Источники света, созданные самой природой (от Солнца до светлячков), называют естественными. Созданные же человеком источники света называют искусственными.
Первым искусственным источником света было пламя костра. Древние греки считали, что огонь подарил людям отважный титан Прометей (рис. 23.6, а).
Тысячелетиями дома и улицы освещали огнём (рис. 23.6, б). Во второй половине 19-го века русские электротехники А. Н. Лодыгин и П. Н. Яблочков изобрели электрические лампы. Электрическое освещение преобразило жилища и улицы городов (рис. 23.6, в).
Точечные и протяженные и сточники света
Любой источник света имеет какой-то размер. Например, лампочка карманного фонарика меньше сантиметра, а диаметр Солнца — почти полтора миллиона километров.
Однако видимый размер источника света определяется не только размером самого источника, но ещё и расстоянием, с которого мы его наблюдаем. Например, некоторые звёзды намного больше Солнца, но все они кажутся нам светящимися точками из-за того, что находятся очень и очень далеко от нас (рис. 23.7, а).
Физическую модель источника света, размерами которого в данных условиях можно пренебречь, называют точечным источником света.
Таким образом, точечными источниками света для нас являются и огромная звезда, расстояние до которой сотни световых лет, и маленькая лампочка фонарика, когда она находится на расстоянии нескольких метров.
Если размером источника света пренебречь нельзя, источник называют протяжённым (рис. 23.7, б). Например, самая близкая к нам звезда — Солнце — является для нас протяжённым источником света: это не светящаяся точка, а светящийся диск.
Источник
Тест по физике «Источники света. Распространение света»Задание 1. Как распространяется
Тест по физике «Источники света. Распространение света» Задание 1. Как распространяется свет? 1) Свет наполовину отражается и наполовину поглощается непрозрачными телами 2) Свет имеет способность отражаться 3) Свет может проходить сквозь любые препятствия 4) Свет распространяется прямолинейно Задание 2. Соотнесите понятия и определения 1) Тело, испускающее свет 2) Линия, вдоль которой распространяется энергия от источника света 3) Область пространства, в которую попала часть света 4) Область места, в которую не попал свет 5) Видимое излучение __ Свет __ Источник света __ Световой луч __ Полутень __ Тень Задание 3. На рисунке показан: 1) Точечный источник света 2) Искусственный источник света 3) Естественный источник света 4) Источник света, показанный на рисунке, является и точечным, и искусственным
Задание 4. При солнечном затмении: 1) Луна отбрасывает тень на Землю 2) Солнце можно считать точечным источником света по отношению к Земле 3) Луна откинет полутень на Землю 4) На всей поверхности Земли не будет видно Солнца Задание 5. При лунном затмении: 1) Солнечные лучи не попадают на Луну 2) Луна попадает в тень от Земли 3) Солнце находится между Луной и Землёй 4) Луна поворачивается тёмной стороной к Земле 5) Солнце отбрасывает тень на Луну
Задание 6. Соотнесите понятия и определения 1) Деньки, когда Солнце находится на небесном экваторе 2) Воображаемый эллипс, по которому двигается среднее Солнце 3) Путь, который проходит Солнце за год на фоне зодиакальных созвездий 4) Деньки, когда Солнце находится на наивысшем расстоянии от экватора 5) Придумываемая точка, которая умеренно двигается по небесному экватору
Задание 7. Какие планеты видны с Земли невооруженным глазом: 1) Марс, Юпитер, Сатурн, Уран 2) Меркурий, Венера, Марс 3) Только Венера и Марс 4) Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн 5) Все, не считая Плутона 6) Венера, Юпитер, Сатурн
Задание 8.20 2-ое декабря — это дата, когда 1) 22ое декабря — это 22ой день зимы, независимо от страны. 2) В Англии наступает астрономическая осень 3) В Китае наступает новый год 4) В Бразилии наступает астрономическая зима 5) В Австралии наступает астрономическое лето
Задание 9. Явление смены лунных фаз происходит из-за того, что: 1) Луна прытко вращается вокруг Земли, по сравнению со скоростью вращения Земли вокруг Солнца 2) Лунный календарь не совпадает с солнечным календарем 3) Луна испускает свет с некой периодичностью 4) Луна неравномерно двигается вокруг Земли
Задание 10. Зима в северном полушарии наступает из-за того, что: 1) Солнце оказывается в созвездии, которое далее всего от Земли. 2) По иным причинам 3) Земля отдаляется от Солнца, т.к. орбита Земли не круглая, а эллиптическая 4) Северный полюс Земли наиболее отвернут от Солнца
Источник
Учебники
Журнал «Квант»
Общие
А так ли хорошо знакомы вам световые лучи? // Квант. — 1995. — № 5. — C.32-33.
