Свет. Его источники. Законы распространения света - Оптические явления

Физический словарик

Дуализм (от лат. daulis - двойственный) - двойственность.

Иллюзия (от франц. illusion - обман, обманчивое представление) — нечто кажущееся.

Квант (от нем. quant) - минимальное количество, на которое может изменяться дискретная физическая величина.

Корпускула (от лат. corpusculum - тельце) - очень малая частица вещества.

Люминесценция (от лат. lumen - свет и лат. escent - суффикс, означающий слабое действие) - свечение веществ (полимеров), возбуждаемое каким-либо источником энергии.

Прожектор (от лат. projectio - бросание вперед) - осветительный прибор с оптическим устройством, концентрирующим световые лучи от источника в пучок.

Фотон (от греч. photos - свет) - частица света, квант электромагнитного поля.

Экран (от франц. есгап - ширма) - щит, предохраняющий от вредного влияния электромагнитного поля, тепла, света, излучений.

Историческая справка

Известен как физик Ньютон стал после 1668 г., когда им была изготовлена первая модель телескопа-рефлектора. Это изобретение послужило поводом для его избрания членом Лондонского Королевского общества (ЛКО). В 1673 г. на заседании ЛКО был зачитан доклад Ньютона «Новая теория света и цветов». Ньютон показал, что существуют монохроматические лучи разной цветности и что белый свет есть смесь этих лучей. В дальнейшем Ньютон развил свою теорию и поставил ряд новых оптических опытов. Взгляды ученого на природу света были довольно сложными. Ньютон пытался соединить представление о свете как о потоке корпускул с элементами волновой теории, принять которую в целом не мог, поскольку она не объясняла прямолинейность распространения света. Впоследствии, в XVIII в., теория Ньютона была упрощена, и его имя оказалось неразрывно связано с корпускулярной теорией.

Крупнейшим вкладом Гюйгенса в развитие физики была его теория света. О результатах своих работ по оптике Гюйгенс докладывал неоднократно на заседании Парижской академии еще в 1678 г., но лишь в 1690 г., достигнув в своих исследованиях необходимой ясности и законченности, он создал «Тракта! о свете», в котором изложил законы отражения и преломления света. Несмотря на большие достижения теории Гюйгенса, невозможность объяснения в ее рамках прямолинейности распространения света и других оптических эффектов привела к тому, что представления Гюйгенса о свете не получили всеобщего признания и были возрождены лишь в начале XIX в.

Интересные факты

1. Особенно красиво ночное море в тропиках. Полное впечатление, что море горит, полыхает, переливается красками. Бывает, что за кормой идущего судна на воде вспыхнет яркий зеленовато-белый свет. Пылающее пятно растет и постепенно окружает теплоход кольцом. Затем оно отделяется от судна, и тогда кажется, что это зарево большого города. Источником такого свечения являются живые микроорганизмы.

2. Очень интересно спасает свою жизнь морской червь. Когда краб перекусывает его, задняя часть червя ярко вспыхивает. Краб устремляется к ней, пострадавший червь прячется, и через некоторое время на месте отсутствующей части отрастает новая. Свечение некоторых глубоководных существ настолько сильно, что создается впечатление, будто они излучают молнии.

3. В Бразилии и Уругвае водятся красновато-коричневые светлячки с рядами ярко-зеленых огоньков вдоль туловища и ярко-красной «лампочкой» на голове. Известны случаи, когда эти природные светильники - обитатели джунглей - спасали жизнь людей: во время испано-американской войны врачи оперировали раненых при свете светлячков, насыпанных в бутылку.

4. Если в Сахаре стоит тихая погода и небо не затянуто поднятой ветром пылью, трудно найти более красивое зрелище, чем закат солнца в пустыне. Небо в лучах заходящего солнца каждый раз поражает новыми сочетаниями оттенков - и кроваво-красным, и розово-перламутровым, незаметно сливающимся с нежно-голубым. Все это громоздится на горизонте в несколько этажей, горит и сверкает, разрастаясь какими-то причудливыми, сказочными формами, а затем постепенно угасает. Тогда почти мгновенно наступает абсолютно черная ночь, темноту которой не в силах рассеять даже яркие южные звезды.

5. Остров Врангеля является заповедником, расположенным в природной зоне, именуемой географами арктической пустыней. На человека, никогда не бывавшего в Арктике, природа этого края производит неизгладимое впечатление. Десять месяцев — с сентября по июнь - на острове царствует зима. В самый разгар ее, с середины ноября по январь, солнце здесь не показывается над горизонтом - наступает полярная ночь. Бескрайние снежные равнины острова и ледяные просторы окружающих морей сливаются в сплошную однообразную белую пустыню, освещаемую лишь светом луны или полярного сияния.

6. Где бы ни оказался человек в результате аварийной ситуации (на суше или в океане, в джунглях или в пустыне), решил ли остаться на месте или отправиться в путь, он в первую очередь должен сориентироваться, определить место своего расположения. Направление на север в Северном полушарии определяют, став в полдень спиной к солнцу. Тень, отброшенная человеком, словно стрелка, укажет на север. В Южном полушарии наоборот: тень ляжет на юг.

7. В XVIII в. на побережье Кубы высадились англичане, а ночью увидели в лесу мириады огней. «Островитян слишком много, - решили захватчики, - нужно отступать, пока не поздно!» Куба в тот раз была спасена от колонизаторов. На самом деле испугали англичан светлячки.

