Какие примеры доказывают прямолинейное распространение света

Закон прямолинейного распространения света – примеры с объяснением

Видимый свет – это электромагнитное излучение определенного, довольно узкого диапазона длин волн, 0.4 – 0.8мкм. Такое излучение обладает рядом важных особенностей. Рассмотрим одну из этих особенностей – прямолинейное распространение света.

Закон распространения света

Еще в древности людям было известно, что свет распространяется мгновенно и прямолинейно. Луч света всегда являлся эталоном прямой линии во многих бытовых случаях. Какие же существуют доказательства прямолинейности распространения света ?

Наиболее важное доказательство – образование теней и полутеней за освещенным объектом.

Тень можно получить, если взять точечный источник света в темной комнате, поместить предмет между источником и стеной и поглядеть на стену. В качестве точечного источника можно взять любую маленькую лампу, размер которой во много раз меньше освещаемого предмета. За предметом будет видна четкая тень, повторяющая границы освещенного объекта.

Рис. 1. Лучи, образующие тень.

Тени, точно повторяющие формы границ освещенного объекта возможны только в случае, если свет распространяется прямолинейно. Если бы свет распространялся по кривым – границы тени искажали бы формы освещенных предметов.

Полутень

Если присмотреться к границе тени в приведенном опыте, можно обнаружить, что эта граница все-таки имеет некоторую «ширину». Освещенность на границе падает не сразу, а на протяжении некоторого небольшого расстояния. Зона, в которой освещенность имеет промежуточное значение, называется полутенью.

Можно подумать, что в случае полутени закон прямолинейного распространения света не действует. Однако, это не так.

Все дело в том, что реальные источники света имеют конечный, и нередко, довольно большой размер. Они содержат не одну, а множество точек, излучающих свет. В результате существует три вида областей:

• неосвещенные;
• освещенные всеми излучающими точками;
• освещенные частью излучающих точек.

Последняя область и есть полутень. Построив ход лучей, можно видеть, что закон прямолинейного распространения хорошо объясняет существование полутени.

Рис. 2. Лучи, образующие полутень.

Свойство прямолинейного распространения света было использовано в качестве доказательства шарообразности Земли еще в античности. При лунных затмениях тень Земли, надвигающаяся на Луну, имеет очертания круга. Это возможно только при шарообразности Земли.

Роль среды распространения

Распространение света зависит от свойств среды, в которой это происходит. Во-первых, разные среды по-разному проводят свет. Наиболее прозрачным является вакуум, менее прозрачны газы и жидкости, твердые вещества, как правило, непрозрачны.

Во-вторых, и это гораздо важнее, среда может искривлять лучи света, если она будет неоднородной. Например, когда воздух у поверхности земли перегрет, а вверху прохладен – появляются миражи выше или ниже горизонта. Примеры нижних миражей можно легко наблюдать даже в средней полосе, летом на горячем асфальте видны «лужи» – это лучи неба, искаженные в неоднородной воздушной среде.

Рис. 3. Искажения света над горячим асфальтом.

Что мы узнали?

В прозрачной однородной среде свет распространяется прямолинейно. Доказательством прямолинейности распространения света является существование теней и полутеней. В неоднородной среде лучи света могут искривляться.

Световые явления. Свойства света

Цель работы – изучить световые явления и свойства света на опытах, рассмотреть три основных свойства света: прямолинейность распространения, отражение и преломление света в разных по плотности средах.

Задачи:

1. Подготовить оборудование.
2. Провести необходимые опыты.
3. Проанализировать и оформить результаты.
4. Сделать вывод.

Актуальность

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся со световыми явлениями и их различными свойствами, работа многих современных механизмов и приборов также связана со свойствами света. Световые явления стали неотъемлемой частью жизни людей, поэтому их изучение актуально.

Приведённые ниже опыты объясняют такие свойства света, как прямолинейность распространения, отражение и преломление света.

Для провидения и описания опытов использовано 13-е стереотипное издание учебника А. В. Перышкина «Физика. 8 класс.» (Дрофа, 2010)

Техника безопасности

Электрические приборы, задействованные в опыте, полностью исправны, напряжение на них не превышает 1.5 В.

