Обман зрения. Оптические иллюзии. Опыты по физике. Интересные опыты по физике Оптические эксперименты

Введение

1.Литературный обзор

1.1. История развития геометрической оптики

1.2. Основные понятия и законы геометрической оптики

1.3. Элементы призмы и оптические материалы

2. Экспериментальная часть

2.1.Материалы и методика эксперимента

2.2. Результаты экспериментов

2.2.1. Демонстрационные опыты с использованием стеклянной призмы с преломляющим углом 90º

2.2.2. Демонстрационные опыты с использованием стеклянной призмы заполненной водой, с преломляющим углом 90º

2.2.3. Демонстрационные опыты с использованием пустотелой стеклянной призмы, и заполненной воздухом, с преломляющим углом 74º

2.3. Обсуждение результатов опытов

Список использованной литературы

Введение

Определяющая роль эксперимента при изучении физики в школе отвечает главному принципу естественных наук, в соответствии с которым эксперимент является основой познания явлений. Демонстрационные опыты способствуют созданию физических понятий. Среди демонстрационных экспериментов одно из самых важных мест занимают опыты по геометрической оптике, которые позволяют наглядно показать физическую природу света и продемонстрировать основные законы распространения света.

В данной работе исследована проблема постановки опытов по геометрической оптике с использованием призмы в средней школе. Выбраны наиболее наглядные и интересные опыты по оптике с использованием оборудования, которое может быть приобретено любой школой или изготовлено самостоятельно.

Литературный обзор

1.1 История развития геометрической оптики.

Оптика относится к таким наукам, первоначальные представления которых возникли в глубокой древности. На протяжении своей многовековой истории она испытывала непрерывное развитие, и в настоящее время является одной из фундаментальных физических наук, обогащаясь открытиями все новых явлений и законов.

Важнейшая проблема оптики - вопрос о природе света. Первые представления о природе света возникли в древние века. Ан­тичные мыслители пытались понять сущность световых явлений, базируясь на зрительных ощущениях. Древние индусы думали, что глаз имеет «огненную природу». Греческий философ и матема­тик Пифагор (582-500 гг. до н. э.) и его школа считали, что зри­тельные ощущения возникают благодаря тому, что из глаз к предме­там исходят «горячие испарения». В своем дальнейшем развитии эти взгляды приняли более четкую форму в виде теории зритель­ных лучей, которая была развита Евклидом (300 лет до н. э.). Со­гласно этой теории зрение обусловлено тем, что из глаз истекают «зрительные лучи», которые ощупывают своими концами тела и создают зрительные ощущения. Евклид является основоположником учения о прямолинейном распространении света. Применив к изу­чению света математику, он установил законы отражения света от зеркал. Следует отметить, что для построения геометрической тео­рии отражения света от зеркал не имеет значения природа происхо­ждения света, а важно лишь свойство его прямолинейного распро­странения. Найденные Евклидом закономерности сохранились и в современной геометрической оптике. Евклиду было знакомо и пре­ломление света. В более позднее время аналогичные взгляды раз­вивал Птолемей (70-147 гг. н. э.). Им уделялось большое внима­ние изучению явлений преломления света; в частности, Птолемей производил много измерений углов падения и преломления, но закона преломления ему установить не удалось. Птолемей заметил, что положение светил на небе меняется вследствие преломления света в атмосфере.

Кроме Евклида, действие вогнутых зеркал знали и другие уче­ные древности. Архимеду (287-212 гг. до и. э.) приписывают сож­жение неприятельского флота при помощи системы вогнутых зер­кал, которыми он собирал солнечные лучи и направлял на римские корабли. Определенный шаг вперед сделал Эмпедокл (492-432 гг. до н. з.), который считал, что от светящихся тел направляются истечения к глазам, а из глаз исходят истечения по направлению к телам. При встрече этих истечений возникают зрительные ощуще­ния. Знаменитый греческий философ, основатель атомистики, Демокрит (460-370 гг. до н, э.) полностью отвергает представление о зрительных лучах. Согласно воззрениям Демокрита, зрение обу­словлено падением на поверхность глаза мелких атомов, исходящих от предметов. Аналогичных взглядов позднее придерживался Эпи­кур (341-270 гг. до н. э.). Решительным противником «теории зри­тельных лучей» был и знаменитый греческий философ Аристотель (384-322 гг. до н. э.), который считал, что причина зрительных ощу­щений лежит вне человеческого глаза. Аристотель сделал попытку дать объяснение цветам как следствию смешения света и темноты.

Следует отметить, что воззрения древних мыс­лителей в основном базировались на простейших наблюдениях явле­ний природы. Античная физика не имела под собой необходимого фундамента в виде экспериментальных исследований. Поэтому учение древних о природе света носит умозрительный характер. Тем не менее, хотя эти воззрения в большинстве являются только гениаль­ными догадками, они, безусловно, оказали большое влияние на дальнейшее развитие оптики.