8. Гамбургский алхимик Бранд всю жизнь искал секрет получения «философского камня», чтобы превращать медь в золото. Однажды для получения этого камня он налил в сосуд мочу и стал подогревать. Когда жидкость полностью испарилась, на дне реторты остался черный осадок. Бранд решил прокалить его на огне. На внутренних стенках сосуда стало накапливаться белое вещество, похожее на воск. Оно светилось! Потрясенный алхимик решил, что он осуществил наконец мечту своей жизни. Однако все попытки обладателей светящегося вещества получить с его помощью золото или серебро из неблагородных металлов оказались пустой затеей. Это был ранее неизвестный химический элемент фосфор (слово фосфор означает несущий свет).

Качественные задачи и вопросы

1. С какой скоростью распространяется свет? От чего зависит скорость распространения света? (Свет в воздухе и вакууме распространяется со скоростью 300 000 км/с. Скорость света зависит от среды, в которой свет распространяется. Так, в сахаре скорость света равна 192 300 км/с, в алмазе - 124 100 км/с, каменной соли - 194 300 км/с, в молоке - 222 200 км/с, в бензине - 214 300 км/с (скорости света даны при температуре тел 20 °C.)

2. Приведите примеры химического, теплового действия света. (Химическое действие: фотосинтез, фотография, загар, образование витамина D и т. д. Тепловое действие: нагревание поверхности земли, воды, атмосферы и т. д.)

3. Сделайте чертеж и покажите образование тени и полутени на рис. а-г.

Ответы:

4. Приведите примеры естественных и искусственных источников света. (Естественные источники света: костер, Солнце, звезды, светлячок, Луна и т. д. Искусственные источники света: лампа накаливания, свеча, камин, экран телевизора, спираль электроплит и т. д.)

Задачи для любителей литературы

1. «Длинные тени домов, деревьев, заборов ложились красиво по светлой пыльной дороге...» (Л. Н. Толстой. Набег).

Где должен находиться источник света, чтобы тени были длинные? (Низко над горизонтом.) Сделайте чертеж и покажите, как образуется тень от дерева или дома.

2. «...Знайка положил на стол перед рассевшимися вокруг коротышками лунный камень и принялся рассказывать о том, что в природе встречаются вещества, которые приобретают способность светиться в темноте, после того как подвергнутся действию лучей света» (Носов Н. Н. Незнайка на Луне).

О каком явлении рассказывал Знайка? (О люминесценции)

По пословицам и поговоркам

3. Солнце сияет, а месяц светит.

Чем отличаются данные источники света? (Солнце генерирует электромагнитные волны, а Луна лишь отражает свет.)

4. Лучи веером во все стороны.

Объясните поговорку. (Так говорят о лучах света от точечного источника.)

5. Солнца в мешок не поймаешь.

Объясните пословицу. (Потому что от него «лучи веером во все стороны».)

По загадкам

6. Поутру - в сажень,

В полдень - с ладонь,

К вечеру - через поле хватает. (Тень.)

Объясните изменение размеров тени. (Длина тени изменяется, так как изменяется высота солнца над горизонтом.)

7. Ты за ней - она от тебя,

Ты от нее - она за тобой. (Тень.)

Определите длину тени от человека, рост которого 1,8 м, в солнечный день, если длина тени от метровой линейки равна 1,5 м. (2,7 м.)

8. Ты упала мне под ноги,

Растянулась по дороге.

И нельзя тебя поднять,

И нельзя тебя прогнать.

На меня ты так похожа,

Будто я шагаю лежа. (Тень.)

Измерения показали, что длина тени от человека в 1,7 раза меньше его натуральной высоты. Какова высота Солнца над горизонтом? (60°.)

9. Светит да не греет, только напрасно у Бога хлеб ест. (Луна.)

К какому виду источников света относится Луна? (Луна отражает солнечный свет, т. е. не является тепловым источником.)

Физический эксперимент

Обнаружение тени и полутени.

Приборы и материалы: источники света - лампочка накаливания, свеча, люминесцентная лампа, экран и разные предметы.

Задание: настройте источники света и поместите между экраном и источником света какой-нибудь предмет. Получите на экране четкую тень и полутень. Зарисуйте увиденное и объясните образование тени и полутени. Сделайте вывод.

Номер опыта		Рисунок
1
2
3

Вывод: полутень возникает при наличии нескольких источников света.

Домашний эксперимент

Возьмите метровую палку и на улице измерьте размер ее тени. Затем определите реальную высоту деревьев, домов, столбов, измеряя их тени.

Палка		Объект
длина, м	длина тени, м	высота, м	длина тени, м
1	0,5	4	2
1	0,5	2	1
1	0,5	8	4

Проверка знаний и умений.

Индивидуальные карточки-задания

1	2
1. Высота столба, дающего тень длиной 50 см, равна 2 м. Длина тени от дома 4 м. Определите высоту дома. (16 м.) 2. Определите положение тени и полутени: Ответ:	1. Длина тени от ели высотой 2 м равна 40 см. Какова высота березы, стоящей рядом, если длина тени от нее 2 м? (10 м.) 2. Определите положение тени и полутени: Ответ:
3	4
1. Длина тени дерева высотой 2 м равна 3 м. Какова высота столба, если длина тени от него 4,5 м? (3 м.) 2. Определите положение тени и полутени: Ответ:	1. Длина тени от метровой линейки 50 см. Определите высоту дома, если длина тени от него 1 м 50 см. (2 м.) 2. Определите положение тени и полутени: Ответ: