Introducere

1. Recenzie literară

1.1. Istoria dezvoltării opticii geometrice

1.2. Concepte de bază și legi ale opticii geometrice

1.3. Elemente prismă și materiale optice

2. Partea experimentală

2.1 Materiale și tehnică experimentală

2.2. Rezultate experimentale

2.2.1. Experimente demonstrative folosind o prismă de sticlă cu un unghi de refracție de 90º

2.2.2. Experimente demonstrative folosind o prismă de sticlă umplută cu apă, cu un unghi de refracție de 90º

2.2.3. Experimente demonstrative folosind o prismă de sticlă goală, umplută cu aer, cu un unghi de refracție de 74º

2.3. Discuția rezultatelor experimentale

Lista literaturii folosite

Introducere

Rolul decisiv al experimentului în studiul fizicii la școală corespunde principiului principal al științelor naturii, conform căruia experimentul stă la baza cunoașterii fenomenelor. Experimentele demonstrative contribuie la crearea conceptelor fizice. Printre experimentele demonstrative, unul dintre cele mai importante locuri este ocupat de experimentele de optică geometrică, care fac posibilă arătarea vizuală a naturii fizice a luminii și demonstrarea legilor de bază ale propagării luminii.

În această lucrare este investigată problema realizării experimentelor de optică geometrică folosind o prismă în liceu. Cele mai vizuale și interesante experimente în optică au fost selectate folosind echipamente care pot fi achiziționate de orice școală sau realizate independent.

Revizuire de literatura

1.1 Istoria dezvoltării opticii geometrice.

Optica se referă la astfel de științe, ale căror idei inițiale au apărut în vremuri străvechi. De-a lungul istoriei sale veche de secole, a cunoscut o dezvoltare continuă, iar în prezent este una dintre științele fizice fundamentale, îmbogățită de descoperiri de noi fenomene și legi.

Cea mai importantă problemă în optică este problema naturii luminii. Primele idei despre natura luminii au apărut în antichitate. Gânditorii antici au încercat să înțeleagă esența fenomenelor luminoase, pe baza senzațiilor vizuale. Vechii hinduși credeau că ochiul are o „natură de foc”. Filosoful și matematicianul grec Pitagora (582-500 î.Hr.) și școala sa credeau că senzațiile vizuale apar din cauza faptului că „vaporii fierbinți” vin din ochi către obiecte. În dezvoltarea lor ulterioară, aceste opinii au luat o formă mai clară sub forma teoriei razelor vizuale, care a fost dezvoltată de Euclid (300 î.Hr.). Conform acestei teorii, vederea se datorează faptului că „razele vizuale” curg din ochi, care simt corpul cu capetele și creează senzații vizuale. Euclid este fondatorul doctrinei propagării rectilinie a luminii. Aplicând matematica studiului luminii, el a stabilit legile reflectării luminii din oglinzi. Trebuie remarcat faptul că pentru construirea unei teorii geometrice a reflectării luminii din oglinzi, natura originii luminii nu contează, ci doar proprietatea propagării sale rectilinie este importantă. Regularitățile găsite de Euclid au fost păstrate în optica geometrică modernă. Euclid era, de asemenea, familiarizat cu refracția luminii. Mai târziu, opinii similare au fost dezvoltate de Ptolemeu (70-147 d.Hr.). Au acordat o mare atenție studiului fenomenelor de refracție a luminii; în special, Ptolemeu a făcut multe măsurători ale unghiurilor de incidență și de refracție, dar nu a reușit să stabilească legea refracției. Ptolemeu a observat că poziția stelelor pe cer se schimbă din cauza refracției luminii din atmosferă.

Pe lângă Euclid, alți oameni de știință ai antichității cunoșteau și efectul oglinzilor concave. Arhimede (287-212 î.Hr.) i se atribuie arderea flotei inamice cu un sistem de oglinzi concave, cu ajutorul cărora a adunat razele soarelui și le-a trimis navelor romane. Un anumit pas înainte a fost făcut de Empedocle (492-432 î.Hr.), care credea că ieșirile sunt direcționate din corpurile luminoase către ochi, iar scurgerile vin din ochi către corpuri. Când aceste ieșiri se întâlnesc, apar senzații vizuale. Celebrul filozof grec, fondatorul atomismului, Democrit (460-370 î.Hr., e.) respinge complet ideea razelor vizuale. Potrivit opiniilor lui Democrit, vederea se datorează căderii pe suprafața ochiului a atomilor mici emanați din obiecte. Vederi similare au fost susținute mai târziu de Epicur (341-270 î.Hr.). Celebrul filozof grec Aristotel (384-322 î.Hr.), care credea că cauza senzațiilor vizuale se află în afara ochiului uman, a fost și un adversar decisiv al „teoriei razelor vizuale”. Aristotel a încercat să explice culorile ca rezultat al amestecului de lumină și întuneric.

Trebuie remarcat faptul că opiniile gânditorilor antici se bazau în principal pe cele mai simple observații ale fenomenelor naturale. Fizica antică nu avea fundamentul necesar sub forma cercetării experimentale. Prin urmare, învățătura anticilor despre natura luminii este speculativă. Cu toate acestea, deși aceste puncte de vedere sunt în cea mai mare parte doar presupuneri geniale, ele au avut cu siguranță o mare influență asupra dezvoltării ulterioare a opticii.

Fizicianul arab Alhazen (1038) a dezvoltat o serie de probleme în optică în cercetările sale. El a fost angajat în studiul ochiului, refracția luminii, reflectarea luminii în oglinzi concave. Studiind refracția luminii, Algazei, spre deosebire de Ptolemeu, a demonstrat că unghiurile de incidență și de refracție nu sunt proporționale, ceea ce a fost impulsul cercetărilor ulterioare în vederea găsirii legii refracției. Alhazen cunoaște puterea de mărire a segmentelor de sticlă sferică. În ceea ce privește natura luminii, Alhazen se află pe pozițiile potrivite, respingând teoria razelor vizuale. Alhazen pleacă de la ideea că raze emană din fiecare punct al unui obiect luminos, care, ajungând la ochi, provoacă senzații vizuale. Alhazen credea că lumina are o viteză de propagare finită, care în sine reprezintă un pas major în înțelegerea naturii luminii. Alhazen a dat explicația corectă pentru faptul că Soarele și Luna par a fi mai mari la orizont decât la zenit; a explicat-o ca pe o amăgire a simțurilor.

