%20%D0%B8%20%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F%20%D0%BE%D0%BF%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0/07-2.htm

Сценарий урока физики на тему

Образование тени и полутени. Закон прямолинейного распространения света объясняет образование тени Прямолинейность распространения света

Урок по физике 7 класс «Источники света. Прямолинейное распространение света. Образование тени и полутени».

УМК Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е. «Физика 7 класс»

Решаемые учебные задачи (в деятельности ученика):

  1. раскрывают огромное значение света в жизни человека, животных и растений;

  2. охарактеризуют различные виды источников света;

  3. дают определения понятиям о точечном и протяжённом источниках;

  4. ввести понятие светового луча, на основе закона прямолинейного распространения света;

  5. выявляют условия получения тени и полутени, образование солнечного и лунного затмений.

Тип урока: урок открытия новых знаний.

Формы работы учащихся: работа в группах, индивидуальная работа, самостоятельная работа.

Необходимое техническое оборудование:

  1. карманные фонарики с одной лампочкой и несколькими, расположенными в ряд;

  2. непрозрачные препятствия ( у меня были пенопластовые шарики на подставках, сделанных из кулинарных шпажек и пластилина);

  3. экраны (белый картон).

Сценарий урока.

Учитель: 20 марта 2015г со взлетной полосы в мурманском аэропорту около полудня поднялся самолет со школьниками-отличниками на борту, следовавший рейсом Мурманск-Мурманск. Этот странный рейс связан с сегодняшней темой урока. Как вы думаете, какое событие связано с этим полетом? Какова тема урока?

Ученики: выдвигают предположения, приходят к выводу, что событие связано с затмением, тема урока — со светом. Формулируют тему урока.

Учитель: 20 марта 2015 года можно было наблюдать солнечное затмение.

Наилучшим местом наблюдений с территории России, после удалённой от основной территории Земли Франца-Иосифа, являлся город Мурманск, где в 13:18 по местному времени была достигнута максимальная фаза частного солнечного затмения.

Школьники-победители физической олимпиады были награждены возможностью наблюдать затмение с борта самолета. Как происходят затмения, мы попытаемся разобраться сегодня.

  1. Источники света. Работа в парах.

Учитель: Какую тему мы с вами изучали в последнее время? (последняя изученная тема «Звуковые волны»). Какие условия необходимы для возникновения звуковой волны?

Ученики: Звуковые волны. Для возникновения звуковых волн нужен источник колебаний и упругая среда.

Учитель: Нужен ли источник для возникновения света? Приведите примеры источников света. На столах у вас карточки с изображениями источников. Определите виды источников и разложите карточки по вашей классификации.

Два ученика на доске магнитами прикрепляют карточки с классификацией. Остальные записываю в тетрадь.

  1. Закон прямолинейного распространения света. Закон независимости распространения света.

Учитель: Представьте, что вы идете домой из школы с другом Васей. Вы еже повернули за угол здания, а Вася замешкался. Вы кричите : «Вася!». А друг отвечает: «Иду, иду». При этом вы слышите товарища? А вы его видите? Почему так происходит?

Ученики выдвигают предположения.

Учитель: демонстрирует опыт, показывающий прямолинейное и независимое распространение света (задымленный стеклянный сосуд, лазерная указка). Можно пригласить двух учеников в помощники.

Ученики: формулируют закон прямолинейного распространения света и независимости распространения света.

Свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно.

Учитель: Э
то заметил еще Евклид 300 до н.э., использовали древние египтяне при строительстве. Геометрическое понятие луч возникло в результате наблюдения за распространением света.

Световой луч- линия вдоль которой распространяется свет от источника.

Пучки световых лучей, пересекаясь, не взаимодействуют друг с другом и распространяются независимо друг от друга.

4. Практическое задание. Работа в группах.

Учитель: В вашем распоряжении два фонарика, экран, непрозрачные препятствия. С помощью этого набора определите, как образуется тень, от чего зависят её размеры, степень затемнения? На выяснение этих вопросов вам дается 10 минут. После этого времени каждая группа представляет свои выводы.

Один из фонариков содержит одну маленькую лампочку (условно точечный источник), второй – несколько лампочек, расположенных в ряд ( условно протяженный источник).

Ученики: с помощью первого фонарика тень получают четкую тень на экране. Замечают, что чем ближе фонарик в предмету, тем больше размеры тени. Пытаются построить изображение тени.

Замечают, что с помощью второго фонарика тень на экране получается нечеткой. При некотором положении фонарика и предмета можно получить две тени.

Пытаются построить изображение тени и полутени и дать объяснение этому результату.

У
ченики: зарисовывают схему образования тени и полутени.