Арабский физик Альгазен (1038) в своих исследованиях развил ряд вопросов оптики . Он занимался изучением глаза, преломлением света, отражением света в вогнутых зеркалах. При изучении пре­ломления света Альгазеи, в противоположность Птолемею, доказал, что углы падения и преломления не пропорциональны, что было толчком к дальнейшим исследованиям с целью отыскания закона преломления. Альгазену известна увеличительная способность сферических стеклянных сегментов. По вопросу о природе света Альгазен стоит на правильных позициях, отвергая теорию зри­тельных лучей. Альгазен исходит из представления, что из каждой точки светящегося предмета исходят лучи, которые, достигая глаза, вызывают зрительные ощущения. Альгазен считал, что свет обладает конечной скоростью распространения, что само по себе представ­ляет крупный шаг в понимании природы света. Альгазен дал пра­вильное объяснение тому, что Солнце и Луна кажутся на горизонте больше, чем в зените; он объяснял это обманом чувств.

Эпоха Возрождения. В области науки постепенно побеждает экспериментальный метод изучения природы. В этот период в оптике был сделан ряд выдающихся изобретений и открытий. Франциску Мавролику (1494 -1575) принадлежит заслуга достаточно верного объяснения действии очков. Мавролик также нашел, что вогнутые линзы не собирают, а рассеивают лучи. Им было установлено, что хрусталик является важнейшей частью глаза, и сделано заключение о причи­нах дальнозоркости и близорукости как следствиях ненормального преломления света хрусталиком Мавролик дал правильное объя­снение образованию изображений Солнца, наблюдаемых при про­хождении солнечных лучей через малые отверстия. Далее следует назвать итальянца Порта (1538-1615), который в 1589 г. изобрел камеру-обскуру - прообраз будущего фотоаппарата. Несколькими годами позже были изобретены основные оптические инструменты - микроскоп и зрительная труба.

Изобретение микроскопа (1590) связывают с именем голланд­ского мастера-оптика Захария Янсена. Зрительные трубы начали изготовлять примерно одновременно (1608-1610) голландские оп­тики Захарий Янсен, Яков Мециус и Ганс Липперсгей. Изобрете­ние этих оптических инструментов привело в последующие годы к крупнейшим открытиям в астрономии и биологии. Немецкому физику и астроному Н. Кеплеру (1571-1630) принадлежат фунда­ментальные работы по теории оптических инструментов и физиоло­гической оптике, основателем которой он по праву может быть наз­ван, Кеплер много работал над изучением преломления света.

Большое значение для геометрической оптики имел принцип Ферма, названный так по имени сформулировавшего его француз­ского ученого Пьера Ферма (1601-1665). Этот принцип устанавли­вал, что свет между двумя точками распространяется по такому пути, на прохождение которого затрачивает минимум времени. Отсюда следует, что Ферма, в противоположность Декарту, считал скорость распространения света конечной. Знаменитый итальян­ский физик Галилей (1564-1642) не проводил систематических ра­бот, посвященных исследованию световых явлений. Однако и в оптике ему принадлежат работы, принесшие науке замечательные плоды. Галилей усовершенствовал зрительную трубу и впервые применил ее к астрономии, в которой он сделал выдающиеся откры­тия, способствовавшие обоснованию новейших воззрений на строе­ние Вселенной, базировавшихся на гелиоцентрической системе Коперника. Галилею удалось создать зрительную трубу с увеличе­нием, рамным 30, что во много раз превосходило увеличение зри­тельных труб первых ее изобретателей. С ее помощью он обнаружил горы и кратеры на поверхности Луны, открыл спутники у планеты Юпитер, обнаружил звездную структуру Млечного Пути и т. д. Галилей пытался измерить скорость света в земных условиях, но не достиг успеха ввиду слабости экспериментальных средств, имев­шихся для этой цели. Отсюда следует, что Галилей уже имел пра­вильные представления о конечной скорости распространения света. Галилей наблюдал также солнечные пятна. Приоритет открытия солнечных пятен Галилеем оспаривал ученый-иезуит Патер Шейнер (1575-1650), которым провел точные наблюдения солнечных пятен и солнечных факелов с помощью зрительной трубы, устроен­ной по схеме Кеплера. Замечательным в работах Шейнера являет­ся то, что он превратил зрительную трубу в проекционный прибор, выдвигая окуляр больше, чем было нужно для ясного видения глазом, это давало возможность получить изображение Солнца на экране и демонстрировать ого при различной степени увеличения нескольким лицам одновременно.

XVII столетие характеризуется дальнейшим прогрессом в различных областях науки, техники и производства. Значительное развитие получает ма­тематика. В различных странах Европы создаются научные обще­ства и академии, объединяющие ученых. Благодаря этому наука становится достоянием более широких кругов, что способствует установлению международных связей в науке. Во второй половине XVII столетия окончательно победил экспериментальный метод изу­чения явлений природы.

Крупнейшие открытия этого периода связаны с именем гениального английского физика и математика Исаака Ньютона /(1643- 1727). Наиболее важным экспериментальным открытием Ньютона в оптике является дисперсия света в призме (1666). Исследуя прохождение пучка белого света через трехгранную призму, Ньютон уста­новил, что луч белого света распадается на бесконечную совокуп­ность цветных лучей, образующих непрерывный спектр. Из этих опытов был сделан вывод о том, что белый свет представляет собой сложное излучение. Ньютон произвел и обратный опыт, собрав с по­мощью линзы цветные лучи, образовавшиеся после прохождения через призму луча белого света. В результате он опять получил белый свет. Наконец, Ньютон провел опыт смешения цветов с по­мощью вращающегося круга, разделенного на несколько секторов, окрашенных в основные цвета спектра. При быстром вращении диска все цвета сливались в один, создавая впечатление бело­го цвета.

Результаты этих фундаментальных опытов Ньютон положил в основу теории цветов, которая до этого не удавалась никому из его предшественников. Согласно теории цветов цвет тела определяется теми лучами спектра, которые это тело отражает; другие же лучи тело поглощает.

1.2 Основные понятия и законы геометрической оптики. Раздел оптики, который основан на представлении о световых лучах как прямых линиях, вдоль которых распространяется энергия света, называется геометрической опти­кой . Такое название ей дано потому, что все явления распростране­ния света здесь могут быть исследованы путем геометрических по­строений хода лучей с учетом закона отражения и преломле­ния света. Этот закон является основой геометрической оптики.

Однако там, где речь идет о явлениях, взаимодействия света с препятствиями, размеры которых достаточно малы, законы геометрической оптики оказываются недостаточными и необходимо пользоваться законами волновой оптики. Геометрическая оптика дает возможность разо­брать основные явления, связанные с прохождением света через линзы и другие оптические системы, а также с отражением света от зер­кал. Понятие о световом луче, как о бесконечно тонком пучке света, распространяющемся прямолинейно, естественно приводит к законам прямолинейного распространения света и независимого распространения световых пучков. Именно эти, законы совместно с законами преломления и отражения света и являются основными законами геометрической оптики, которые не только объясняют многие физические явления, но и позволяют проводить расчеты и конструирование оптических приборов. Все эти законы вначале были установлены как эмпирические, то есть, основаны на опытах, наблюдениях.

РАССЕЯНИЕ СВЕТА

Частицы вещества, пропускающего свет, ведут себя подобно крохотным антеннам. Эти «антенны» принимают световые электромагнитные волны, и передают их в новых направлениях. Этот процесс называется рэлеевским рассеянием по имени английского физика лор­да Рэлея (Джон Уильям Стретт, 1842- 1919).

Опыт 1

Положите лист белой бумаги на стол, а рядом с ним фонарик таким образом, чтобы источник света располагался посередине длинной стороны листа бумаги.
Наполните два бесцветных прозрачных пластиковых стакана водой. С помощью маркера обозначьте стаканы буквами А и В.
Добавьте каплю молока в стакан В и размешайте
Сложите лист белого картона размером 15х30 см вместе короткими концами и согните его пополам в виде шалашика. Он будет служить вам экраном. Установите экран напротив фонарика, с противоположной стороны листа бумаги.

Затемните комнату, включите фонарик и заметьте цвет светового пятна, образованного фонариком на экране.
Поставьте стакан А в центре листа бумаги, перед фонариком, и сделайте следующее: заметьте цвет светового пятна на экране, которое образовалось в результате прохождения света от фонаря через воду; внимательно посмотрите на воду и отметьте, как изменился цвет воды.
Повторите действия, заменив стакан А на стакан В.

В результате цвет светового пятна, образованного на экране лучом света фонаря, на пути которого нет ничего, кроме воздуха, может быть белым или слегка желтоватым. Когда луч света проходит через чистую воду, цвет пятна на экране не меняется. Не меняется также и цвет воды.
Но после прохождения луча через воду, в которую добавлено молоко, световое пятно на экране кажется желтым или даже оранжевым, а вода становится голубоватого оттенка.

Почему?
Свет, как и электромагнитное излучение вообще, обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Распространение света имеет волнообразный характер, а его взаимодействие с веществом происходит так, как будто световое излучение состоит из отдельных частиц. Световые частицы – кванты (иначе фотоны), представляют собой сгустки энергии с различными частотами.