Оборудование устойчиво размещено на столе, рабочий порядок соблюдён.

По окончанию проведения опытов электрические приборы выключены, оборудование убрано.

Опыт 1. Прямолинейное распространение света. (стр. 149, рис. 120), (стр.149, рис. 121)

Цель опыта – доказать прямолинейность распространения световых лучей в пространстве на наглядном примере.

Прямолинейное распространение света – его свойство, с которым мы встречаемся наиболее часто. При прямолинейном распространении энергия от источника света направляется к любому предмету по прямым линиям (световым лучам), не огибая его. Этим явлением можно объяснить существование теней. Но кроме теней существуют еще и полутени, частично освещённые области. Чтобы увидеть, при каких условиях образуются тени и полутени и как при этом распространяется свет, проведём опыт.

Оборудование: непрозрачная сфера (на нити), лист бумаги, точечный источник света (карманный фонарь), непрозрачная сфера (на нити) меньше размером, для которой источник света не будет являться точечным, лист бумаги, штатив для закрепления сфер.

Ход опыта

Образование тени

1. Расположим предметы в порядке карманный фонарь-первая сфера (закреплённая на штативе)-лист.
2. Осветим сферу карманным фонарём.
3. Получим тень, отображённую на листе.

Мы видим, что результатом эксперимента стала равномерная тень. Предположим, что свет распространялся прямолинейно, тогда образование тени можно легко объяснить: свет, идущий от точечного источника по световому лучу, касающийся крайних точек сферы продолжил идти по прямой линии и за сферой, из-за чего на листе пространство за сферой не освещено.

Предположим, что свет распространялся по кривым линиям. В этом случае лучи света, искривляясь, попали бы и за сферу. Тени бы мы не увидели, но в результате проведения опыта тень появилась.

Теперь рассмотрим случай, при котором образуется полутень.

Образование тени и полутени

1. Расположим предметы в порядке карманный фонарь-вторая сфера (закреплённая на штативе)-лист.
2. Осветим сферу карманным фонарём.
3. Получим тень, а также и полутень, отображённые на листе.

В этот раз результаты эксперимента – тень и полутень. Как образовалась тень уже известно из примера выше. Теперь, чтобы показать, что образование полутени не противоречит гипотезе о прямолинейном распространении света, необходимо пояснить это явление.
В этом опыте мы взяли источник света, не являющийся точечным, то есть состоящий из множества точек, по отношению к сфере, каждая из которых испускает свет во всех направлениях. Рассмотрим самую верхнюю точку источника света и световой луч, исходящий из неё к самой нижней точке сферы. Если пронаблюдать за движением луча за сферой до листа, то мы заметим, что он попадает на границу света и полутени. Лучи из подобных точек, идущие в таком направлении (от точки источника света к противоположной точке освещаемого предмета) и создают полутень. Но если рассматривать направление светового луча из выше обозначенной точки к верхней точке сферы, то будет отлично видно, как луч попадает в область полутени.

Из этого опыта мы видим, что образование полутени не противоречит прямолинейному распространению света.

Вывод

С помощью этого опыта я доказала, что свет распространяется прямолинейно, образование тени и полутени доказывает прямолинейность его распространения.

Явление в жизни

Прямолинейность распространения света широко применяется на практике. Самым простым примером является обыкновенный фонарь. Также это свойство света используется во всех устройствах, в составе которых есть лазеры: лазерные дальномеры, приспособления для резки металла, лазерные указки.

В природе свойство встречается повсеместно. Например, свет, проникающий через просветы в кроне дерева, образует хорошо различимую прямую линию, проходящую сквозь тень. Конечно, если говорить о больших масштабах, стоит упомянуть о солнечном затмении, когда луна отбрасывает тень на землю, из-за чего солнце с земли (естественно, речь идет о затененном ее участке) не видно. Если бы свет распространялся не прямолинейно, этого необычного явления не существовало бы.