Renaştere. În domeniul științei, metoda experimentală de studiu a naturii este treptat câștigătoare. În această perioadă, s-au făcut o serie de invenții și descoperiri remarcabile în optică. Francis Mavrolik (1494-1575) este creditat cu o explicație destul de exactă a acțiunii ochelarilor. Mavrolik a mai descoperit că lentilele concave nu colectează, ci împrăștie razele. El a descoperit că cristalinul este cea mai importantă parte a ochiului și a concluzionat că cauzele hipermetropiei și miopiei, ca o consecință a refracției anormale a luminii de către lentila lui Mavrolik, au oferit o explicație corectă pentru formarea imaginilor Soarelui, observat atunci când razele soarelui trec prin găuri mici. În continuare, ar trebui să numim Portul Italian (1538-1615), care în 1589 a inventat camera obscura - prototipul viitoarei camere. Câțiva ani mai târziu, au fost inventate principalele instrumente optice, microscopul și telescopul.

Invenția microscopului (1590) este asociată cu numele maestrului optician olandez Zachary Jansen. Lunetele au început să fie realizate cam în același timp (1608-1610) de către opticii olandezi Zachary Jansen, Jacob Metzius și Hans Lippershey. Invenția acestor instrumente optice a dus în anii următori la descoperiri majore în astronomie și biologie. Fizicianul și astronomul german N. Kepler (1571-1630) deține lucrări fundamentale despre teoria instrumentelor optice și a opticii fiziologice, al cărei fondator poate fi numit pe bună dreptate, Kepler a lucrat mult la studiul refracției luminii.

Principiul lui Fermat, numit după omul de știință francez Pierre Fermat (1601-1665), care l-a formulat, a fost de mare importanță pentru optica geometrică. Acest principiu a stabilit că lumina între două puncte se propagă de-a lungul unei astfel de căi, a cărei trecere durează un minim de timp. Rezultă că Fermat, spre deosebire de Descartes, a considerat viteza luminii ca fiind finită. Celebrul fizician italian Galileo (1564-1642) nu a efectuat lucrări sistematice privind studiul fenomenelor luminoase. Cu toate acestea, în optică deține lucrări care au adus rezultate remarcabile științei. Galileo a îmbunătățit telescopul și l-a aplicat mai întâi în astronomie, în care a făcut descoperiri remarcabile care au contribuit la justificarea celor mai recente viziuni asupra structurii Universului, bazate pe sistemul heliocentric al lui Copernic. Galileo a reușit să creeze un telescop cu o mărire a cadrului de 30, care a fost de multe ori mai mare decât mărirea telescoapelor primilor săi inventatori. Cu ajutorul ei, a descoperit munți și cratere de pe suprafața Lunii, a descoperit sateliți în apropierea planetei Jupiter, a descoperit structura stelară a Căii Lactee etc. Galileo a încercat să măsoare viteza luminii în condiții terestre, dar nu a reușit. din cauza slăbiciunii mijloacelor experimentale disponibile în acest scop.. . Rezultă că Galileo avea deja idei corecte despre viteza finită de propagare a luminii. Galileo a observat și pete solare. Prioritatea descoperirii petelor solare de către Galileo a fost contestată de savantul iezuit Pater Scheiner (1575-1650), care a făcut observații precise ale petelor solare și ale erupțiilor solare folosind un telescop aranjat după schema Kepler. Lucrul remarcabil la munca lui Scheiner este că a transformat telescopul într-un proiector, extinzând ocularul mai mult decât era necesar pentru vederea clară a ochiului, acest lucru a făcut posibilă obținerea unei imagini a Soarelui pe ecran și demonstrarea acesteia la diferite grade. de mărire pentru mai multe persoane în acelaşi timp.

Secolul al XVII-lea este caracterizat de progrese ulterioare în diferite domenii ale științei, tehnologiei și producției. Matematica se dezvoltă semnificativ. Societăți științifice și academii care unesc oamenii de știință sunt create în diferite țări europene. Datorită acestui fapt, știința devine proprietatea unui cerc mai larg, care contribuie la stabilirea relațiilor internaționale în știință. În a doua jumătate a secolului al XVII-lea a câștigat în sfârșit metoda experimentală de studiere a fenomenelor naturale.

Cele mai mari descoperiri ale acestei perioade sunt asociate cu numele genialului fizician și matematician englez Isaac Newton / (1643-1727). Cea mai importantă descoperire experimentală a lui Newton în optică este dispersia luminii într-o prismă (1666). Investigand trecerea unui fascicul de lumină albă printr-o prismă triedră, Newton a descoperit că un fascicul de lumină albă se sparge într-un set infinit de raze colorate care formează un spectru continuu. Din aceste experimente s-a ajuns la concluzia că lumina albă este o radiație complexă. Newton a făcut și un experiment invers, colectând cu ajutorul unei lentile razele colorate formate după trecerea unui fascicul de lumină albă printr-o prismă. Drept urmare, a primit din nou lumină albă. În cele din urmă, Newton a experimentat amestecarea culorilor folosind un cerc rotativ, împărțit în mai multe sectoare, vopsit în culorile primare ale spectrului. Când discul a fost rotit rapid, toate culorile s-au îmbinat într-una singură, dând impresia de alb.

Newton a pus rezultatele acestor experimente fundamentale la baza teoriei culorilor, care nu avusese succes înainte pentru niciunul dintre predecesorii săi. Conform teoriei culorilor, culoarea unui corp este determinată de acele raze ale spectrului pe care acest corp le reflectă; corpul absoarbe alte raze.

1.2 Concepte de bază și legi ale opticii geometrice. Ramura opticii care se bazează pe conceptul razelor de lumină ca linii drepte de-a lungul cărora se propagă energia luminii se numește optică geometrică. Acest nume i-a fost dat deoarece toate fenomenele de propagare a luminii de aici pot fi investigate prin construcții geometrice ale traseului razelor, ținând cont de legea reflexiei și refracției luminii. Această lege stă la baza opticii geometrice.