Фотоны имеют свойства как частицы, так и волны. Поскольку фотоны испытывают волновые колебания, за размер фотона принимается длина волны света соответствующей частоты.
Фонарь является источником белого света. Это видимый свет, состоящий из всевозможных оттенков цветов, т.е. излучения разных длин волн - от красного, с наибольшей длиной волны, до голубого и фиолетового, с наиболее короткими длинами волн в видимом диапазоне Когда световые колебания разных длин волн смешиваются, глаз воспринимает их и мозг интерпретирует эту комбинацию как белый цвет, т.е. отсутствие цвета. Свет проходит через чистую воду, не приобретая никакого цвета.

Но при прохождении света через воду, подкрашенную молоком, мы замечаем, что вода стала голубоватой, а световое пятно на экране - желто-оранжевым. Это произошло в результате рассеяния (отклонения) части световых волн. Рассеяние может быть упругим (отражение), при котором фотоны сталкиваются с частицами и отскакивают от них, совершенно так же, как два бильярдных шара отскакивают друг от друга. Наибольшему рассеянию подвергается фотон, когда он сталкивается с частицей примерно такого же, как он сам, размера.

Маленькие частицы молока в воде лучше всего рассеивают излучение коротких длин волн - синее и фиолетовое. Таким образом, при прохождении белого света через воду, подкрашенную молоком, ощущение бледно-голубого цвета возникает из-за рассеяния коротких длин волн. После рассеяния на частицах молока коротких длин волн из светового пучка в нем остаются в основном длины волн желтого и оранжевого цвета. Они и проходят дальше, к экрану.

Если размер частицы больше, чем максимальная длина волны видимого света, рассеянный свет будет состоять из всех длин волн; такой свет будет белым.

Опыт 2

Как зависит рассеяние от концентрации частиц?
Повторите опыт, используя разные концентрации молока в воде, от 0 до 10 капель. Понаблюдайте изменения оттенков цветов воды и света, пропущенного водой.

Опыт 3

Зависит ли рассеяние света в среде от скорости света в этой среде?
Скорость света зависит от плотности вещества, в котором распространяется свет. Чем больше плотность среды, тем медленнее распространяется в ней свет

Помните, что рассеяние света в разных веществах можно сравнить, наблюдая за яркостью этих веществ. Зная, что скорость света в воздухе составляет 3 х 108 м/с, а скорость света в воде 2,23 х 108 м/с, можно сравнить, например, яркость мокрого речного песка с яркостью сухого песка. При этом надо иметь в виду тот факт, что свет, падающий на сухой песок, проходит через воздух, а свет, падающий на мокрый песок, - через воду.

Насыпьте песок в разовую бумажную тарелку. Налейте с края тарелки немного воды. Отметив яркость разных участков песка в тарелке, сделайте вывод, в каком песке рассеяние больше: в сухом (в котором песчинки окружены воздухом) или в мокром (песчинки окружены водой). Можно попробовать испытать и другие жидкости, например, растительное масло.

Дидактический материал

Распространение света

Как мы знаем, один из видов теплопередачи – это излучение. При излучении передача энергии от одного тела к другим может осуществляться даже в вакууме. Существует несколько разновидностей излучений, одна из них – видимый свет.

Освещенные тела постепенно нагреваются. Значит, свет действительно представляет собой излучение.

Световые явления изучаются разделом физики, который называют оптикой. Слово "оптика" по-гречески означает "видимый", ведь свет – это видимый вид излучения.

Изучение световых явлений имеет чрезвычайно важное значение для человека. Ведь более девяносто процентов информации мы получаем благодаря зрению, то есть способности воспринимать световые ощущения.

Тела, излучающие свет, называются источниками света – естественными или искусственными.

Примеры естественных источников света – это Солнце и другие звезды, молния, светящиеся насекомые и растения. Искусственные источники света – это свеча, лампа, горелка и многие другие.

В любом источнике света при излучении расходуется энергия.

Солнце излучает свет благодаря энергии от происходящих в его недрах ядерных реакций.

Керосиновая лампа преобразует в свет энергию, выделяющуюся при сгорании керосина.

Отражение света

Человек видит источник света, когда луч, исходящий из этого источника, попадает в глаз. Если же тело не является источником, то глаз может воспринимать лучи от какого-либо источника, отраженные этим телом, то есть, упавшие на поверхность этого тела и изменившие при этом направление дальнейшего распространения. Тело, отражающее лучи, становится источником отраженного света.

Упавшие на поверхность тела лучи изменяют направление дальнейшего распространения. При отражении свет возвращается в ту же среду, из которой он упал на поверхность тела. Тело, отражающее лучи, становится источником отраженного света.

Когда мы слышим это слово "отражение", прежде всего, нам вспоминается зеркало. В быту чаще всего используются плоские зеркала. С помощью плоского зеркала можно провести простой опыт, чтобы установить закон, по которому происходит отражение света. Поставим осветитель на лежащий на столе лист бумаги таким образом, чтобы тонкий пучок света лежал в плоскости стола. В этом случае световой пучок будет скользить по поверхности листа бумаги, и мы его сможем видеть.