Ссылка на видео проведения опыта: https://www.dropbox.com/s/eu0r135b5o2cx9b/VID_20170517_222801.mp4?dl=0

Опыт 2. Закон отражения света. (с.154, рис. 129)

Цель опыта – доказать, что угол падения луча равен углу его отражения.

Отражение света также является важнейшим его свойством. Именно благодаря отражённому свету, который улавливается человеческим глазом, мы можем видеть какие-либо объекты.

По закону отражения света, лучи, падающий и отражённый, лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведённым к границе раздела двух сред в точке падения луча; угол падения равен углу отражения. Проверим, равны ли данные углы, на опыте, где в качестве отражающей поверхности возьмём плоское зеркало.

Оборудование: специальный прибор, представляющий собой диск с нанесённой круговой шкалой, укреплённый на подставке, в центре диска находится небольшое плоское зеркало, расположенное горизонтально (такой прибор можно изготовить в домашних условиях, используя вместо диска с круговой шкалой транспортир.), источник света – осветитель, прикреплённый к краю диска или лазерная указка, лист для нанесения измерений.

Ход опыта

1. Расположим лист за прибором.
2. Включим осветитель, направляя его на центр зеркала.
3. Проведем перпендикуляр к зеркалу в точку падения луча на листе.
4. Измерим угол падения (ﮮα).
5. Измерим полученный угол отражения (ﮮβ).
6. Запишем результаты.
7. Изменим угол падения, передвигая осветитель, повторим пункты 4, 5 и 6.
8. Сравним результаты (величину угла падения с величиной угла отражения в каждом случае).

Результаты опыта в первом случае:

Во втором случае:

Из опыта видно, что угол падения светового луча равен углу его отражения. Свет, попадая на зеркальную поверхность, отражается от неё под тем же углом.

Вывод

С помощью опыта и проведённых измерений я доказала, что при отражении света угол его падения равен углу отражения.

Явление в жизни

С этим явлением мы встречаемся повсеместно, так как воспринимаем глазом отражённый от предметов свет. Ярким видимым примером в природе могут служить блики яркого отражённого света на воде и на других поверхностях с хорошей отражательной способностью (поверхность поглощает меньше света чем отражает). Также, следует вспомнить солнечные зайчики, которые может пускать с помощью зеркала каждый ребёнок. Они не что иное, как отражённый от зеркала луч света.

Человек использует закон отражения света в таких приборах, как перископ, зеркальный отражатель света (к примеру, отражатель на велосипедах).

Кстати, с помощью отражения света от зеркала фокусники создавали многие иллюзии, например, иллюзию «Летающая голова». Человек помещался в ящик среди декораций так, что из ящика была видна только его голова. Стенки ящика закрывали наклонённые к декорациям зеркала, отражение от которых не давало увидеть ящик и казалось, что под головой ничего нет и она висит в воздухе. Зрелище необычное и пугающее. Фокусы с отражением имели место и в театрах, когда на сцене нужно было показать призрака. Зеркала «затуманивали» и наклоняли так, чтобы отражённый свет из ниши за сценой был виден в зрительном зале. В нише уже появлялся актёр, играющий призрака.

Ссылка на видео проведения опыта: https://www.dropbox.com/s/hysbxxeflb7n5zn/VID_20170517_222039.mp4?dl=0

Опыт 3. Преломление света. (стр. 159, рис. 139)

Цель опыта — доказать, что отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред; доказать, что угол падения светового луча (≠ 0°), идущего из менее плотной среды в более плотную, больше угла его преломления.

В жизни мы часто встречаемся с преломлением света. Например, кладя в прозрачный стакан с водой совершенно прямую ложку мы видим, что её изображение изгибается на границе двух сред (воздуха и воды), хотя на самом деле ложка остаётся прямой.

Чтобы получше рассмотреть это явление, понять, почему оно происходит и доказать закон преломления света (лучи, падающий и преломлённый, лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведённым к границе раздела двух сред в точке падения луча; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред) на примере, проведём опыт.

Оборудование: две среды разной плотности (воздух, вода), прозрачная тара для воды, источник света (лазерная указка), лист бумаги.