Учитель: Проведем луч от точечного источника (опыт с первым фонариком) по границам препятствия (лучи SB и SC). Получили на экране четкие границы тени, что доказывает закон прямолинейного распространения света.

В опытах со вторым фонариком (протяженным источником), вокруг тени образуется частично освещенное пространство — полутень. Это происходит когда источник протяженный, т.е. Состоит из множества точек. Поэтому на экране имеются области, где от одних точек свет попадает, от других — нет. Этот опыт так же доказывает прямолинейность распространения света.

  1. Первичный контроль.

Изобразите ход лучей от красного и синего источников цветными карандашами. Укажите области тени и полутени на экране от непрозрачного шара. Объясните, почему опыт доказывает прямолинейное распространение света?

6. Есть над чем подумать дома.

Учитель: демонстрирует камеру-обскуру изготовленную из коробки. Вопрос к ученикам: Что это такое?

Ученики: выдвигают всевозможные версии, далекие от истины.

Учитель: а на самом деле это «предок» фотоаппарата. С его помощью можно получить изображение и даже сделать снимок, например, этого окна. Изготовьте дома камеру-обскуру и объясните её действие.

7. Домашнее задание.

1.§ 49-50

3. дополнительно для желающих лекция Олега Угольникова в Московском планетарии из цикла «Трибуна ученого» (http://planetarium-moscow.ru/billboard/tribune-scientist/detail.php?ID=5512 )

Источник: https://infourok.ru/scenariy-uroka-fiziki-na-temu-pryamolineynoe-rasprostranenie-sveta-obrazovanie-teni-i-poluteni-1249096.html

Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Плоское зеркало. Преломление света – FIZI4KA

Образование тени и полутени. Закон прямолинейного распространения света объясняет образование тени Прямолинейность распространения света

ОГЭ 2018 по физике ›

1. В основе явления распространения света лежат три закона: закон прямолинейного распространения света, закон отражения света и закон преломления света.

Закон прямолинейного распространения света: в однородной среде свет распространяется прямолинейно. Однородная среда — это среда, состоящая из одного и того же вещества, например, воздух, вода, стекло, масло и пр. Наблюдать прямолинейное распространение света можно в затемненной комнате, в которую через небольшое отверстие проникает луч света.

Следствием прямолинейного распространения света является то, что свет не проникает за экраны, ширмы и другие преграды. Однако если преграда очень мала, например, если это волос, тонкая нить и т.п., то за неё свет будет проникать, т.е. свет в определённых условиях
свет отклоняется от прямолинейного распространения.

Прямолинейное распространение света объясняет образование тени от предметов. На рисунке 97 показано распространение света от точечного источника.

Точечный источник — это такой источник, размеры которого малы по сравнению с расстоянием от него до наблюдателя. На рисунке видно, что на экране образуется чёткая
тень предмета.

На рисунке 98 показано распространение света от протяжённого источника.

В этом случае на экране образуются область тени и область полутени. Тень — область, в которую свет не попадает, в область полутени свет попадает от одной части источника света.

Зная, как образуется тень, можно объяснить солнечные и лунные затмения.

2. Если среда, в которой распространяется свет неоднородная, т.е. свет падает на границу раздела двух сред, то свет изменяет направление распространения. На границе раздела двух сред происходят три явления: отражение света от границы раздела сред, преломление и поглощение веществом (рис. 99).

На рисунке 99 АО — падающий луч, ОВ — отражённый луч, ОС — преломлённый луч; угол (​\( \alpha \)​ между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела сред — угол падения луча, угол ​\( \beta \)​ между отражённым лучом и перпендикуляром к границе раздела сред — угол отражения, угол ​\( \gamma \)​ между преломлённым лучом и перпендикуляром к границе раздела сред — угол преломления.

При изменении угла падения изменяется угол отражения, но при этом отражение света подчиняется закону отражения:

  • угол отражения света равен углу падения ​\( (\beta=\alpha) \)​,
  • лучи падающий и отражённый, а также перпендикуляр, восставленный к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости.

Из закона отражения света следует, что падающий и отражённый лучи обратимы.

Если свет отражается от гладкой поверхности, то отражение называется зеркальным. В этом случае, если на поверхность падают параллельные лучи, то отражённые лучи тоже будут параллельными (рис. 100).

Если параллельные лучи падают на шероховатую поверхность, то отражённые лучи будут направлены в разные стороны. Это отражение называют рассеянным или диффузным.

3. На рисунке 101 приведено построение изображения в плоском зеркале. Как показывают опыт и построение изображения предмета в плоском зеркале на основе закона отражения:

  • плоское зеркало дает прямое изображение предмета;
  • изображение имеет те же размеры, что и предмет;
  • расстояние от предмета до зеркала равно расстоянию от зеркала до изображения.