Установим вертикально на пути тонкого светового пучка плоское зеркало. Пучок света отразится от него. Можно убедиться, что отраженный пучок, как и падающий на зеркало, скользит по бумаге в плоскости стола. Отметим карандашом на листе бумаги взаимное расположение обоих световых пучков и зеркала. В результате получим схему проведенного опыта.Угол между падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным к отражающей поверхности в точке падения, в оптике принято называть углом падения. Угол между тем же перпендикуляром и отраженным лучом – это угол отражения. Результаты опыта таковы:

1. Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр к отражающей поверхности, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости.
2. Угол падения равен углу отражения. Эти два вывода представляют собой закон отражения.

Глядя на плоское зеркало, мы видим изображения предметов, которые перед ним расположены. Изображения эти в точности повторяют внешний вид предметов. Кажется, что эти предметы-двойники расположены позади поверхности зеркала.

Рассмотрим изображение точечного источника в плоском зеркале. Для этого произвольно проведем от источника несколько лучей, построим соответствующие им отраженные лучи и затем достроим продолжения отраженных лучей за плоскость зеркала. Все продолжения лучей пересекутся за плоскостью зеркала в одной точке: эта точка и есть изображение источника.

Поскольку в изображении сходятся не сами лучи, а только их продолжения, в действительности изображения в этой точке нет: нам только кажется, что из этой точки исходят лучи. Подобное изображение принято называть мнимым.

Преломление света

Когда свет достигает раздела двух сред, часть его отражается, другая же часть проходит сквозь границу, преломляясь при этом, то есть, изменяя направление дальнейшего распространения.

Монета, погруженная в воду, кажется нам более крупной по сравнению с тем, когда она просто лежит на столе. Карандаш или ложка, помещенные в стакан с водой, видятся нам надломленными: часть, находящаяся в воде, кажется приподнятой и немного увеличенной. Эти и многие другие оптические явления объясняются преломлением света.

Преломление света связано с тем, что в разных средах свет распространяется с различной скоростью.

Скорость распространения света в той или иной среде характеризует оптическую плотность данной среды: чем выше скорость света в данной среде, тем меньше ее оптическая плотность.

Как изменится угол преломления при переходе света из воздуха в воду и при переходе из воды в воздух? Опыты показывают, что при переходе из воздуха в воду угол преломления оказывается меньшим, чем угол падения. И наоборот: при переходе из воды в воздух угол преломления оказывается больше угла падения.

Из опытов по преломлению света стали очевидными два факта: 1. Падающий луч, преломленный луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения, лежат в одной плоскости.

1. При переходе из оптически более плотной среды в оптически менее плотную угол преломления больше угла падения. При переходе из оптически менее плотной среды в оптически более плотную угол преломления меньше угла падения.

Интересное явление можно наблюдать, если постепенно увеличивать угол падения при переходе света в оптически менее плотную среду. Угол преломления в этом случае, как известно, больше угла падения, и, с увеличением угла падения, угол преломления также будет увеличиваться. При некотором значении угла падения угол преломления станет равен 90о.

Будем постепенно увеличивать угол падения при переходе света в оптически менее плотную среду. С увеличением угла падения, угол преломления также будет увеличиваться. Когда угол преломления станет равным девяносто градусов, преломленный луч не переходит во вторую среду из первой, а скользит в плоскости границы раздела этих двух сред.

Такое явление называют полным внутренним отражением, а угол падения, при котором оно происходит – предельным углом полного внутреннего отражения.

Явление полного внутреннего отражения широко используется в технике. На этом явлении основано применение гибких оптических волокон, по которым проходят световые лучи, многократно отражаясь от стенок.

Свет не выходит за пределы волокна вследствие полного внутреннего отражения. Более простое оптическое устройство, в котором используется полное внутреннее отражение, – это оборотная призма: она переворачивает изображение, меняя местами входящие в нее лучи.

Изображение в линзах

Линзу, толщина которой мала по сравнению с радиусами сфер, образующих поверхности этой линзы, называют тонкой. В дальнейшем мы будем рассматривать только тонкие линзы. На оптических схемах тонкие линзы изображают в виде отрезков со стрелками на концах. В зависимости от направления стрелок, на схемах различают собирающие и рассеивающие линзы.

Рассмотрим, как проходит сквозь линзы пучок лучей, параллельных главной оптической оси. Пройдя сквозь

собирающую линзу, лучи собираются в одной точке. Пройдя сквозь рассеивающую линзу, лучи расходятся в разные стороны таким образом, что все их продолжения сходятся в одной точке, лежащей перед линзой.

Точка, в которой собираются после преломления в собирающей линзе лучи, параллельные главной оптической оси, называется главным фокусом линзы-F.

В рассеивающей линзе лучи, параллельные ее главной оптической оси, рассеиваются. Точка, в которой собираются продолжения преломленных лучей, лежит перед линзой и называется главным фокусом рассеивающей линзы.

Фокус рассеивающей линзы получается на пересечении не самих лучей, а их продолжений, поэтому он мнимый, в отличие от собирающей, у которой фокус действительный.

У линзы два главных фокуса. Оба они лежат на равных расстояниях от оптического центра линзы на ее главной оптической оси.

Расстояние от оптического центра линзы до фокуса принято называть фокусным расстоянием линзы. Чем сильнее линза изменяет направление лучей, тем меньшим получается ее фокусное расстояние. Поэтому оптическая сила линзы обратно пропорциональна ее фокусному расстоянию.

Оптическую силу, как правило, обозначают буквой "ДЭ", и измеряют в диоптриях. Например, выписывая рецепт на очки, указывают, сколько диоптрий должна составлять оптическая сила правой и левой линз.

диоптрия (дптр) – это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой составляет 1м. Поскольку у собирающих линз фокусы действительные, а у рассеивающих – мнимые, то условились считать оптическую силу собирающих линз положительной величиной, а оптическую силу рассеивающих линз – отрицательной

Кто установил закон отражения света?

Для XVI века оптика была ультрасовременной наукой. Из стеклянного шара, наполненного водой, которым пользовались как фокусирующей линзой, возникло увеличительное стекло, а из него микроскоп и подзорная труба. Крупнейшей в те времена морской державе Нидерландам требовались хорошие подзорные трубы, чтобы загодя рассмотреть опасный берег или вовремя уйти от врага. Оптика обеспечивала успех и надежность навигации. Поэтому именно в Нидерландах многие ученые занимались ею. Голландец Виллеброрд, Снель ван Ройен, именовавший себя Снеллиусом (1580 - 1626), наблюдал (что, впрочем, видели и многие до него), как тонкий луч света отражается в зеркале. Он просто измерил угол падения и угол отражения луча (чего до него не делал никто) и установил закон: угол падения равен углу отражения.

Источник. Зеркальный мир. Гильде В. - М.: Мир, 1982. с. 24.

Почему алмазы ценят так высоко?

Очевидно, человек особенно высоко ценит все то, что не поддается или с трудом поддается изменениям. В том числе и драгоценные металлы и камни. Древние греки назвали алмаз "адамас" - неодолимый, чем выразили свое особое отношение к этому камню. Конечно, у неограненных камней (алмазы тоже не гранили) наиболее очевидными свойствами были твердость и блеск.

Алмазы отличаются высоким показателем преломления; 2,41 - для красного цвета и 2,47 - для фиолетового (для сравнения достаточно сказать, что показатель преломления воды 1,33, а стекла в зависимости от сорта - от 1,5 до 1,75).

Белый свет составлен из цветов спектра. И когда его луч преломляется, каждый из составляющих цветных лучей отклоняется по-разному, он словно расщепляется на цвета радуги. Вот почему в алмазе наблюдается "игра цветов".

Древних греков, несомненно, восхищало и это. Мало того, что камень исключителен по блеску и твердости, он имеет еще и форму одного из "совершенных" тел Платона!

Опыты

ОПЫТ по оптике №1

Объясните потемнение бруска из дерева после его смачивания.

Оборудование: сосуд с водой, деревянный брусок.

Объясните колебание тени неподвижного предмета при прохождении света через воздух над горящей свечей. Оборудование: штатив, шарик на нити, свеча, экран, проектор.

На лопасти вентилятора наклейте цветные кусочки бумаги и пронаблюдайте как происходит сложение цветов при разных режимах вращения. Объясните наблюдаемое явление.

ОПЫТ №2

По интерференции света.

Простая демонстрация поглощения света водным раствором красителя

Требует для своей подготовки только школьного осветителя, стакана с водой и белого экрана. Красители могут быть самыми разнообразными, в том числе и флюоресцирующими.

Учащиеся с большим интересом наблюдают изменение окраски пучка белого света по мере распространения его в красителе. Неожиданным для них оказывается цвет вышедшего из раствора пучка. Поскольку свет сфокусирован линзой осветителя, окраска пятна на экране определяется расстоянием между стаканом с жидкостью и экраном.

Простые опыты с линзами.(ОПЫТ №3)

Что произойдёт с изображением предмета, получаемого с помощью линзы, если часть линзы разбилась и изображение получают с помощью оставшейся её части?

Ответ . Изображение получится на том же месте, где оно получалось с помощью целой линзы, но его освещённость будет меньше, т.к. меньшая часть лучей, вышедших из предмета, дойдёт до его изображения.