Ход опыта

1. Нальём воду в тару, за ней на некотором расстоянии разместим лист.
2. Направим луч света в воду под углом, ≠ 0°, так как при 0° преломления не происходит, а луч переходит в другую среду без изменений.
3. Проведем перпендикуляр к границе раздела двух сред в точке падения луча.
4. Измерим угол падения светового луча (∠ α ).
5. Измерим угол преломления светового луча (∠ β ).
6. Сравним углы, составим отношение их синусов (для нахождения синусов можно воспользоваться таблицей Брадиса).
7. Запишем результаты.
8. Изменим угол падения, передвигая источник света, повторим пункты 4-7.
9. Сравним значения отношений синусов в обоих случаях.

Предположим, что световые лучи, проходя через среды разной плотности, испытывали преломление. При этом углы падения и преломления не могут быть равны, а отношения синусов этих углов не равны одному. Если преломления не произошло, то есть свет перешёл из одной среды в другую, не меняя своё направление, то данные углы будут равными (отношение синусов равных углов равно одному). Чтобы подтвердить или опровергнуть предположение, рассмотрим результаты опыта.

Прямолинейное распространение света

Видимый свет – это электромагнитное излучение определенного, довольно узкого диапазона длин волн, 0.4 – 0.8мкм. Такое излучение обладает рядом важных особенностей. Рассмотрим одну из этих особенностей – прямолинейное распространение света.

Закон распространения света

Еще в древности людям было известно, что свет распространяется мгновенно и прямолинейно. Луч света всегда являлся эталоном прямой линии во многих бытовых случаях. Какие же существуют доказательства прямолинейности распространения света ?

Наиболее важное доказательство – образование теней и полутеней за освещенным объектом.

Тень можно получить, если взять точечный источник света в темной комнате, поместить предмет между источником и стеной и поглядеть на стену. В качестве точечного источника можно взять любую маленькую лампу, размер которой во много раз меньше освещаемого предмета. За предметом будет видна четкая тень, повторяющая границы освещенного объекта.

Рис. 1. Лучи, образующие тень.

Тени, точно повторяющие формы границ освещенного объекта возможны только в случае, если свет распространяется прямолинейно. Если бы свет распространялся по кривым – границы тени искажали бы формы освещенных предметов.

Полутень

Если присмотреться к границе тени в приведенном опыте, можно обнаружить, что эта граница все-таки имеет некоторую «ширину». Освещенность на границе падает не сразу, а на протяжении некоторого небольшого расстояния. Зона, в которой освещенность имеет промежуточное значение, называется полутенью.

Можно подумать, что в случае полутени закон прямолинейного распространения света не действует. Однако, это не так.

Все дело в том, что реальные источники света имеют конечный, и нередко, довольно большой размер. Они содержат не одну, а множество точек, излучающих свет. В результате существует три вида областей:

• неосвещенные;
• освещенные всеми излучающими точками;
• освещенные частью излучающих точек.

Последняя область и есть полутень. Построив ход лучей, можно видеть, что закон прямолинейного распространения хорошо объясняет существование полутени.

Рис. 2. Лучи, образующие полутень.

Свойство прямолинейного распространения света было использовано в качестве доказательства шарообразности Земли еще в античности. При лунных затмениях тень Земли, надвигающаяся на Луну, имеет очертания круга. Это возможно только при шарообразности Земли.

Роль среды распространения

Распространение света зависит от свойств среды, в которой это происходит. Во-первых, разные среды по-разному проводят свет. Наиболее прозрачным является вакуум, менее прозрачны газы и жидкости, твердые вещества, как правило, непрозрачны.

Во-вторых, и это гораздо важнее, среда может искривлять лучи света, если она будет неоднородной. Например, когда воздух у поверхности земли перегрет, а вверху прохладен – появляются миражи выше или ниже горизонта. Примеры нижних миражей можно легко наблюдать даже в средней полосе, летом на горячем асфальте видны «лужи» – это лучи неба, искаженные в неоднородной воздушной среде.

