Физика. Дом имени чулпана
 Скачать 2.19 Mb.
|
|
ТЕМА ВЗГЛЯДЫ БЕРУНИ И АВИЦЕННЫ НА СВЕТОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ Световые явления также привлекали внимание мыслителей Беру- ни и Авиценны. Ранее мы говорили, что основным источником энергии (тепла) на Земле является Солнце. Об этом Беруни в своей книге Памятники минувших поколений пишет так: «Некоторые утверждают, что причина тепла в лучах Солнца – это лучи, а некоторые утверждают, что это отражение луча – изменение угла. Это не так, наоборот, в самих лучах существует тепло. Беруни Рис. 101 доказывает, что на Землю тепло от Солнца приходит за счет излучения. О скорости света он пишет следующее Некоторые говорят, что она вне времени, так как это не вещество, некоторые говорят, его время быстрое, но быстрее его ничего нет, и скорость света нельзя почувствовать. Ученый утверждает, что ни одно тело или частица в природе не может двигаться быстрее света. Беруни так объясняет причины затмений Солнца и Луны Причина затмения Луны в том, что Луна оказывается в тени Земли. Затмение Солнца происходит из-за того, что Луна оказывается между Солнцем и Землей. Поэтому затмение Луны не начинается с запада, а затмение Солнца – с востока. При затмении Солнца Луна приходит с запада и, как облачко, закрывает Солнце. Уровень затмения в разных местах (городах) бывает различным. Но размер Луны, закрывающей Солнце, – маленький, а размер Земли, закрывающей Луну, – большой. Подумайте, насколько правильны были эти выводы Беруни. В вопросах и ответах переписки между Беруни и Авиценной о преломлении света имеется следующее. Беруни спрашивает Если круглый, прозрачный стеклянный сосуд наполнить чистой водой, он обжигает, выполняет роль линзы. Если вылить воду и наполнить воздухом, тоне обжигает и не собирает лучи Солнца. Почему так происходит Авиценна отвечает Конечно, вода – плотное, тяжелое, прозрачное вещество, в ее основе лежит цвет. От всех тел с такими свойствами свет отражается (преломляется. Поэтому от круглого, заполненного водой сосуда свет отражается. У собираемых лучей мощность увеличивается. Нов воздухе луч несильно преломляется, так как воздух – неплотный и прозрачный. Насколько эти выводы правильные, рассмотрим, когда будем говорить о линзе. О зрении и о причинах зрения Беруни задал Авиценне такой вопрос Лучом зрения познавать – видеть то, что находится под водой, а ведь яркость луча зрения отражается (преломляется) от прозрачных предметов Ведь поверхность воды гладкая и блестящая». Взгляды Беруни и Авиценны на световые явления Ибн Сино Авиценна Глава V. Световые явления Впоследствии Авиценна уточняет в своих трудах Физика и Канон медицины Если глаза излучают свет, освещают предметы и, как результат, мы видим предметы, то почему мы невидим ночью Неужели света, излучаемого глазами, достаточно, чтобы освещать весь мир. Говоря так, он опровергает выводы Платона. Авиценна, наоборот, объясняет, что основная причина зрения – это результат того, что лучи, идущие от предметов, попадают в глаз, преломляются в хрусталике, а затем создают изображение на сет чатке. Авиценна правильно объясняет появление радуги на небе после дождя расщеплением солнечных лучей на цветные лучи при прохождении их через облака в атмосфере. Радуга имеет вид дуги, так как атмосфера Земли шарообразная. Таким образом, мыслители Востока объясняли световые явления, опираясь не на различные легенды, а на свои научные наблюдения. Возьмите шарообразную колбу, наполните водой и понаблюдайте ее свойство собирать солнечные лучи. Как видит человек. Подумайте, насколько верны были представления Беруни и Авиценны о световых явлениях В Центральной Америке есть рыба Анаблинс. Она, кажется, видит одинаково вводе и на суше, так как, когда она плавает вводе, то половина ее больших глаз находится