Totuși, acolo unde vorbim despre fenomene, interacțiunea luminii cu obstacole, ale căror dimensiuni sunt suficient de mici, legile opticii geometrice sunt insuficiente și este necesar să se folosească legile opticii ondulatorii. Optica geometrică face posibilă analizarea fenomenelor de bază asociate cu trecerea luminii prin lentile și alte sisteme optice, precum și cu reflectarea luminii din oglinzi. Conceptul unui fascicul de lumină ca un fascicul infinit de subțire de lumină care se propagă în linie dreaptă duce în mod natural la legile propagării rectilinie a luminii și propagării independente a fasciculelor de lumină. Aceste legi, împreună cu legile refracției și reflexiei luminii, sunt legile de bază ale opticii geometrice, care nu numai că explică multe fenomene fizice, dar permit și calculele și proiectarea dispozitivelor optice. Toate aceste legi au fost inițial stabilite ca empirice, adică bazate pe experimente, observații.

Majoritatea oamenilor, amintindu-și anii de școală, sunt siguri că fizica este o materie foarte plictisitoare. Cursul include multe sarcini și formule care nu vor fi utile nimănui în viața ulterioară. Pe de o parte, aceste afirmații sunt adevărate, dar, ca orice subiect, fizica are cealaltă față a monedei. Dar nu toată lumea o descoperă singur.

Multe depind de profesor.

Poate că sistemul nostru de învățământ este de vină pentru asta, sau poate că totul ține de profesor, care se gândește doar la nevoia de a mustra materialul aprobat de sus, și nu caută să-și intereseze elevii. De cele mai multe ori este vina lui. Totuși, dacă copiii au noroc, iar lecția va fi predată de un profesor care își iubește el însuși materia, atunci el va putea nu numai să-i intereseze pe elevi, ci și să îi ajute să descopere ceva nou. Ca urmare, va duce la faptul că copiii vor începe să frecventeze astfel de cursuri cu plăcere. Desigur, formulele fac parte integrantă din această materie academică, nu există nicio scăpare de la aceasta. Dar există și aspecte pozitive. Experimentele prezintă un interes deosebit pentru studenți. Aici vom vorbi despre asta mai detaliat. Vom analiza câteva experimente distractive de fizică pe care le poți face cu copilul tău. Ar trebui să fie interesant nu numai pentru el, ci și pentru tine. Este posibil ca cu ajutorul unor astfel de activități să-i insufleți copilului dumneavoastră un interes real pentru învățare, iar fizica „plictisitoare” va deveni materia lui preferată. nu este dificil de realizat, acest lucru va necesita foarte puține atribute, principalul lucru este că există o dorință. Și, poate, atunci îți poți înlocui copilul cu un profesor de școală.

Luați în considerare câteva experimente interesante de fizică pentru cei mici, pentru că trebuie să începeți cu puțin.

pește de hârtie

Pentru a efectua acest experiment, trebuie să tăiem un pește mic din hârtie groasă (puteți folosi carton), a cărui lungime ar trebui să fie de 30-50 mm. Facem o gaură rotundă în mijloc cu un diametru de aproximativ 10-15 mm. Apoi, din lateralul cozii, tăiem un canal îngust (lățime 3-4 mm) într-o gaură rotundă. Apoi turnăm apă în bazin și punem cu grijă peștele nostru acolo, astfel încât un avion să se întindă pe apă, iar al doilea să rămână uscat. Acum trebuie să picurați ulei în orificiul rotund (puteți folosi un ulei de la o mașină de cusut sau o bicicletă). Uleiul, încercând să se reverse peste suprafața apei, va curge prin canalul tăiat, iar peștele, sub acțiunea uleiului care curge înapoi, va înota înainte.

Elephant și Pug

Să continuăm să realizăm experimente distractive de fizică cu copilul tău. Vă sugerăm să prezentați bebelușului dumneavoastră conceptul de pârghie și modul în care aceasta ajută la facilitarea muncii unei persoane. De exemplu, spuneți-ne că puteți ridica cu ușurință un dulap greu sau o canapea cu ea. Și pentru claritate, arată un experiment elementar de fizică folosind o pârghie. Pentru a face acest lucru, avem nevoie de o riglă, un creion și câteva jucării mici, dar întotdeauna cu greutăți diferite (de aceea am numit acest experiment „Elephant și Pug”). Fixăm elefantul și pugul nostru de capete diferite ale riglei folosind plastilină sau un fir obișnuit (doar legăm jucăriile). Acum, dacă puneți rigla cu partea de mijloc pe creion, atunci, desigur, elefantul va trage, pentru că este mai greu. Dar dacă mutați creionul spre elefant, atunci Pug îl va depăși cu ușurință. Acesta este principiul efectului de pârghie. Rigla (pârghia) se sprijină pe creion - acest loc este punctul de sprijin. Apoi, copilului ar trebui să i se spună că acest principiu este folosit peste tot, este baza pentru funcționarea unei macarale, a unui leagăn și chiar a foarfecelor.

Experiență acasă în fizică cu inerție

Vom avea nevoie de un borcan cu apă și de o plasă de uz casnic. Nu va fi un secret pentru nimeni că, dacă întoarceți un borcan deschis, apa se va turna din el. Sa incercam? Desigur, pentru asta este mai bine să ieși afară. Punem borcanul în grilă și începem să-l balansăm ușor, crescând treptat amplitudinea și, ca urmare, facem o întoarcere completă - unu, doi, trei și așa mai departe. Apa nu se revarsă. Interesant? Și acum să facem să curgă apa. Pentru a face acest lucru, luați o cutie de conserve și faceți o gaură în fund. Îl punem în grilă, îl umplem cu apă și începem să se rotească. Din groapă iese un pârâu. Când borcanul este în poziția inferioară, acest lucru nu surprinde pe nimeni, dar când zboară în sus, fântâna continuă să bată în aceeași direcție, și nici o picătură din gât. Asta e. Toate acestea pot explica principiul inerției. Când malul se rotește, tinde să zboare drept, dar grila nu-i dă drumul și îl face să descrie cercuri. Apa tinde să zboare și prin inerție, iar în cazul în care am făcut o gaură în fund, nimic nu o împiedică să izbucnească și să se miște în linie dreaptă.