Иными словами предмет и его изображение симметричны относительно зеркала.

Изображение предмета в плоском зеркале является мнимым. Мнимое изображение — это такое изображение, которое формируется глазом. В точке ​\( S’ \)​ собираются не сами лучи, а их продолжение, энергия в эту точку не поступает.

4.Изменение направления распространения света при переходе в другую среду называют преломлением света.

Эксперименты свидетельствуют о том, что при увеличении угла падения увеличивается угол преломления. Из опытов также следует, что соотношение углов падения и преломления зависит от оптической плотности среды.

Оптическая плотность среды характеризуется скоростью распространения света в ней. Чем больше скорость распространения света, тем меньше оптическая плотность среды. Так, оптическая плотность воздуха меньше, чем стекла, масла и пр., поскольку скорость света в этих средах меньше, чем в воздухе.

Явление преломления света подчиняется следующим закономерностям:

  • если свет переходит из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную, то угол преломления меньше угла падения ​\( (\gamma\alpha) \);
  • лучи падающий и преломлённый, а также перпендикуляр, восставленный к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости.

При переходе света из одной среды в другую его интенсивность несколько уменьшается. Это связано с тем, что свет частично поглощается средой.

  • Примеры заданий
  • Ответы

Часть 1

1. На рисунке изображены точечный источник света ​\( L \)​, предмет ​\( K \)​ и экран, на котором получают тень от предмета. При мере удаления предмета от источника света и приближения его к экрану (см. рисунок)

1) размеры тени будут уменьшаться 2) размеры тени будут увеличиваться 3) границы тени будут размываться

4) границы тени будут становиться более чёткими

2. Размеры изображения предмета в плоском зеркале

1) больше размеров предмета 2) равны размерам предмета 3) меньше размеров предмета

4) больше, равны или меньше размеров предмета в зависимости от расстояния между предметом и зеркалом

3. Луч света падает на плоское зеркало. Угол между падающим лучом и отражённым увеличили на 30°. Угол между зеркалом и отражённым лучом

1) увеличился на 30° 2) увеличился на 15° 3) уменьшился на 30°

4) уменьшился на 15°

4. Какое из изображений — А, Б, В или Г — соответствует предмету MN, находящемуся перед зеркалом?

1) А 2) Б 3) В

4) Г

5. Предмет, расположенный перед плоским зеркалом, приблизили к нему на 5 см. Как изменилось расстояние между предметом и его изображением?

1) увеличилось на 5 см 2) уменьшилось на 5 см 3) увеличилось на 10 см

4) уменьшилось на 10 см

6. Предмет, расположенный перед плоским зеркалом, удалили от него так, что расстояние между предметом и его изображением увеличилось в 2 раза. Во сколько раз увеличилось расстояние между предметом и зеркалом?

1) в 0,5 раза 2) в 2 раза 3) в 4 раза

4) в 8 раз

7. Чему равен угол падения луча на границе вода — воздух, если известно, что угол преломления равен углу падения?

1) 90° 2) 60° 3) 45°

4) 0°

8. Луч света переходит из стекла в воздух, преломляясь на границе раздела двух сред. Какое из направлений 1-4 соответствует преломлённому лучу?

1) 1 2) 2 3) 3

4) 4

9. Свет распространяется из масла в воздух, преломляясь на границе раздела этих сред. Па каком рисунке правильно представлены падающий и преломлённый лучи?

10. Световой луч падает на границу раздела двух сред. Скорость света во второй среде

1) равна скорости света в первой среде 2) больше скорости света в первой среде 3) меньше скорости света в первой среде

4) используя один луч, нельзя дать точный

11. Для каждого примера из первого столбца подберите соответствующее физическое явление из второго столбца. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ПРИРОДНЫЕ ЯВЛЕНИЯ A) изображение стоящих на берегу деревьев в «зеркале» воды Б) видимое изменение положения камня на дне озера

B) эхо в горах

ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ 1) отражение света 2) преломление света 3) дисперсия света 4) отражение звуковых волн

5) преломление звуковых волн

12. Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу

1) угол преломления равен углу падения, если оптическая плотность двух граничащих сред одинакова 2) чем больше показатель преломления среды, тем больше скорость света в ней 3) полное внутреннее отражение происходит при переходе света из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную 4) угол преломления всегда меньше угла падения

5) угол преломления всегда равен углу падения

Ответы

Источник: https://fizi4ka.ru/ogje-2018-po-fizike/zakon-prjamolinejnogo-rasprostranenija-sveta-zakon-otrazhenija-sveta-ploskoe-zerkalo-prelomlenie-sveta.html

WikiMedForum.Ru
Добавить комментарий