Рис. 3. Искажения света над горячим асфальтом.

Что мы узнали?

В прозрачной однородной среде свет распространяется прямолинейно. Доказательством прямолинейности распространения света является существование теней и полутеней. В неоднородной среде лучи света могут искривляться.

Контрольная работа по физике Световые явления 8 класс

Контрольная работа по физике Световые явления 9 класс с ответами. Контрольная работа представлена в 4 вариантах, в каждом варианте по 8 заданий.

Вариант 1

1. Примером явления, доказывающего прямолинейное распространение света, может быть

1) образование следа в небе от реактивного самолета
2) существование тени от дерева
3) мираж над пустыней
4) неизменное положение Полярной звезды на небе

2. Луч света падает на плоское зеркало. Угол отражения равен 24°. Угол между падающим лучом и зеркалом

3. Человек, находившийся на расстоянии 4 м от плоского зеркала, переместился и оказался от зеркала на расстоянии 3 м. На сколько изменилось расстояние между человеком и его изображением?

1) 6 м
2) 4 м
3) 2 м
4) 1 м

4. Если предмет находится от собирающей линзы на расстоянии больше двойного фокусного расстояния (см. рисунок), то его изображение является

1) действительным, перевернутым и увеличенным
2) действительным, прямым и увеличенным
3) мнимым, перевернутым и уменьшенным
4) действительным, перевернутым и уменьшенным

5. Человек носит очки, фокусное расстояние которых равно 50 см. Оптическая сила линз этих очков равна

1) D = 2 дптр
2) D = -2 дптр
3) D = 0,02 дптр
4) D = -0,02 дптр

6. Для получения четкого изображения на сетчатке глаза при переводе взгляда с удаленных предметов на близкие изменяется

1) форма хрусталика
2) размер зрачка
3) форма глазного яблока
4) форма глазного дна

7. Установите соответствие между источниками света и их природой. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

ИСТОЧНИКИ СВЕТА

А) Молния
Б) Светлячки
В) Комета

ИХ ПРИРОДА

1) Тепловые
2) Отражающие свет
3) Газоразрядные
4) Люминесцентные

8. Постройте изображение светящейся точки после прохождения системы линз.

Вариант 2

1. Тень на экране от предмета, освещенного точечным источником света, имеет размеры в 3 раза больше, чем сам предмет. Расстояние от источника света до предмета равно 1 м. Определите расстояние от источника света до экрана.

1) 1 м
2) 2 м
3) 3 м
4) 4 м

2. Луч света падает на плоское зеркало. Угол падения уменьшили на 5°. Угол между плоским зеркалом и отраженным лучом

1) увеличился на 10°
2) увеличился на 5°
3) уменьшился на 10°
4) уменьшился на 5°

3. Человек удаляется от плоского зеркала. Его изображение в зеркале

1) остается на месте
2) приближается к зеркалу
3) удаляется от зеркала
4) становится нерезким

4. Каким будет изображение предмета в собирающей линзе, если предмет находится между фокусом и двойным фокусом линзы?

1) действительным, перевернутым и увеличенным
2) действительным, прямым и увеличенным
3) мнимым, перевёрнутым и уменьшенным
4) действительным, перевёрнутым и уменьшенным

5. Чему равна оптическая сила рассеивающей линзы, если ее фокусное расстояние равно (-10 см)?

1) -0,1 дптр
2) +0,1 дптр
3) -10 дптр
4) +10 дптр

6. Мальчик носит очки с рассевающими линзами. Какой у него дефект зрения?

1) дальнозоркость
2) дальтонизм
3) близорукость
4) астигматизм

7. Установите соответствие между оптическими приборами и основными физическими явлениями, лежащими в основе принципа их действия. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

ПРИБОР

А) Перископ
Б) Проектор
В) Фотоаппарат

ФИЗИЧЕСКОЕ ЯВЛЕНИЕ

1) Прямолинейное распространение света
2) Отражение света
3) Преломление света
4) Рассеяние света

8. Постройте изображение светящейся точки после прохождения системы линз.