Cutie cu surpriză

Acum luați în considerare experimentele de fizică cu deplasare Trebuie să puneți o cutie de chibrituri pe marginea mesei și să o mutați încet. În momentul în care trece de marcajul din mijloc, va avea loc o cădere. Adică, masa părții extinse dincolo de marginea blatului va depăși greutatea celei rămase, iar cutiile se vor răsturna. Acum să deplasăm centrul de masă, de exemplu, să punem o piuliță metalică în interior (cât mai aproape de margine). Rămâne să așezi cutiile în așa fel încât o mică parte din ea să rămână pe masă, iar una mare să atârnă în aer. Căderea nu se va întâmpla. Esența acestui experiment este că întreaga masă este deasupra punctului de sprijin. Acest principiu este de asemenea folosit peste tot. Datorită lui, mobilierul, monumentele, transportul și multe altele sunt într-o poziție stabilă. Apropo, jucăria pentru copii Roly-Vstanka este, de asemenea, construită pe principiul deplasării centrului de masă.

Deci, să continuăm să luăm în considerare experimente interesante în fizică, dar să trecem la următoarea etapă - pentru elevii de clasa a șasea.

carusel de apă

Avem nevoie de o cutie goală, un ciocan, un cui, o frânghie. Facem o gaură în peretele lateral din partea de jos cu un cui și un ciocan. Apoi, fără a trage cuiul din gaură, îndoiți-l în lateral. Este necesar ca gaura să fie oblică. Repetăm ​​procedura pe a doua parte a cutiei - trebuie să vă asigurați că găurile sunt opuse, dar unghiile sunt îndoite în direcții diferite. Mai facem două găuri în partea superioară a vasului, trecem prin ele capetele unei frânghii sau a unui fir gros. Atârnăm recipientul și îl umplem cu apă. Două fântâni oblice vor începe să bată din găurile inferioare, iar cutia va începe să se rotească în direcția opusă. Rachetele spațiale funcționează pe acest principiu - flacăra de la duzele motorului lovește într-o direcție, iar racheta zboară în cealaltă.

Experimente în fizică - clasa a VII-a

Să facem un experiment cu densitatea masei și să aflăm cum poți face un ou să plutească. Experimentele de fizică cu densități diferite se fac cel mai bine pe exemplul apei proaspete și sărate. Luați un borcan umplut cu apă fierbinte. Punem un ou în el și se scufundă imediat. Apoi, adăugați sare în apă și amestecați. Oul începe să plutească și cu cât este mai multă sare, cu atât se va ridica mai sus. Acest lucru se datorează faptului că apa sărată are o densitate mai mare decât apa dulce. Deci, toată lumea știe că în Marea Moartă (apa ei este cea mai sărată) este aproape imposibil să se înece. După cum puteți vedea, experimentele în fizică pot crește semnificativ orizonturile copilului dumneavoastră.

și o sticlă de plastic

Scolarii din clasa a VII-a incep sa studieze presiunea atmosferica si efectul acesteia asupra obiectelor din jurul nostru. Pentru a dezvălui mai profund acest subiect, este mai bine să efectuați experimente adecvate în fizică. Presiunea atmosferică ne afectează, deși rămâne invizibilă. Să luăm un exemplu cu un balon. Fiecare dintre noi îl poate umfla. Apoi îl vom pune într-o sticlă de plastic, vom pune marginile pe gât și îl vom fixa. Astfel, aerul poate intra doar în minge, iar sticla devine un vas sigilat. Acum să încercăm să umflam balonul. Nu vom reuși, deoarece presiunea atmosferică din sticlă nu ne va permite să facem acest lucru. Când suflam, balonul începe să deplaseze aerul din vas. Și, deoarece sticla noastră este etanșă, nu are încotro și începe să se micșoreze, devenind astfel mult mai dens decât aerul din minge. În consecință, sistemul este nivelat și este imposibil să umflați balonul. Acum vom face o gaură în fund și vom încerca să umflam balonul. În acest caz, nu există rezistență, aerul deplasat părăsește sticla - presiunea atmosferică se egalizează.

Concluzie

După cum puteți vedea, experimentele în fizică nu sunt deloc complicate și destul de interesante. Încearcă să-ți interesezi copilul - iar studiul pentru el va fi complet diferit, el va începe să meargă cu plăcere la cursuri, ceea ce în cele din urmă îi va afecta performanța academică.

Cum să puneți o oglindă plată pe un dreptunghi desenat pentru a obține o imagine: triunghi, patrulater, pentagon. Echipament: o oglindă plată, o foaie de hârtie cu un pătrat desenat pe ea. Răspuns

FRAGMENT DIN FILM

Watson, am o mică sarcină pentru tine - strângând mâna unui prieten, spuse Sherlock Holmes repede. - Amintiți-vă de uciderea bijutierului, polițiștii susțin că șoferul mașinii conducea cu viteză foarte mică, iar bijutierul însuși s-a aruncat sub roțile mașinii, așa că șoferul nu a avut timp să încetinească. Dar mi se pare că totul era greșit, mașina circula cu viteză mare și crima dinadins. Este greu să stabilesc adevărul acum, dar mi-a devenit cunoscut faptul că acest episod a fost surprins accidental pe film, întrucât se filma un film în acel moment. Așa că te rog, Watson, obține acest episod, doar câțiva metri de film.

Dar ce îți va oferi? - a întrebat Watson.

Nu știu încă, a fost răspunsul.

Un timp mai târziu, prietenii stăteau în sala de cinema și, la cererea lui Sherlock Holmes, urmăreau un mic episod.

Mașina parcursese deja o anumită distanță, bijutierul zăcea aproape nemișcat pe drum. Un biciclist pe o bicicletă de curse sportive trece pe lângă bijutierul mincinos.