По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала «Квант»
Испускаемые глазами лучи распространяются по прямому пути. Евклид
Зрительный образ получается с помощью лучей, испускаемых видимыми телами и попадающих в глаз. Альхазен
. каждая малая часть волны обязательно продвигается по прямой, исходящей из светящейся точки. В этом смысле можно принимать лучи света за прямые линии. Христиан Гюйгенс
. относительно света неизвестно ни одного случая, чтобы он распространялся по извилистым проходам или загибался внутрь тени. Исаак Ньютон
Содержание
Казалось бы, что может быть более «наглядным», чем свет? Однако, если судить по приведенным в эпиграфе высказываниям, порой и у великих естествоиспытателей мысль начинала «блуждать в потемках», лишь только речь заходила о лучах света. Закон прямолинейного распространения света, установленный на опытах еще в древности, был словно лакмусовой бумажкой для любой теории света, требуя от нее своего объяснения. Представления наших далеких предков, какими бы наивными они ни казались сегодня, определили все дальнейшее развитие взглядов ученых на природу и действия света.
Вот и понятие светового луча давным-давно пришло к нам из повседневной жизни. Это и наблюдения за тенями и небесными светилами, и освоение художниками и строителями метода перспективы, и измерения земельных участков. А разве сейчас не приходится сталкиваться с задачами, где не обойтись без этого понятия?
Попробуйте и вы за игрой света и тени в нынешнем «Калейдоскопе» разглядеть ту важную роль, которую играет закон прямолинейного распространения света.
Вопросы и задачи
Круглый карандаш и цилиндрическая газосветная лампа расположены параллельно друг другу. Какой будет область полной тени от карандаша?
Почему в проекционных аппаратах не используются цилиндрические лампы дневного света?
Как следует расположить точечный источник света, плоский предмет и экран, чтобы контур тени на экране был подобен контуру предмета?
В каком случае непрозрачный предмет дает тень без полутени?
При каких условиях от предмета получается только полутень?
Как можно обнаружить, что вы оказались в области полутени некоторого предмета?
Почему неровности дороги днем видимы хуже, чем ночью при освещении дороги фарами автомобиля?
В лесах с высокими деревьями и густой листвой в ясные дни можно наблюдать круглые светлые пятна на земле. Что это за пятна? Отчего они круглые?
Всегда ли тень, отбрасываемая шаром, имеет форму круга?
Почему тень от ног человека на земле резко очерчена, а тень от головы расплывчата?
При освещении мощной электрической лампой горящей свечи на белом экране появляется тень не только от свечи, но и от пламени. Разве источник света (пламя) может дать собственную тень?
Иногда осветительные приборы освещают не рабочие места, а потолок помещения. В чем преимущество такого способа освещения?
Тени от штанг футбольных ворот утром и вечером длиннее, чем днем. А вот изменяется ли длина тени от перекладины ворот?
Если в плотной бумаге проделать булавочное отверстие и, держа бумагу примерно в десяти сантиметрах от правого глаза (левый зажмурен!), медленно поднимать гвоздик шляпкой вверх так, чтобы он касался ресниц, то в кружке света от отверстия появляется перевернутое изображение гвоздика, движущееся вниз. Почему?
Можно ли «закрыть» звезду спичкой (наблюдение ведется одним глазом)?
Почему, сидя у костра, нам кажется, что предметы, расположенные за ним, колеблются?
Лучи Солнца, падающие на Землю, практически параллельны. Почему же, пробиваясь сквозь тучи, они предстают расходящимися веером?
Что можно сказать о длинах двух частей горизонтальной линии, изображенной на рисунке?
Микроопыт
Расположите экран на небольшом — до 50 сантиметров — расстоянии от горящей свечи. Между ними поместите карандаш — один раз вертикально, а другой горизонтально. Какие получаются тени? Почему?
Любопытно, что…
. модель прямолинейного светового луча, лежащую в фундаменте геометрической оптики, создал Евклид. В своей «Оптике» он исследовал такие вопросы, как образование тени, получение изображений с помощью малых отверстий, кажущиеся размеры предметов и их расстояния от глаза.