Вариант 3

1. Предмет, освещенный маленькой лампочкой, отбрасывает тень на стену. Высота предмета 0,07 м, высота его тени 0,7 м. Расстояние от лампочки до предмета меньше, чем от лампочки до стены, в

1) 7 раз
2) 9 раз
3) 10 раз
4) 11 раз

2. Луч света падает на плоское зеркало. Угол отражения равен 35°. Угол между падающим и отраженным лучами равен

3. Человек подошёл к зеркалу на расстояние 1,2 м. На каком расстоянии от человека находится его изображение?

1) 0,6 м
2) 1,2 м
3) 2,4 м
4) 4,8 м

4. Каким будет изображение предмета в собирающей линзе, если предмет находится между фокусом и оптическим центром линзы?

1) действительным, перевернутым и увеличенным
2) мнимым, прямым и увеличенным
3) мнимым, перевёрнутым и уменьшенным
4) действительным, перевёрнутым и уменьшенным

5. Человек носит очки, оптическая сила которых D = -4 дптр. Фокусное расстояние линз этих очков равно

6. Человек с нормальным зрением рассматривает предмет невооруженным глазом. На сетчатке глаза изображение предметов получается

1) увеличенным прямым
2) увеличенным перевёрнутым
3) уменьшенным прямым
4) уменьшенным перевёрнутым

7. Установите соответствие между источниками света и их природой. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

ИСТОЧНИКИ СВЕТА

А) Солнце
Б) Лампы дневного света
В) Планета

ИХ ПРИРОДА

1) Тепловые
2) Отражающие свет
3) Газоразрядные
4) Люминесцентные

8. Постройте изображение светящейся точки после прохождения системы линз.

Вариант 4

1. Непрозрачный круг освещается точечным источником света и отбрасывает круглую тень на экран. Определите диаметр тени, если диаметр круга 0,1 м. Расстояние от источника света до круга в 3 раза меньше, чем расстояние до экрана.

1) 0,03 м
2) 0,1 м
3) 0,03 м
4) 3 м

2. Луч света падает на плоское зеркало. Угол между падающим лучом и зеркалом равен 20°. Угол между падающим и отраженным лучами

3. Если расстояние от плоского зеркала до предмета равно 10 см, то расстояние от этого предмета до его изображения в зеркале равно

1) 5 см
2) 10 см
3) 20 см
4) 30 см

4. Каким будет изображение предмета в собирающей линзе, если предмет находится в фокусе собирающей линзы?

1) действительным, перевернутым и увеличенным
2) действительным, прямым и увеличенным
3) изображения не будет
4) действительным, перевернутым и уменьшенным

5. При проведении эксперимента ученик использовал две линзы. Фокусное расстояние первой линзы 50 см, фокусное расстояние второй линзы 100 см. Оптическая сила первой линзы

1) равна оптической силе второй линзы
2) в 2 раза меньше оптической силы второй линзы
3) в 2 раза больше оптической силы второй линзы
4) нельзя дать точный ответ, так как неизвестна форма линз

6. Окулист обнаружил у мальчика близорукость. Какие очки пропишет доктор?

1) с рассеивающими линзами
2) с собирающими линзами
3) нельзя дать однозначного ответа
4) с тёмными стеклами

7. Установите соответствие между оптическими приборами и основными физическими явлениями, лежащими в ос­нове принципа их действия. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

ПРИБОР

А) Очки
Б) Микроскоп
В) Перископ

ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

1) Прямолинейное распространение света
2) Отражение света
3) Преломление света
4) Рассеяние света

8. Постройте изображение светящейся точки после прохождения системы линз.

Ответы на контрольную работу по физике Световые явления 9 класс
Вариант 1
1-2
2-4
3-3
4-4
5-1
6-1
7. А3 Б4 В2
Вариант 2
1-3
2-2
3-3
4-1
5-3
6-3
7. А2 Б3 В3
Вариант 3
1-3
2-3
3-3
4-2
5-4
6-4
7. А1 Б3 В2
Вариант 4
1-3
2-4
3-3
4-3
5-3
6-1
7. А3 Б3 В2