под водой, а другая половина – над водой ТЕМА ПЛОСКОЕ ЗЕРКАЛО Нет человека, который не смотрел бы в зеркало. Что мы видим, когда смотрим в зеркало В зеркале мы видим собственное отражение и окружающие нас предметы. Изображение предмета в плоском зеркале равно по размеру самому предмету. Если мы приближаемся к зеркалу, изображение тоже приближается, если удаляемся, изображение тоже удаляется. Значит, изображение получается не на поверхности зеркала, аза зеркалом. В чем причина этого Стеклянная пластина, покрытая с одной стороны серебром, называется зеркалом. Свет, отраженный от предметов и вещей, падает на зеркало и отражается от серебряного покрытия. Используя закон отражения, рассмотрим построение изображения в плоском зеркале (рис. 102). Для построения изображения направим два луча от предмета к зеркалу. Эти лучи в соответствии с законом отражения отразятся от поверхности зеркала. Если продолжить отраженные лучи в противоположном направлении, изображение предмета будет за зеркалом. Если теперь измерить расстояние от изображения до зеркала и от зеркала до предмета, то они будут равны. Если к своему изображению в зеркале мы протянем правую руку, изображение протянет нам левую руку. Значит, в плоском зеркале левая сторона меняется с правой. Предмет в зеркале не излучает. Поэтому изображение называется мнимым Таким образом, изображение предмета в плоском зеркале мнимое, прямое, равно по размеру предмету на каком расстоянии предмет будет от зеркала, на таком же расстоянии будет он за зеркалом, и левая сторона поменяется с правой Сферические зеркала Сферическое зеркало представляет собой часть шарового сегмента. Оно бывает двух видов вогнутое и выпуклое. У вогнутых зеркал луч отражается от внутренней поверхности сферы, у выпуклых – от внешней поверхности сферы. Плоское зеркало Рис. 102 Глава V. Световые явления Если направить лучи Солнца в вогнутое зеркало, они собираются водной точке (рис. 102, a). Эта точка располагается на главной оптической оси вогнутого зеркала и называется фокусом. Расстояние от центра зеркала до точки F называется фокусным расстоянием. Солнечные лучи, падающие на выпуклое зеркало, рассеиваются рис. 102, б. Если мысленно продолжить рассеянные лучи, они пересекутся в точке F. Она называется мнимым фокусом. OD – радиус кривизны зеркала, OF – фокусное расстояние зеркала. OF = a) б) Рис. Если источник света расположить в фокусе вогнутой линзы, то отраженные от зеркала лучи будут параллельны главной оптической оси зеркала. Для построения изображения в зеркалах достаточно выбрать два луча, выходящих из предмета. На рис. 104 приведен пример построения изображения горящей свечи. На рис. 104 предмет расположен за двойным фокусом 2F от зеркала. Направим луч 1 параллельно главной оптической оси, луч 2 направим на главный фокус F. Эти лучи отразятся от зеркала, ив точке их пересечения будет изображение свечи. Изображение будет обратное, уменьшенное и действительное. Если предмет расположен между двойным фокусом 2F и фокусом F рис. 105), изображение ив этом случае построим с помощью лучей 1 и 2. Изображение будет обратное, увеличенное и действительное. Если предмет расположится на двойном фокусном расстоянии 2F от зеркала, изображение совпадет с предметом. На рис. 106 приведена схема построения изображения на выпуклом зеркале. Изображение будет прямым, уменьшенными мнимым. Расчеты показывают, что между расстоянием от предмета до центра зеркала, расстоянием f – от изображения до центра зеркала и фокусным расстоянием F существует связь: В вогнутых зеркалах расстояния d и F всегда положительные. Значение расстояния f для действительного изображения положительное, для мнимого изображения – отрицательное. Сферические зеркала находят широкое применение в повседневной жизни и технике. Выпуклое зеркало устанавливается в автомобилях для заднего обзора, так как в нем можно увидеть больше пространства, чем в плоском зеркале. Вогнутые зеркала обладают свойством собирать лучи, и поэтому они используются в прожекторах, автомобильных фарах и ручных фонариках. Как вы объясните понятие мнимое изображение. Как на практике определить фокус сферических зеркал. Совпадают ли центр сферической поверхности и фокус зеркала. Где надо расположить предмет, чтобы в вогнутом зеркале получить увеличенное изображение? Плоское зеркало Рис. 104 Рис. Рис. 106 F Глава V. Световые явления Пример решения задач. Задача 1. Человек приближается к зеркалу со скоростью 1 мс. С какой скоростью его изображение приближается к зеркалу? Д ан о Формула и решением с Требуется найти = Насколько человек приблизится к зеркалу, настолько и приблизится к зеркалу его изображение. Значит, υ 1 = Ответ 1 мс Упражнение 9. 1. Постройте изображение, в случае когда предмет расположен на расстоянии 2F от сферического зеркала. Предмет располагается от вогнутого зеркала на расстоянии 250 см. Фокусное расстояние зеркала 245 см. Найдите расстояние от зеркала до изображения. (Ответ ≈ 124 см. На плоское зеркало луч падает под углом α. Если повернуть зеркало на угол β, на какой угол повернется отраженный луч (Ответ 2β). 4. Два плоских зеркала установлены параллельно. Если между ними расположить предмет, сколько изображений будет в зеркалах (Ответ. На каком расстоянии от лица человек должен держать выпуклое зеркало диаметром 5 см, чтобы полностью увидеть в нем свое лицо Фокусное расстояние зеркала 7,5 см, длина лица 20 см. (Ответ 0,45 м). ТЕМА СВЕДЕНИЯ О ЛИНЗАХ Мы рассмотрели преломление света на границе двух сред. На практике широко используют преломление света на сферических поверхностях. Прозрачное тело, ограниченное с двух или с одной стороны сферическими поверхностями, называют линзой Обычно линзы изготавливаются из стекла. Если центральная часть линзы толще, чем ее края, то такая линза называется выпуклой, а если центральная часть тоньше, чем края, – вогнутой. Прямую, проведенную через центры сферических поверхностей О и О, называют главной оптической осью линзы (рис. 107). Точка, находящаяся в центре линзы и лежащая на оптической оси, называется оптическим центром линзы. Свет по-разному проходит через выпуклые и вогнутые линзы. Возьмем выпуклую линзу и расположим ее перпендикулярно солнечным лучам. Направим прошедший через линзу луч на листок. Передвигая линзу добьемся, чтобы лучи собрались в одну точку, из которой через некоторое время появится дымок. Значит, прошедшие через линзу лучи собираются водной точке (рис. 108). Эта точка называется фокусом линзы (F). Расстояние от оптического центра линзы до фокуса называют фокусным расстоянием линзы. Если на линзу в обратном направлении направить параллельные лучи, то они соберутся на второй стороне линзы. Отсюда следует, что любая линза с обеих сторон имеет по одному фокусу. Если провести такой опыт с вогнутой линзой, лучи, наоборот, рассеются (рис. 109). Если мысленно продолжить рассеянные лучи, то они соберутся на оптической оси в точке F. Фокус вогнутой линзы мнимый. Поэтому выпуклые линзы называют собирающими, а вогнутые – рассеивающими. Одна сторона линзы может быть сферической, а другая плоской Возьмем выпуклую линзу и через нее направим свет от лампочки на стол. Двигая линзу вверх-вниз, увидим, что на столе получается отчетливое изображение спирали лампочки. Изображение при помощи линз строится следующим образом. Построение изображения в выпуклой линзе Предмет АВ располагается между двойным фокусом 2F и фокусом F рис. 110). Для построения изображения луч 1 направим параллельно главной опти- Рис. 107 Рис. 108 Рис. Сведения о линзах – Физика, 6 класс Глава V. Световые явления ческой оси. После линзы он проходит через фокус. Второй луч 2 направим через оптический центр О линзы. Луч, проходящий через оптический центр линзы, не преломляется. Оба луча пересекаются в точке Аи получается изображение. Изображение действительное, обратное и увеличенное. Если предмет расположить за двойным фокусом 2F рис. 111) и между (рис. 112), полученное изображение строится таким же образом. Из рисунков видно, что в зависимости оттого, где располагается предмет, изображение получается прямым или обратным. Если предмет располагается за двойным фокусом 2F, изображение получается действительным, обратными уменьшенным. Если предмет располагается между Ото изображение получается мнимым, прямыми увеличенным 2. Построение изображения в вогнутой линзе. На рис. 113 приводится построение изображения в вогнутой линзе. Здесь независимо оттого, где располагается предмет, изображение получится мнимым, прямыми уменьшенным. Если предмет расположить в определенном интервале, тов выпуклой линзе изображение будет увеличенным. Этим свойством пользуются для увеличения рассматриваемого предмета. Выпуклая линза, используемая для этих целей, называется лупой. Из рис. 110 видно, что чем меньше фокусное расстояние (OF) линзы, тем сильнее откло- Рис. Рис. Рис. Рис. 112 147 няется луч 1, проходящий через ее фокус, и тем больше получается изображение. Поэтому увеличение лупы оценивается ее фокусным расстоянием. Величина, обратная фокусному расстоянию, называется оптической силой линзы и выражается формулой: Если F = 1 м, том диоптрия. Сокращенно D = 1 дптр. Для вогнутой линзы D имеет отрицательное значение. С помощью собирающей линзы, очков – соберите солнечные лучи в одну точку и определите фокусное расстояние. Где используются линзы. Какое получится изображение, если предмет поместить в фокусе выпуклой линзы. Как меняется оптическая сила линзы, если ее полностью опустить вводу Можно ли при помощи льда зажечь костер На первый взгляд кажется – никак нельзя. Но, изучив свойства линз, можно найти такой способ. В романе французского писателя Жюля Верна Путешествие капитана Гаттераса» рассказывается о том, как замерзшие путешественники при помощи топора и ножа из большого куска прозрачного льда изготовили линзу, собрали с ее помощью солнечные лучи в фокус и развели костер. Действительно, в 1763 году в Англии много раз повторяли этот опыт. Вы сами можете это сделать. В похожий на линзу сосуд наливают воду и замораживают ее, затем сосуд слегка нагревают, линза отделяется. ТЕМА РАЗЛОЖЕНИЕ СВЕТА НА СОСТАВЛЯЮЩИЕ ПРИ ПОМОЩИ СТЕКЛЯННОЙ ПРИЗМЫ. РАДУГА Каждый из вас весной после дождя наблюдал на небе радугу. Часто радуга бывает двойная ив народе ее называют Хасан-Хусан. Радугу можно наблюдать, когда поливаешь двор водой из шланга. Если Разложение света на составляющие при помощи стеклянной призмы. Радуга Глава V. Световые явления выбудете идти в сторону радуги, она будет от вас удаляться и, наконец, исчезнет. Первым исследовал разнообразие световых лучей Ньютон в 1666 году. Поэтому случаю Ньютон написал следующее Я в 1666 году при полировке оптического стекла, не имеющего сферической формы) для исследования цвета световых лучей использовал треугольную призму. Для этого я затемнил комнату и для прохождения солнечных лучей оставил узкую щель. Призму расположил таким образом, чтобы проходящие через нее лучи падали на противоположную стену. Я получил большое удовлетворение, увидев на стене живые цвета. Этот опыт вы сами можете повторить. Для этого луч света, идущий от Солнца или электрической лампочки, направляют на треугольную призму. Падающий на призму белый свет разлагается на семь цветов (рис. 114). Порядок расположения цветов следующий красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Изображение, состоящее из семи цветов, называют спектром Выходящий из призмы луч не только имеет цвет, но и рассеивается по сравнению с входящим. Чтобы выяснить причину этого явления, оставим видимым только один луч, выходящий из призмы, остальные прикроем. На пути оставленного Рис. 114 луча поместим призму. Измерив отклонение прошедших через призму лучей, увидим, что лучи разных цветов отклоняются на различные углы. Самое большое отклонение имеет фиолетовый луча самое маленькое отклонение имеет луч красного цвета. Если с помощью второй призмы собрать все пучки спектра, то опять получится белый свет. Этим Ньютон доказал, что идущий от Солнца белый свет состоит из смеси различных цветных лучей, сложенных в различной пропорции и действительно, в дальнейшем Юнг получил белый свет, сложив не семь, а всего три цвета красный, голубой, зеленый. Если эти три цвета складывать в различной пропорции, то можно получить все остальные цвета. В современных цветных телевизорах все цвета получают при сложении этих трех цветов. Предметы имеют разный цвет оттого, что впадающем на них свете они один цвет поглощают, а другой – отражают. Например, красный шар отражает только красный цвет, остальные поглощает. Черное тело поглощает практически все падающие на него цвета, а белое – все отражает. Значит, радуга образуется оттого, что лучи отражаются и преломляются от дождевых капель, как от призмы. Аристотель считал, что радуга состоит из трех цветов красный, зеленый, фиолетовый. Ньютон же сначала выделил пять цветов в радуге красный, желтый, зеленый, синий, фиолетовый. Позднее он считал, что имеется десять цветов, затем остановился на семи цветах. В действительности если внимательно смотреть на радугу, цвета разделены друг от друга нечетко. Цифра семь принята условно, т.к. это имеет определенное значение. Семь чудес света, семь слоев неба, семь дней недели и т.д. После грозы радуга бывает яркой, а после слабого дождя тусклой. Чем ниже солнце к горизонту, тем больше размеры радуги. Можно ли со всех сторон фонтана наблюдать радугу. Что будет видно на экране, если на призму направить луч одного цвета. Подумайте, почему небо голубое и почему при заходе и восходе Солнца небо окрашивается в красный цвет? Разложение света на составляющие при помощи стеклянной призмы. Радуга Глава V. Световые явления 150 • Расположение цветных полос в спектре можно узнать, если вспомнить фразу Каждый охотник желает знать, где сидят фазаны. Начальная буква каждого слова этой фразы совпадает с начальной буквой цвета. К – красный О – оранжевый Ж – желтый З – зеленый Г – голубой С – синий Ф – фиолетовый. ТЕМА ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. ИЗУЧЕНИЕ ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА С ПОМОЩЬЮ ПЛОСКОГО ЗЕРКАЛА Необходимые принадлежности Оптический диск с добавленным плоским зеркалом, световая указка или рассчитанная на напряжение вольт электрическая лампочка накаливания, белая плотная бумага размером 160×200 мм. Выполнение работы. Соберите устройство, представленное на рис. 115. в середине оптического диска установите плоское зеркало. На краю оптического диска закрепите световую указку (или электрическую лампочку накаливания, направьте на него луч. Измените угол падения и определите соответствующий ему угол отражения. Результаты запишите на школьной доске. Проверьте равенство угла падения и угла отражения. Белая плотная бумага устанавливается в оптический диск со стороны отражаемого луча, при этом на бумаге будет виден отраженный луч. Если слегка повернуть бумагу, можно увидеть начало отраженного луча. Из этого явления сделайте выводы. Установите световую указку с левой стороны оптического диска и повторите опыт. Рис. 115 151 1. Как соотносится угол падения с углом отражения. Как располагается отраженный луч по отношению к падающему Находятся эти лучина одной плоскости или нет? |