Положите на стол освещенный Солнцем (или мощной лампой) маленький блестящий предмет, например, шарик от подшипника, или болтик от компьютера и посмотрите на него сквозь крохотную дырочку в листке фольги. Будут отлично видны разноцветные кольца, или овалы. Что за явление будет наблюдаться? Ответ. Дифракция.

Простые опыты с цветными стеклами.(ОПЫТ №4)

На белом листе бумаги напишите красным фломастером или карандашом “отлично” и зелёным фломастером - “хорошо”. Возьмите два осколка бутылочного стекла - зелёное и красное.

(Внимание! будьте осторожны, о края осколков можно пораниться!)

Через какое стекло надо смотреть, чтобы увидеть оценку “отлично” ?

Ответ . Необходимо смотреть через зелёное стекло. При этом надпись будет видна чёрной на зелёном фоне бумаги, так как красный свет надписи “отлично” не пропускается зелёным стеклом. При рассматривании через красное стекло красная надпись не будет видна на красном фоне бумаги.

ОПЫТ №5: Наблюдение явления дисперсии

Известно, что при пропускании узкого пучка белого света через стеклянную призму на экране, установленном за призмой, можно наблюдать радужную полоску, которая называется дисперсионным (или призматическим) спектром. Спектр этот наблюдается и тогда, когда источник света, призму и экран помещают в замкнутый сосуд, из которого откачен воздух.

Результаты последнего опыта показывают, что существует зависимость абсолютного показателя преломления стекла от частоты световых волн. Это явление наблюдается во многих веществах и называется дисперсией света. Существует различные опыты для иллюстрации явления дисперсии света. На рисунке представлен один из вариантов его проведения.

Явление дисперсии света было открыто Ньютоном и считается одним из важнейших его открытий. На надгробном памятнике, поставленном в 1731 году, изображены фигуры юношей, держащих в руках эмблемы самых важных открытий Ньютона. В руках одного из юношей - призма, а в надписи на памятнике есть такие слова: "Он исследовал различие световых лучей и проявляющиеся при этом различные свойства цветов, чего ранее никто не подозревал."

ОПЫТ №6: Есть ли у зеркала память?

Как нужно поставить плоское зеркало на нарисованный прямоугольник, чтобы получилось изображение: треугольника, четырехугольника, пятиугольника. Оборудование: плоское зеркало, лист бумаги с нарисованными на нем квадратом.

ВОПРОСЫ

Прозрачное оргстекло становится матовым, если его поверхность потереть наждачной бумагой. Это же стекло снова становится прозрачным, если его потереть.... Чем?

На шкале диафрагмы объектива наносятся числа, равные отношению фокусного расстояния к диаметру отверстия: 2; 2,8; 4,5; 5; 5,8 и т. д. Как изменится время выдержки съемки, если диафрагму перенести на большее деление шкалы?

Ответ. Чем больше число диафрагмирования, обозначенное на шкале, тем освещенность изображения меньше, а требуемая при фотографировании выдержка больше.

Чаще всего объективы фотоаппаратов состоят из нескольких линз. Свет, проходя через объектив, частично отражается от поверхностей линз. К каким дефектам это приводит при съемке? Ответ

При съемке снежных равнин и водных поверхностей в солнечные дни рекомендуется применять солнечную бленду, которая представляет собой зачерненную внутри цилиндрическую или коническую трубку, надеваемую на
объектив. Каково назначение бленды? Ответ

Чтобы свет не отражался внутри объектива, на поверхность линз наносят тончайшую прозрачную пленку порядка десятитысячных долей миллиметра. Такие объективы называют просветленными. На каком физическом явлении основано просветление объектива? Объясните, почему объективы не отражают свет. Ответ.

Вопрос для форума

Почему черный бархат кажется намного темнее, чем черный шелк

Почему белый свет, пройдя сквозь оконное стекло, не разлагается на составляющие? Ответ.

Блиц

1. Как называются очки без дужек? (Пенсне)

2. Что выдает орла во время охоты? (Тень.)

3. Чем славен художник Куинжи? (Умением изображать прозрачность воздуха и лунного света)

4. Как называются лампы, освещающие сцену? (Софиты)

5. Драгоценный камень голубого или зеленоватого цвета? (Бирюза)

6. Укажите, в какой точке находится рыба в воде, если рыбак видит ее в точке А.

Блиц

1. Чего в сундук не спрячешь? (Луч света)

2. Какого цвета белый свет? (Белый свет состоит из ряда разноцветных лучей:красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего, фиолетового)

3. Что больше: облако или тень от нее? (Облако отбрасывает суживающийся к земле конус полной тени, высота которого из-за значительных размеров облака велика. Поэтому тень облака мало отличается по размерам от самого облака)

4. Ты за ней, она от тебя, ты от нее, она за тобой. Что это такое? (Тень)

5. Виден край, а не дойдешь. Что это?(горизонт)

Оптические иллюзии.

