Урок 26. Свет. Источники света
На этом уроке
Вы узнаете:
|
Ключевые слова
Свет, естественные и искусственные источники света, оптика
Основное содержание урока
1. Раздел физики, в котором изучают световые явления, называют оптикой.
Геометрическая оптика – раздел оптики, в котором изучают законы распространения света, основываясь на представлении о световых лучах.
Волновая оптика – раздел оптики, который описывает распространение света с учётом его волновой природы.
2. Тела, от которых исходит свет, называют источниками света.
Естественные источникисвета – созданные природой.
Искусственные источникисвета – созданные человеком. Их делят натепловые и люминесцентные.
3. Мы видим тела, которые сами не являются источниками света, так как свет отражается от поверхности тела, и человеческий глаз реагирует на этот отражённый свет.
Все с детства знают как минимум один источник света: это Солнце.
Солнечный свет играет огромную роль в нашей жизни, как и в жизни многих организмов на нашей планете. Также, от Солнца нам передаётся и тепло (то есть энергия). Из этого мы можем сделать вывод, что свет — это излучение. Его называют видимым излучением, потому что свет — это та часть излучения, которую мы в состоянии увидеть. Итак, мы можем сказать, что свет — это электромагнитное излучение, которое мы в состоянии увидеть невооруженным глазом.
На самом деле, природа света очень сложна, и подробно мы будем изучать её значительно позже. Ведь мы знаем, что свет бывает ярким и тусклым, обладает разным цветом, разной интенсивностью и продолжительностью излучения. Всё это зависит от процессов, которые происходят внутри атомов тех или иных тел. Но об этом мы поговорим позже. Сегодня, мы рассмотрим самые простые и очевидные световые явления.
Любое тело, которое излучает свет, называется источником света.
То есть, источником света могут быть лампочка, фонарик, свеча и так далее. Помимо Солнца, другие звезды тоже являются источниками света. Есть искусственные и естественные источники света. К искусственным источникам относятся источники света, которые были кем-то созданы (но не природой).
То есть, например, лампочка — это искусственный источник света, а Солнце — естественный.
Каждый источник испускает световые лучи. Ну, например, всем хорошо знакомо выражение «лучик солнца». Так вот, световой луч — это линия, вдоль которой передается энергия от источника света.
Ведь мы только что выясняли, что свет — это видимая часть излучения, а излучение — это один из способов теплопередачи. А теплопередача, конечно, является передачей энергии.
Существует, также, такое понятие, как световой пучок. Световым пучком называют область пространства, в пределах которой распространяется свет.
Все вы знаете, что если источник света перекрывается каким-то непрозрачным объектом, то этот источник мы не увидим. Более того, непрозрачный объект будет отбрасывать тень.
Это объясняется довольно просто: в однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно. То есть, световые лучи являются прямыми. Конечно, свет не может сам по себе каким-то образом обогнуть препятствие.
Теперь поговорим о тени. Тень — это область пространства, в которую не попадает свет от источника.
Как мы уже сказали, достаточно просто преградить дорогу света каким-то непрозрачным объектом, и появится тень. Существуют даже, так называемые теневые театры, где все действия показываются с помощью теней.
Сзади белого экрана расположен источник света. На экран накладываются различные объекты. В результате, зритель видит тень с другой стороны экрана.
Давайте разберёмся, как образуется тень. Это легко сделать, находясь дома: достаточно в тёмной комнате посветить фонариком на мяч. Или зажечь свечу и сделать «собачку» или «птичку». Вариантов много. Но давайте остановимся на фонарике с мячиком. Итак, свет не может пройти сквозь мячик, поэтому, позади мячика образуется пространство, в которое свет не попадает. То есть, тень.
Теперь сделаем маленькое уточнение. Лампочка фонарика, в данном случае, является точечным источником света. Источник называется точечным, когда его размеры очень малы по сравнению с расстоянием до нас.
То есть, если диаметр лампочки фонарика составляет 2-3 см, а мы стоим за 5 м от фонарика, то фонарик — это точечный источник света. Точнее, не сам фонарик, а лампочка внутри фонарика. Для нас даже огромные звезды могут являться точечными источниками света из-за ещё более огромного расстояния между ними и Землей. Действительно, ведь если посмотреть на звёздное небо, то все звёзды кажутся нам совсем крошечными.
А теперь повторим наш опыт, только вместо фонарика, возьмём большую лампу. Она уже не будет точечным источником света, поскольку её размеры сравнимы с расстоянием до мячика.
В этом случае, мы будем наблюдать другую картину: на стене появятся две четко разграниченные области: тень и полутень. Полутень, как мы видим, светлее, чем тень, но тусклее, чем освещённая часть. Потому что на полутень попала только часть света. Дело в том, что лампа не является точечным источником. Она как бы делится на много точечных источников. Каждая точка испускает лучи света. В итоге, образуются три области: туда, куда попали все лучи, туда, куда вообще не попали лучи света (то есть тень) и туда, куда попала только часть лучей света. Эта область и называется полутенью. В первом случае, когда не было полутени, мы называли затемнённое пространство тенью. Во втором случае, когда мы получили полутень, иногда тень называют полной тенью.
Конечно, каждый из вас может привести сотни примеров того, когда мы сталкиваемся с образованием тени или полутени в повседневной жизни. Мы обратим внимание, на не совсем повседневные, но интересные явления. Это солнечные и лунные затмения. Итак, что же происходит при затмениях. Мы прекрасно знаем, что Земля вращается вокруг Солнца, а Луна — вокруг Земли. Это значит, что в определённые моменты, Солнце, Луна и Земля могут находиться на одной прямой. Проходя между Солнцем и Землёй, Луна на время закрывает Солнце, отбрасывая тень на Землю. Заметим, что как Луна может находиться между Землёй и Солнцем, так и Земля может находиться между Солнцем и Луной. Итак, в случае, если Земля между Солнцем и Луной, Солнце, конечно, исполняет роль источника света, а Земля — перекрывающего объекта.
Солнце нельзя считать точечным источником по отношению к Земле, поэтому, Земля отбросит тень и полутень. Но, поскольку Луна меньше Земли, она попадёт в полную тень. То есть, Луну видно не будет. Произойдёт лунное затмение.
Теперь рассмотрим солнечные затмения, то есть, когда Луна между Солнцем и Землёй. Луна также отбросит тень и полутень на Землю.
В полной тени будет наблюдаться полное солнечное затмение (то есть Солнце вообще не будет видно с той области Земли, которая попала в полную тень). Видно будет только верхние слои атмосферы Солнца, которые часто называют короной. В областях Земли, которые попадут в полутень, будет наблюдаться частное солнечное затмение. То есть, будет видно только часть Солнца, потому что только часть света попадает в полутень. Конечно, учёные могут предсказать затмения на много лет вперёд, потому что уже очень хорошо изучили движение Земли и Луны. Это нужно, например, для того, чтобы понаблюдать за короной Солнца.
Обычно, корону разглядеть невозможно из-за слишком яркого солнечного света, а при полном солнечном затмении это удобно. Поэтому, даты и места ближайших солнечных затмений уже давно известны.
Разбор типового тренировочного задания
Раздел оптики, в котором изучаются законы распространения света с учётом его волновой природы, называется:
· геометрическая оптика
· электромагнитная оптика
· волновая оптика
· линейная оптика
Ответ: волновая оптика.