Прямолинейностью распространения света объясняется образование тени и полутени. При малых размерах источника или если источник, находится на расстоянии, по сравнению с которым размерами источника можно пренебречь получается только тень. Тень – это область пространства, в которую свет не попадает. При больших размерах источника света или, если источник находится близко к предмету, создаются нерезкие тени (тень и полутень). Образование теней и полутеней показано на рисунке:
Размеры предмета, который создает тень и размеры тени прямо про-порциональны. Также эта тень подобна самому предмету. Это можно увидеть из следующего чертежа:
Пусть S – точечный источник света, перпендикуляр h – размер предмета а перпендикуляр H – размер тени. Треугольники SAA’ и SBB’ – прямоугольные. Угол BSB’ – общий для этих двух треугольников. Из этого следует, что по двум равным углам данные треугольники подобны. Если эти два треугольника, то три стороны одного треугольника пропорциональны трем сторонам второго:
От сюда следует, что размер H пропорционален размеру h. Если нам известны размер объекта, расстояние от источника света до объекта и расстояние от источника света до тени, то мы можем посчитать размер тени. Размер тени зависит от расстояния между источником света и пре-пятствием: чем ближе источник света к объекту, тем больше тень и наоборот.
Образование тени и полутени. Тень - та область пространство, в которую не попадает свет от источника. Полутень - та область пространства, в которую попадает свет от части источника света. Условие образования тени: Если размеры источника света намного меньше расстояния, на котором мы оцениваем его действие (источник света - точечный). Условие образования полутени: Если размеры источника света соизмеримы с расстоянием, на котором мы оцениваем его действие.
Слайд 5 из презентации ««Преломление света» 8 класс» . Размер архива с презентацией 5304 КБ.Физика 8 класс
краткое содержание других презентаций««Электрический ток» 8 класс» - За единицу сопротивления принимают 1 Ом. Вольтметр. Упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Электрический ток. Измерение силы тока. Сопротивление прямо пропорционально длине проводника. Ом Георг. Определение сопротивления проводника. Единица измерения силы тока. Напряжение. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению. Взаимодействие движущихся электронов с ионами. Алессандро Волта.
««Строение атома» 8 класс» - Ключевое слово – фамилия известного русского химика и композитора. Описание орудий преступления. Опознание личности. Розыск. Следователи – обрабатывают весь добытый материал. Установление места преступления. Класс. Экспертиза. Группа аналитиков важна в любой организации. Фотороботы. Периодический закон. Строение атома.
««Агрегатные состояния вещества» 8 класс» - Что в гору не вкатишь. Положение молекул упорядочено. Переход хода. Град. Агрегатные состояния вещества. Дождь. Снег. Молекулы жидкости. Расположение атомов. Жидкость. Молекулы газа. Невидимка. Три агрегатных состояния вещества. Туман. Вещество, состоящее из атомов. Агрегатные состояния вещества на примере воды. Мороз. Вода.
«Виды тепловых двигателей» - История создания тепловых двигателей. Нагреватель. Рабочим веществом может быть водяной пар или газ. Наибольшее распространение в технике получил четырехтактный ДВС. Как устроены тепловые двигатели? Двигаемся на отдых! С 1775 по 1785 г – фирмой Уатта построено 56 паровых машин. Понятие об основных частях. ДалекО в проШлоМ… История тепловых машин уходит в далекое прошлое. На современном транспорте используются все виды тепловых двигателей.
«Тест «Тепловые явления»» - Количество теплоты. Процесс. Способ теплопередачи. Столбик ртути в термометрах. Античный афоризм. Про теплоту начнем рассказ. Кривая нагревания кристаллического вещества. Задачки Шерлока Холмса. Проверка. Работа в группах. Исследовательская работа. Охлаждение твердого тела. Явление передачи внутренней энергии. Виртуальная лаборатория. Тепловые явления. Трейлер к фильму «Шерлок Холмс». Зрительная гимнастика.
««Преломление света» 8 класс» - sin 45o --- = sin 33o. Рассеивающие линзы. Линза – прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями. Построение изображения в плоском зеркале. 2 луч проходит через оптический центр и не преломляется. sin ? -- = n sin ?. Линзы. Световые явления. 2. Рассеивающие: а) двояковогнутая б) плосковогнутая в) выпукловогнутая г) на рисунке. Характеристика изображения: Увеличенное, прямое, мнимое.
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.
Основываясь на своем методе, Гюйгенс объяснил прямолинейность распространения света и вывел законы 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.
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).
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 со 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 AD которой равен: υ Δt = 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 ABC и ADC вытекает 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 = с Dt . За это же время фронт волны, возбуждаемой точкой А в среде со скоростью u , достигнет точек полусферы, радиус которой AD = u Dt . 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
Отсюда следует закон Снелиуса :
Несколько иная формулировка закона распространения света была дана французским математиком и физиком П. Ферма.
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).
В каждой среде кратчайшим путем будут прямые SA и AB . Точку A 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 из среды 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 ).
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).
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. 7.9 показаны 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.
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.
Рассмотрим еще одно экспериментальное подтверждение закона прямолинейного распространения света. Проделаем опыты.
В качестве источника света возьмем обычную электрическую лампочку. Правее нее подвесим на нити мяч. Проводя опыт в темной комнате, мы легко увидим на экране тень мяча. Кроме того, в пространстве правее мяча возникнет некоторая область, в которую световые лучи (световая энергия) не проникают. Это пространство называют областью тени.
Воспользуемся теперь лампочкой с баллоном из белого стекла. Мы увидим, что теперь тень мяча окружена полутенью. И в пространстве правее мяча существует как область тени, куда лучи света не проникают вообще, так и область полутени, куда проникают лишь некоторые лучи, испущенные лампой.
Почему же возникла полутень? В первом опыте источником света служила спираль лампы. Она имела небольшие (говорят: пренебрежимо малые) размеры по сравнению с расстоянием до мяча. Поэтому спираль мы можем считать точечным источником света. Во втором же опыте свет испускался белым баллоном лампы. Его размерами по сравнению с расстоянием до мяча уже нельзя пренебрегать. Поэтому баллон мы будем считать протяженным источником света. От каждой его точки исходят лучи, часть из которых попадает в область полутени.
Итак, оба физических явления – образование тени и образование полутени – являются экспериментальным подтверждением закона прямолинейного распространения света.
Образование тени и полутени Прямолинейностью распространения света объясняется образование тени и полутени. При малых размерах источника или если источник, находится на расстоянии, по сравнению с которым размерами источника можно пренебречь получается только тень. Тень – это область пространства, в которую свет не попадает. При больших размерах источника света или, если источник находится близко к предмету, создаются нерезкие тени (тень и полутень).
Применение лазера В быту: проигрыватели компакт-дисков, лазерные принтеры, считыватели штрих- кодов, лазерные указки, В промышленности лазеры используются для резки, сварки и пайки деталей из различных материалов, лазерная маркировка промышленных образцов и гравировка изделий из различных материалов,
В медицине лазеры применяются как бескровные скальпели, используются при лечении офтальмологических заболеваний (катаракта, отслоение сетчатки, лазерная коррекция зрения), в косметологии (лазерная эпиляция, лечение сосудистых и пигментных дефектов кожи, лазерный пилинг, удаление татуировок и пигментных пятен), в военных целях: в качестве средств наведения и прицеливания, рассматриваются варианты создания на основе мощных лазеров боевых систем защиты воздушного, морского и наземного базирования, в голографии для создания самих голограмм и получения голографического объёмного изображения,