. в средние века оптика, учение о перспективе и метеорология представляли собой единую науку. В оптических вопросах царила большая путаница, а зрительному восприятию доверяли мало, считая зрение наиболее обманчивым из чувств.
. оптика в точном значении слова — наука о зрении. Только исследуя камеру-обскуру, ученые наконец расстались с идеей о светоносных лучах, исходящих из наших глаз, и превратили оптику в учение о свете.
. основы современной геометрической оптики изложил Иоганн Кеплер в 1604 году. Тогда им была написана работа под названием «Паралипомены (дополнения — А.Л.) к Вителлию», в которой он объяснил действие как глаза, так и любого оптического прибора, рассматривая каждую точку предмета в качестве источника расходящихся лучей. Мотивом для создания этого фундаментального труда послужило стремление удовлетворить нужды астрономии.
. известный принцип Гюйгенса был выдвинут им для того, чтобы показать, что волновая теория света способна объяснить уже установленные законы оптики, в том числе и закон прямолинейного распространения света. Но удалось это сделать лишь Френелю, уточнившему принцип Гюйгенса.
. первый оптический (семафорный) телеграф связал в конце XVII века Париж с городом Лиллем. К середине прошлого века в России действовало уже несколько оптических телеграфных линий, крупнейшей из которых была линия Петербург — Варшава, имеющая 149 промежуточных пунктов. Сигнал между этими городами проходил всего за несколько минут, разумеется, только днем и при хорошей видимости.
. угол зрения глаза человека много больше, чем нам кажется. События, происходящие под углом 90° в каждую сторону от прямого взгляда, оказывается, могут непосредственно фиксироваться нашим подсознанием.
. опыты физиков и врачей лишь в XX веке доказали, что именно мозг еще раз переворачивает полученное «вверх ногами» изображение предметов в глазу. Для этого экспериментаторы надевали специальные очки, переворачивающие изображение. Через несколько дней мозг все вновь «ставил на место».
Источник
Физика
Световые явления. Часть 1
План урока:
Что такое свет? Источники света
Много тысячелетий прошло прежде, чем была выяснена природа этого замечательного явления – свет. Десятки гипотез, предположений, догадок выдвигались учеными. Но вот в конце девятнадцатого века Д. Максвелл и Г. Герц установили, что природа света электромагнитная.
Значение света в жизни человека и в природе громадно. Зарождение и развитие всего живого происходит под влиянием тепла и, конечно, света.
Свет для человека – важнейшее средство познания окружающего мира.
Основной источник света для всей Земли – это Солнце. Световые потоки устремляются к планетам от Солнца благодаря ядерным реакциям, происходящим на нем.
При изучении тепловых явлений одним из видов теплообмена названо излучением, с помощью которого Земля получает от Солнца тепло. Тепло невидимо. Та часть излучения, которая видима глазом человека, называется видимым излучением.
Именно это излучение рассматривается как световое явление.
Раздел физики, посвященный световым явлениям называют оптикой (греч. «оптикос» — «глаз», «зрительный», «видимый»).
Не умея объяснить природу света, многие древние ученые придерживались мнения о том, что световые лучи исходят из глаз человека и «ощупывают» все вокруг. Некоторые считали, что есть другое объяснение свету, но не могли его сделать, не зная теории электромагнетизма. Как же далеки были эти люди от современных знаний в оптической области физики.
Сейчас известна природа света, свойства его, строение глаза, создано большое число оптических устройств и простых приборов. Световые явления широко используются в жизни человека.
Создается световое излучение источниками света, которые бывают естественными и искусственными. Сама природа создала естественные источники света. Искусственные источники придумал и изготовил человек.
Естественные (природные) источники света:
Солнце и другие звезды;
молния;
полярные сияния;
светящиеся вещества (фосфор, радий, актиний и другие);
насекомые (например, светлячки, грибные комары);
морские животные (медузы, электрические скаты, угри и другие);
старые гниющие пни;
светящиеся грибы.
Среди таких источников есть яркие, дающие много света, а есть едва видимые в темноте.
Например, науке известно уже около семидесяти видов светящихся грибов. Из них некоторые можно увидеть ночью на расстоянии десяти метров.
Светящиеся грибы.
Светиться могут подгнившие грузди и старые сыроежки.
Подкрашенный фосфором циферблат часов.