Observă, Watson, că biciclistul are aceeași viteză ca și mașina. Distanța dintre biciclist și mașină nu se modifică pe parcursul episodului.

Și ce rezultă din asta? se întrebă Watson.

Stai puțin, hai să vedem din nou episodul, - șopti Holmes imperturbabil.

Episodul s-a repetat. Sherlock Holmes era gânditor.

Watson, l-ai observat pe biciclist? întrebă din nou detectivul.

Da, au avut aceeași viteză, - a confirmat dr. Watson.

Ai observat roțile unui biciclist? întrebă Holmes.

Roțile, ca și roțile, constau din trei spițe dispuse la un unghi de 120 ° - o bicicletă de curse obișnuită, a motivat medicul.

Dar cum ai numărat numărul de spițe? întrebă celebrul detectiv.

Foarte simplu, în timp ce urmăream episodul, am avut impresia că... biciclistul stă nemișcat, din moment ce roțile nu se învârt.

Dar biciclistul se mișca, - a spus Sherlock Holmes.

S-a mutat, dar roțile nu s-au rotit, - a confirmat Watson.

lumina ruseasca

În 1876 la Londra la expoziția de dispozitive fizice preciseșanț inventatorul rus Pavel Nikolaevici Ya blochkov a demonstrat vizitatorilor un extraordinar electric lumânare. Similar ca formă cu stearic obișnuit, uh acea lumânare ardea cu o lumină orbitor de strălucitoare.În același an, pe străzile Parisului au apărut „lumânările lui Yablochkov”. Așezate în bile albe mate, au dat o strălucire plăcută ușoară. LAscurt timp minunat lumânare inventatorii ruși în spatelea luptat împotriva recunoașterii universale. „Lumânări Yablochkov” iluminate cele mai bune hoteluri, străzi și parcuri din cele mai mari orașe din Europa, Obișnuit cu lumina slabă a lumânărilor și a lămpilor cu kerosen, oamenii secolului trecut admirau „lumânările lui Iablochkov”. Nou lumina era numită „lumina rusă”, „lumina nordică”. Ziare pentruȚările vest-europene au scris: „Lumina vine la noi din nord - din Rusia”, „Rusia este locul de naștere al luminii”.

Material didactic

Răspândirea luminii

După cum știm, unul dintre tipurile de transfer de căldură este radiația. În timpul radiației, transferul de energie de la un corp la altul poate fi efectuat chiar și în vid. Există mai multe tipuri de radiații, unul dintre ele este lumina vizibilă.

Corpurile iluminate se încălzesc treptat. Aceasta înseamnă că lumina este într-adevăr radiație.

Fenomenele luminoase sunt studiate de ramura fizicii numită optică. Cuvântul „optică” în greacă înseamnă „vizibil”, deoarece lumina este o formă vizibilă de radiație.

Studiul fenomenelor luminoase este extrem de important pentru om. La urma urmei, mai mult de nouăzeci la sută din informațiile pe care le primim prin viziune, adică capacitatea de a percepe senzații de lumină.

Corpurile care emit lumină se numesc surse de lumină – naturale sau artificiale.

Exemple de surse de lumină naturală sunt Soarele și alte stele, fulgerele, insectele luminoase și plantele. Sursele de lumină artificială sunt o lumânare, o lampă, un arzător și multe altele.

În orice sursă de lumină, radiația consumă energie.

Soarele emite lumină datorită energiei din reacțiile nucleare care au loc în adâncurile sale.

O lampă cu kerosen transformă energia eliberată în timpul arderii kerosenului în lumină.

reflexia luminii

O persoană vede o sursă de lumină atunci când un fascicul de la acea sursă intră în ochi. Dacă corpul nu este o sursă, atunci ochiul poate percepe raze de la o sursă reflectată de acest corp, adică căzând pe suprafața acestui corp și schimbând direcția de propagare ulterioară. Corpul care reflectă razele devine sursa luminii reflectate.

Razele care au căzut pe suprafața corpului schimbă direcția de propagare ulterioară. Când este reflectată, lumina revine în același mediu din care a căzut pe suprafața corpului. Corpul care reflectă razele devine sursa luminii reflectate.

Când auzim acest cuvânt „reflecție”, în primul rând, ne aducem aminte de o oglindă. În viața de zi cu zi, oglinzile plate sunt cel mai des folosite. Cu ajutorul unei oglinzi plate se poate face un simplu experiment pentru a stabili legea prin care se reflectă lumina. Să punem iluminatorul pe o foaie de hârtie întinsă pe masă în așa fel încât un fascicul subțire de lumină să se afle în planul mesei. În acest caz, fasciculul de lumină va aluneca pe suprafața foii de hârtie și îl vom putea vedea.

Să plasăm o oglindă plată pe verticală pe calea unui fascicul de lumină subțire. Un fascicul de lumină va sări de pe el. Se poate verifica ca fasciculul reflectat, ca si cel incident pe oglinda, aluneca peste hartie in planul mesei. Marcați cu un creion pe o foaie de hârtie poziția relativă a ambelor fascicule de lumină și a oglinzii. Ca rezultat, obținem o schemă a experimentului.Unghiul dintre fasciculul incident și perpendiculara restabilită pe suprafața reflectantă în punctul de incidență se numește de obicei unghi de incidență în optică. Unghiul dintre aceeași perpendiculară și fasciculul reflectat este unghiul de reflexie. Rezultatele experienței sunt:

1. Raza incidentă, raza reflectată și perpendiculara pe suprafața reflectantă, reconstruite în punctul de incidență, se află în același plan.
2. Unghiul de incidență este egal cu unghiul de reflexie. Aceste două concluzii reprezintă legea reflecției.

Privind o oglindă plată, vedem imagini cu obiecte care se află în fața ei. Aceste imagini repetă exact aspectul obiectelor. Se pare că aceste obiecte gemene sunt situate în spatele suprafeței oglinzii.

Luați în considerare imaginea unei surse punctuale într-o oglindă plată. Pentru a face acest lucru, extragem în mod arbitrar mai multe raze din sursă, construim razele reflectate corespunzătoare acestora și apoi completăm continuarea razelor reflectate dincolo de planul oglinzii. Toate continuările razelor se vor intersecta în spatele planului oglinzii la un moment dat: acest punct este imaginea sursei.