Светящиеся медузы.
Искусственные источники света:
всевозможные фонари и лампы;
прожекторы и маяки;
экраны телевизоров, проекторов;
гаджеты;
светящиеся рекламы;
свечи.
Ночной город.
Не может деятельность человека протекать без освещения. Трудно представить современный город в ночное время без освещенного дома, улицы, квартиры.
Созданные человеком источники света.
Искусственное освещение создано человеком лишь благодаря научному подходу к изучению таких интересных явлений природы – световых.
Распространение света
Чтобы лучше понять, как свет распространяется, введено понятие светового луча. А там, где лучи, там геометрия. Поэтому появился новый подход к световым явлениям, который называется геометрическая оптика.
Для практического изучения света учеными рассматриваются узкие пучки световых лучей. Для их получения используют непрозрачные экраны с отверстиями.
Каковы же главные законы, по которым свет распространяется?
Один из них подтверждается достаточно легко. Человек, который не хочет, чтобы яркий свет бил ему в глаза, приставляет ко лбу ладонь. Он видит окружающие предметы, а свет прямо в глаза ему не попадает.
Это говорит о том, что свет не может обогнуть ладонь и попасть в глаза наблюдателю. Этот пример показывает, что свет идет по прямой.
Значит, существует закон прямолинейного распространения света. Он звучит так:
Как на рисунке, луч света не пойдет. Он не может огибать препятствия.
Первая научная формулировка этого важного закона была дана в третьем веке до нашей эры Евклидом.
В соответствии с этим законом свет в одной и той же среде не может идти по ломаной траектории и огибать препятствия. Отсюда вытекает понятие тени. Тень сопровождает человека всюду.
На экране тень и полутень. Источник
Если поместить между источником света предмет, например, шар, он перекроет путь световых лучей. За шаром на экране в центре тень более темная, чем по краям. Почему так?
Объяснить это можно, проведя два эксперимента.
Первый. Источник по своим размерам очень мал по сравнению с шаром и расстоянием до экрана. Такой источник света называют точечным. Пусть это будет светящаяся точка А. Та часть прямых лучей, которая упирается на шар не дойдет до экрана, и в соответствующей области его образуется темное пятно – тень. Лучи, идущие выше и ниже шара достигают цели и на экране в этой области светло.
Второй эксперимент. Берется источник света большой или сравнимый с предметом, помещенным между источником и экраном. Такой источник содержит огромное число светящихся точек, испускающих лучи. Из каждой точки, которые находятся между А и В выходит такой же пучок света, как и в первом эксперименте.
Потоки лучей из разных точек источника устремляются к экрану, но доходят до него не все. Мешает шар, дающий для каждого потока свою тень. Все тени пересекаются в центре экрана и образуют общее темное пятно – общую тень. Вокруг нее образуется область размытая, куда от одних точек свет попадает, а от других нет – это полутень.
Природа предоставила человеку яркий пример распространения света, который очень напоминает второй эксперимент. Это солнечные и лунные затмения.
Солнечное затмение.
Они происходят, когда Солнце, Луна и Земля, двигаясь по законам Солнечной системы, выстраиваются в одну линию, как показано на схемах.
Схема солнечного затмения. Источник
Схема лунного затмения. Источник
Затмения для науки представляют большой интерес, особенно солнечные. Они позволяют наблюдать, хоть и кратковременно, состояние солнечной атмосферы, процессы внутри ее и состав.
Отражение света и его законы
Наверное, нет человека, который бы не наблюдал одно из явлений. Снежинки попадают в свет фар автомобиля или солнечные лучи попадают в запыленную комнату, или солнце освещает влажный воздух леса.
Сами снежинки не являются источниками света, но человек их видит. Но видит только те, которые падают на землю в свете фар. Падающий снег за пределами автомобиля человеческий глаз не фиксирует.
В пыльной комнате наблюдается плавное движение мелких пылинок в том месте, где через окно проникает солнечный свет. Но ведь это не значит, что пыль в комнате находится только там, где лучи света. Пылинки летают по всей комнате, но не видны глазом.
В утреннем влажном лесу там, куда прокрадываются яркие лучи, становятся видны мельчайшие капельки воды и лесные пылинки. Они тоже есть по всему лесу, но видны только, где свет.
Эти явления объясняются тем, что человеческий глаз воспринимает свет, идущий от источника или отраженный от освещенного тела.
Если взять в темноте лист бумаги, то сказать, какого цвета этот лист, невозможно. Лист – не источник света и не освещен, поэтому он невидим. Другое дело, если лист попал в руки в светлом помещении. Человек его видит, так как бумага отражает световые лучи, отраженные лучи уже попадают в глаз.
Так снежинки в свете фар, капельки воды и пылинки на свету отражают лучи света, которые и воспринимает человек.
Приведенные примеры показывают, что свет обладает свойством отражения. Как и прямолинейность распространения света, древнегреческим ученым Евклидом был открыт первый закон отражения света. «Световые лучи обратимы» — утверждали древние ученые. Современная трактовка закона следующая:
Для экспериментального подтверждения этого закона используется устройство, называемое оптическим диском.
Оптический диск.
На светлый круг этого прибора нанесена шкала с градусами. Яркая лампочка осветителя находится в светонепроницаемом футляре с очень узким отверстием. В центре диска прикрепляется отражающая поверхность, например, зеркальная пластинка. Осветитель имеет возможность перемещаться вокруг диска.
Из осветителя луч света от лампочки падает на пластинку и отражается от нее. Если переместить осветитель, направление падения луча света изменится. Соответственно изменится и направление отражения света. Но все это происходит в одной плоскости диска, что подтверждает первый закон отражения света.
При сравнении углов, которые образуются световыми лучами в этих опытах, подтверждается второй закон отражения света. Но прежде, чтобы его понять, следует изучить геометрическую схему отражения света.
На схеме представлен геометрический подход к изучению световых явлений. Пучки света заменены геометрическими лучами и добавлены некоторые геометрические элементы, нужные для исследования.
α – угол падения;
β – угол отражения.
прямая MN – плоскость отражения;
СО – перпендикуляр к поверхности отражения;
АО – падающий луч;
ОВ – отраженный луч;
Нужно четко запомнить: углы падения и отражения берутся не к поверхности отражения, а к проведенному в точку падения перпендикуляру.
Если передвигать осветитель вокруг диска, угол падения будет меняться. Угол отражения тоже изменится и будет таким же, как угол падения. Это свойство отражения является вторым законом отражения света:
Если падающий луч пойдет от точки В по направлению ВО, то он отразится от поверхности MN как раз по линии ОА. Это свойство называют обратимостью световых лучей, о чем говорили еще в древности, но дать научного объяснения не могли.
Почему сломался карандаш?
Наблюдательный рыболов видит, что весла от его лодки при погружении в воду как будто ломаются. Когда весла над поверхностью воды, они снова прямые. Почему? Это объясняют оптические законы.
Взмахнуть рукой в воздухе гораздо легче, чем провести рукой внутри воды. Вот и свет проходит в разных средах (например, в вакууме, стекле, воздухе, алмазе, воде) тоже по-разному. На границе двух различных сред меняется направление хода лучей света.
Углы падения и преломления, которые определяются, как и при отражении, с помощью перпендикуляра к границе раздела, в данном случае не равны.
Вот почему карандаш выглядит в стакане сломанным. Здесь не нужно путать световые лучи и сам карандаш. Лучи идут человеку в глаз, как показано на чертеже. То, что карандаш воспринимается глазом в сломанном виде – это оптическая иллюзия, созданная ходом всех лучей, отражающихся от карандаша.
Как проходит свет в разных средах?
Различные среды преломляют лучи по-разному. Так, на границе между воздухом и водой угол преломления примерно 30 о , а на границе воздух – алмаз, угол преломления около 21 о . Причем, это с одним углом падения в 60 о .
Не всегда угол преломления меньше угла падения, как в приведенных примерах. Если вспомнить, что свет – это электромагнитная волна, то значит, он обладает скоростью (300 000 км/с в вакууме). В веществах скорость света другая, всегда меньше.
На своем пути лучи света проходят по различным прозрачным веществам, которые образуют оптическую среду. Если скорость света в одной среде больше, чем в другой, то первая среда называется оптически менее плотной, а вторая – оптически более плотной средой. Например, попадая в воду из воздуха, лучи света переходят из оптически менее плотной среды (воздух) в оптически более плотную (воду).
Преломление лучей на границе раздела связано с оптической плотностью каждой из сред следующим правилом:
Отсюда видно, что угол преломления может быть больше или меньше угла падения. Все объясняется оптическими свойствами среды, куда переходит световой луч.