Deoarece nu razele în sine converg în imagine, ci doar continuările lor, în realitate nu există nicio imagine în acest punct: doar ni se pare că razele provin din acest punct. O astfel de imagine se numește imaginară.

Refracția luminii

Când lumina ajunge la interfața dintre două medii, o parte din ea este reflectată, în timp ce cealaltă parte trece prin graniță, fiind refractată în același timp, adică schimbând direcția de propagare ulterioară.

O monedă scufundată în apă ni se pare mai mare decât atunci când stă doar pe masă. Un creion sau o lingură pusă într-un pahar cu apă ni se pare ruptă: partea care se află în apă pare să fie ridicată și ușor mărită. Acestea și multe alte fenomene optice sunt explicate prin refracția luminii.

Refracția luminii se datorează faptului că lumina se deplasează cu viteze diferite în medii diferite.

Viteza de propagare a luminii într-un anumit mediu caracterizează densitatea optică a unui mediu dat: cu cât viteza luminii este mai mare într-un mediu dat, cu atât densitatea sa optică este mai mică.

Cum se va schimba unghiul de refracție atunci când lumina trece din aer în apă și când trece din apă în aer? Experimentele arată că la trecerea din aer în apă, unghiul de refracție este mai mic decât unghiul de incidență. Și invers: la trecerea din apă în aer, unghiul de refracție este mai mare decât unghiul de incidență.

Din experimentele privind refracția luminii au devenit evidente două fapte: 1. Fasciculul incident, fasciculul refractat și perpendiculara pe interfața dintre două medii, restaurate în punctul de incidență, se află în același plan.

1. Când se trece de la un mediu optic mai dens la un mediu optic mai puțin dens, unghiul de refracție este mai mare decât unghiul de incidență.Când se trece de la un mediu optic mai puțin dens la un mediu optic mai dens, unghiul de refracție este mai mic decât unghiul de incidență.

Un fenomen interesant poate fi observat dacă unghiul de incidență crește treptat atunci când lumina trece într-un mediu optic mai puțin dens. Unghiul de refracție în acest caz este cunoscut a fi mai mare decât unghiul de incidență și, pe măsură ce unghiul de incidență crește, unghiul de refracție va crește și el. La o anumită valoare a unghiului de incidență, unghiul de refracție va deveni egal cu 90o.

Vom crește treptat unghiul de incidență pe măsură ce lumina trece într-un mediu optic mai puțin dens. Pe măsură ce unghiul de incidență crește, va crește și unghiul de refracție. Când unghiul de refracție devine nouăzeci de grade, fasciculul refractat nu trece în al doilea mediu din primul, ci alunecă în planul interfeței dintre aceste două medii.

Acest fenomen se numește reflexie internă totală, iar unghiul de incidență la care are loc este unghiul limitativ al reflexiei interne totale.

Fenomenul de reflexie internă totală este utilizat pe scară largă în tehnologie. Acest fenomen se bazează pe utilizarea fibrelor optice flexibile, prin care trec razele de lumină, reflectate în mod repetat de pereți.

Lumina nu scapă din fibră datorită reflexiei interne totale. Un dispozitiv optic mai simplu care utilizează reflexia internă totală este o prismă reversibilă: răstoarnă imaginea schimbând razele care intră în ea.

Imagine în lentile

O lentilă a cărei grosime este mică în comparație cu razele sferelor care formează suprafețele acestei lentile se numește subțire. În cele ce urmează, vom lua în considerare doar lentilele subțiri. Pe diagramele optice, lentilele subțiri sunt reprezentate ca segmente cu săgeți la capete. În funcție de direcția săgeților, diagramele disting între lentile convergente și divergente.

Să luăm în considerare modul în care un fascicul de raze paralel cu axa optică principală trece prin lentile. Vine prin

lentilă convergentă, razele sunt colectate într-un punct. După trecerea printr-o lentilă divergentă, razele diverg în direcții diferite în așa fel încât toate continuările lor converg într-un punct situat în fața lentilei.

Punctul în care, după refracția într-o lentilă convergentă, sunt colectate razele paralele cu axa optică principală se numește focarul principal al lentilei-F.

Într-o lentilă divergentă, razele paralele cu axa sa optică principală sunt împrăștiate. Punctul în care sunt colectate continuările razelor refractate se află în fața lentilei și se numește focarul principal al lentilei divergente.

Focalizarea lentilei divergente se obține la intersecția nu a razelor în sine, ci a continuărilor acestora, de aceea este imaginară, spre deosebire de lentila convergentă, care are o focalizare reală.

Lentila are două focare principale. Ambele se află la distanțe egale de centrul optic al lentilei pe axa sa optică principală.

Distanța de la centrul optic al lentilei la focalizare se numește distanța focală a lentilei. Cu cât obiectivul își schimbă mai mult direcția razelor, cu atât distanța sa focală este mai mică. Prin urmare, puterea optică a unui obiectiv este invers proporțională cu distanța sa focală.

Puterea optică, de regulă, este indicată cu litera „DE” și se măsoară în dioptrii. De exemplu, atunci când scrieți o rețetă pentru ochelari, acestea indică câte dioptrii ar trebui să fie puterea optică a lentilelor din dreapta și din stânga.

dioptria (dptr) este puterea optică a unui obiectiv cu o distanță focală de 1 m. Deoarece lentilele convergente au focare reale, iar lentilele divergente au focare imaginare, am convenit să considerăm puterea optică a lentilelor convergente ca o valoare pozitivă, iar puterea optică a lentilelor divergente ca fiind negativă.

Cine a stabilit legea reflectării luminii?

Pentru secolul al XVI-lea, optica a fost o știință ultramodernă. Dintr-o bilă de sticlă plină cu apă, care era folosită ca lentilă de focalizare, a apărut o lupă, iar din ea un microscop și un telescop. Țările de Jos, cea mai mare putere maritimă din acele vremuri, aveau nevoie de telescoape bune pentru a vedea coasta periculoasă din timp sau pentru a scăpa de inamic la timp. Optica a asigurat succesul și fiabilitatea navigației. Prin urmare, în Țările de Jos s-au implicat mulți oameni de știință. Olandezul Willebrord, Snel van Rooyen, care s-a numit Snellius (1580 - 1626), a observat (pe care, de altfel, mulți înaintea lui îl văzuseră) cum se reflecta un fascicul subțire de lumină într-o oglindă. Pur și simplu a măsurat unghiul de incidență și unghiul de reflexie al fasciculului (ceea ce nimeni nu făcuse înaintea lui) și a stabilit legea: unghiul de incidență este egal cu unghiul de reflexie.

Sursă. Lumea oglinzilor. Gilde V. - M.: Mir, 1982. p. 24.

De ce sunt diamantele atât de apreciate?

Evident, o persoană apreciază în special tot ceea ce nu se pretează sau este greu de schimbat. Inclusiv metale prețioase și pietre. Grecii antici numeau diamantul „adamas” – irezistibil, care exprima atitudinea lor specială față de această piatră. Desigur, în pietrele brute (diamantele nu au fost nici tăiate), cele mai evidente proprietăți au fost duritatea și strălucirea.

Diamantele au un indice de refracție ridicat; 2,41 pentru roșu și 2,47 pentru violet (pentru comparație, este suficient să spunem că indicele de refracție al apei este de 1,33, iar sticla, în funcție de grad, de la 1,5 la 1,75).

Lumina albă este formată din culorile spectrului. Și când fasciculul său este refractat, fiecare dintre fasciculele de culoare constitutive este deviat diferit, ca și cum s-ar împărți în culorile curcubeului. De aceea există un „joc de culori” într-un diamant.

Grecii antici au fost, fără îndoială, fascinați de acest lucru. Nu numai că piatra este excepțională ca strălucire și duritate, dar are și forma unuia dintre solidele „perfecte” ale lui Platon!

Experiențe

EXPERIENTA in optică Nr. 1

Explicați întunecarea unui bloc de lemn după udarea acestuia.

Echipament: vas cu apa, bloc de lemn.

Explicați vibrația umbrei unui obiect staționar atunci când lumina trece prin aer deasupra unei lumânări aprinse. Echipament: trepied, minge pe fir, lumanare, ecran, proiector.

Lipiți bucăți de hârtie colorate pe paletele ventilatorului și observați cum se adună culorile în diferite moduri de rotație. Explicați fenomenul observat.

EXPERIENTA #2

Prin interferența luminii.

O demonstrație simplă a absorbției luminii de către o soluție apoasă de colorant

Necesită pentru pregătirea sa doar un iluminator școlar, un pahar cu apă și un ecran alb. Coloranții pot fi foarte diversi, inclusiv fluorescenți.

Elevii urmăresc cu mare interes schimbarea culorii fasciculului de lumină albă pe măsură ce acesta se propagă prin colorant. Neașteptată pentru ei este culoarea fasciculului care iese din soluție. Deoarece lumina este focalizată de lentila iluminatorului, culoarea spotului de pe ecran este determinată de distanța dintre paharul de lichid și ecran.

Experimente simple cu lentile (EXPERIMENTUL Nr. 3)

Ce se întâmplă cu imaginea unui obiect obținută cu o lentilă dacă o parte a lentilei este spartă și imaginea este obținută folosind partea rămasă a acestuia?

Răspuns . Imaginea va fi obtinuta in acelasi loc in care a fost obtinuta cu ajutorul unui obiectiv intreg, dar iluminarea acesteia va fi mai mica, deoarece. o parte mai mică din razele care ies din obiect vor ajunge la imaginea acestuia.

Așezați un mic obiect strălucitor pe o masă luminată de Soare (sau o lampă puternică), cum ar fi o bilă dintr-un rulment sau un șurub de la un computer și priviți-l printr-o gaură mică dintr-o bucată de folie. Inelele multicolore, sau ovalele, vor fi perfect vizibile. Ce fel de fenomen va fi observat? Răspuns. Difracţie.

Experimente simple cu ochelari colorați (EXPERIMENTUL Nr. 4)

Pe o foaie albă de hârtie, scrieți „excelent” cu un creion sau un creion roșu și „bine” cu un pix verde. Luați două fragmente de sticla de sticlă - verde și roșu.

(Atenție! aveți grijă, vă puteți răni pe marginile fragmentelor!)

Prin ce sticlă trebuie să te uiți pentru a vedea ratingul „excelent”?

Răspuns . Este necesar să se uite prin sticla verde. În acest caz, inscripția va fi vizibilă în negru pe un fundal de hârtie verde, deoarece lumina roșie a inscripției „excelent” nu este transmisă de sticla verde. Când este privită prin sticlă roșie, inscripția roșie nu va fi vizibilă pe fundalul roșu al hârtiei.

EXPERIMENTUL #5: Observarea fenomenului de dispersie

Se știe că atunci când un fascicul îngust de lumină albă este trecut printr-o prismă de sticlă, pe un ecran instalat în spatele prismei, se poate observa o dungă curcubeu, care se numește spectru de dispersie (sau prismatic). Acest spectru se observă și atunci când sursa de lumină, prisma și ecranul sunt plasate într-un vas închis din care aerul a fost evacuat.

Rezultatele celui mai recent experiment arată că există o dependență a indicelui absolut de refracție al sticlei de frecvența undelor luminoase. Acest fenomen se observă în multe substanțe și se numește dispersie luminoasă. Există diverse experimente pentru a ilustra fenomenul de dispersie a luminii. Figura prezintă una dintre opțiunile de implementare a acesteia.

Fenomenul de dispersie a luminii a fost descoperit de Newton și este considerată una dintre cele mai importante descoperiri ale sale. Piatra funerară ridicată în 1731 înfățișează figurile tinerilor care dețin emblemele celor mai importante descoperiri ale lui Newton. În mâinile unuia dintre tineri se află o prismă, iar în inscripția de pe monument se află următoarele cuvinte: „El a investigat diferența razelor de lumină și diferitele proprietăți ale culorilor manifestate în aceasta, pe care nimeni nu le bănuise. inainte de."

EXPERIENTA #6: Are o oglindă memorie?

Cum să puneți o oglindă plată pe un dreptunghi desenat pentru a obține o imagine: un triunghi, un patrulater, un pentagon. Echipament: o oglindă plată, o foaie de hârtie cu un pătrat desenat pe ea.

ÎNTREBĂRI

Plexiglasul transparent devine opac dacă suprafața sa este frecată cu șmirghel. Aceeași sticlă devine din nou transparentă la frecare....Cum?

Pe scara diafragmei obiectivului sunt marcate numere egale cu raportul dintre distanța focală și diametrul găurii: 2; 2,8; 4,5; 5; 5.8, etc. Cum se va schimba timpul de expunere dacă diafragma este mutată la o diviziune mai mare a scalei?

Răspuns. Cu cât numărul diafragmei indicat pe scară este mai mare, cu atât iluminarea imaginii este mai mică și viteza obturatorului este mai mare necesară pentru fotografiere.

Cel mai adesea, obiectivele camerei constau din mai multe obiective. Lumina care trece prin lentilă este parțial reflectată de suprafețele lentilelor. La ce fel de defecte duce asta la fotografiere?Răspuns

Când fotografiați câmpii de zăpadă și suprafețe de apă în zilele însorite, se recomandă utilizarea unei hote solare, care este un tub cilindric sau conic înnegrit în interior, purtat pe
obiectiv. Care este scopul hotei?Răspuns

Pentru a preveni reflectarea luminii în interiorul lentilei, pe suprafața lentilei este aplicată o peliculă transparentă foarte subțire de ordinul a zece miimi de milimetru. Astfel de lentile se numesc iluminate. Pe ce fenomen fizic se bazează acoperirea lentilei? Explicați de ce lentilele nu reflectă lumina.Răspuns.

Intrebare pentru forum

De ce catifeaua neagră pare mult mai închisă decât mătasea neagră?

De ce lumina albă nu se descompune în componentele sale când trece printr-un geam?Răspuns.

Blitz

1. Cum se numesc ochelarii fără tâmple? (pince-nez)

2. Ce dă un vultur în timpul vânătorii? (Umbră.)

3. De ce este faimos artistul Kuinzhi? (Abilitatea de a descrie transparența aerului și a luminii lunii)

4. Cum se numesc lămpile care luminează scena? (sofiți)

5. Bijuteria este albastră sau verzuie?(Turcoaz)

6. Indicați în ce punct se află peștele în apă dacă pescarul îl vede în punctul A.

Blitz

1. Ce nu poți ascunde într-un cufăr? (O rază de lumină)

2. Ce culoare are lumina alba? (Lumina albă este formată dintr-o serie de raze multicolore: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo, violet)

3. Ce este mai mult: un nor sau o umbră din el? (Norul aruncă un con de umbră completă îngustându-se spre pământ, a cărui înălțime este mare datorită dimensiunii semnificative a norului. Prin urmare, umbra norului diferă puțin ca dimensiune de norul însuși)

4. O urmărești, ea te urmează, o urmărești, ea te urmează. Ce este? (Umbră)

5. Marginea este vizibilă, dar nu o vei ajunge. Ce este? (orizont)

Iluzii optice.

Nu crezi că dungile albe și negre se mișcă în direcții opuse? Dacă înclinați capul - apoi spre dreapta, apoi spre stânga - se schimbă și direcția de rotație.

O scară nesfârșită care duce sus.

soare si ochi

nu fi ca Soarele ochilor,

Nu putea vedea soarele... W. Goethe

Juxtapunerea ochiului și a soarelui este la fel de veche ca rasa umană însăși. Sursa unei astfel de comparații nu este știința. Și în vremea noastră, alături de știință, concomitent cu tabloul fenomenelor revelate și explicate de noua știință a naturii, continuă să existe lumea ideilor copilului și a omului primitiv și, intenționat sau neintenționat, lumea poeților care le imit. . Uneori, merită să privim această lume ca una dintre posibilele surse de ipoteze științifice. El este uimitor și fabulos; în această lume, punți-legături sunt aruncate cu îndrăzneală între fenomenele naturii, despre care știința uneori nu le bănuiește încă. În unele cazuri, aceste conexiuni sunt ghicite corect, uneori sunt fundamental eronate și pur și simplu ridicole, dar merită întotdeauna atenție, deoarece aceste erori ajută adesea la înțelegerea adevărului. Prin urmare, este instructiv să abordăm problema legăturii dintre ochi și Soare mai întâi din punctul de vedere al ideilor copiilor, primitive și poetice.

Jucându-se „de-a v-ați ascunselea”, copilul decide de foarte multe ori să se ascundă în cel mai neașteptat mod: închide ochii sau îi acoperă cu mâinile, fiind sigur că acum nu-l va vedea nimeni; pentru el vederea se identifică cu lumina.

Și mai surprinzătoare este însă persistența aceleiași confuzii instinctive de vedere și lumină la adulți. Fotografii, adică oamenii oarecum experimentați în optică practică, se surprind adesea închizând ochii atunci când, la încărcarea sau dezvoltarea plăcilor, trebuie avut grijă ca lumina să nu pătrundă într-o cameră întunecată.

Dacă asculți cu atenție cum vorbim, propriile noastre cuvinte, atunci și aici se găsesc imediat urme ale aceleiași optici fantastice.

Fără să observe acest lucru, oamenii spun: „ochii sclipeau”, „a ieșit soarele”, „stelele privesc”.

Pentru poeți, transferul reprezentărilor vizuale către luminare și, dimpotrivă, atribuirea proprietăților surselor de lumină ochilor este cea mai comună, s-ar putea spune, tehnică obligatorie:

Stele nopții

Ca niște ochi acuzatori

Ei îl privesc batjocoritor.

Ochii lui strălucesc.

A.S. Pușkin.

Ne-am uitat la stele cu tine

Sunt pe noi. Fet.

Cum te văd peștii?

Datorită refracției luminii, pescarul vede peștele nu acolo unde este de fapt.

Prevestiri populare