Вам не кажется, что черные и белые полосы движутся в противоположных направлениях? Если вы будете наклонять голову - то вправо, то влево - направление вращения тоже меняется.

Бесконечная лестница, ведущая вверх.

Солнце и глаз

не будь подобен Солнцу глаз,

Не смог бы Cолнце он увидеть... В.Гёте

Сопоставление глаза и Солнца так же старо, как и сам человеческий род. Источник такого сопоставления - не наука. И в наше время рядом с наукой, одновременно с картиной явлений, раскрытой и объясненной новым естествознанием, продолжает бытовать мир представлений ребенка и первобытного человека и, намеренно или ненамеренно, подражающий им мир поэтов. В этот мир стоит иногда заглянуть как в один из возможных истоков научных гипотез. Он удивителен и сказочен; в этом мире между явлениями природы смело перекидываются мосты-связи, о которых иной раз наука еще не подозревает. В отдельных случаях эти связи угадываются верно, иногда они в корне ошибочны и просто нелепы, но всегда они заслуживают внимания, так как эти ошибки нередко помогают понять истину. Поэтому и к вопросу о связи глаза и Солнца поучительно подойти сначала с точки зрения детских, первобытных и поэтических представлений.

Играя «в прятки», ребенок очень часто решает спрятаться самым неожиданным образом: он зажмуривает глаза или закрывает их руками, будучи уверен, что теперь его никто не увидит; для него зрение отождествляется со светом.

Еще удивительнее, впрочем, сохранение такого же инстинктивного смешения зрения и света у взрослых. Фотографы, т. е. люди несколько искушенные в практической оптике, нередко ловят себя на том, что закрывают глаза, когда при заряжении или проявлении пластинок нужно тщательно следить, чтобы свет не проникал в темную комнату.

Если внимательно прислушаться к тому, как мы говорим, к нашим собственным словам, то и здесь сразу обнаруживаются следы такой же фантастической оптики.

Не замечая этого, люди говорят: "глаза засверкали", "солнце выглянуло", "звезды смотрят".

У поэтов перенос зрительных представлений на светило и, наоборот, приписывание глазам свойств источников света - самый обычный, можно сказать, обязательный прием:

Звезды ночи,

Как обвинительные очи,

За ним насмешливо глядят.

Его глаза сияют.

А.С.Пушкин.

С тобой на звезды мы глядели,

Они на нас. Фет.

Как Вас видит рыба?

Из за преломления света рыбак видит рыбу не там, где она находится на самом деле.

Народные приметы

Большинство людей, вспоминая свои школьные годы, уверены, что физика - это весьма скучный предмет. Курс включает множество задач и формул, которые никому в последующей жизни не пригодятся. С одной стороны, эти утверждения правдивы, но, как и любой предмет, физика имеет и другую сторону медали. Только ее не каждый открывает для себя.

Очень многое зависит от учителя

Возможно, в этом виновата наша система образования, а может быть, все дело в учителе, который думает только о том, что нужно отчитать утвержденный свыше материал, и не стремится заинтересовать своих учеников. Чаще всего виноват именно он. Однако если детям повезет, и урок у них будет вести преподаватель, который сам любит свой предмет, то он сможет не только заинтересовать учеников, но и поможет им открыть для себя что-то новое. Что в результате приведет к тому, что дети начнут с удовольствием посещать такие занятия. Конечно, формулы являются неотъемлемой частью этого учебного предмета, от этого никуда не деться. Но есть и положительные моменты. Особый интерес у школьников вызывают опыты. Вот об этом мы и поговорим более детально. Мы рассмотрим некоторые занимательные опыты по физике, которые вы сможете провести вместе со своим ребенком. Это должно быть интересно не только ему, но и вам. Вполне вероятно, что при помощи таких занятий вы привьете своему чаду неподдельный интерес к учебе, а любимым предметом для него станет "скучная" физика. проводить совсем несложно, для этого потребуется совсем немного атрибутов, главное, чтобы было желание. И, возможно, тогда вы сможете заменить своему ребенку школьного учителя.

Рассмотрим некоторые интересные опыты по физике для маленьких, ведь начинать нужно с малого.

Бумажная рыбка

Чтобы провести данный эксперимент, нам необходимо вырезать из плотной бумаги (можно картона) маленькую рыбку, длина которой должна составить 30-50 мм. Делаем в середине круглое отверстие диаметром примерно 10-15 мм. Далее со стороны хвоста прорезаем узкий канал (ширина 3-4 мм) до круглого отверстия. После чего наливаем воду в таз и аккуратно помещаем туда нашу рыбку таким образом, чтобы одна плоскость лежала на воде, а вторая - оставалась сухой. Теперь необходимо в круглое отверстие капнуть масла (можно воспользоваться масленкой от швейной машинки или велосипеда). Масло, стремясь разлиться по поверхности воды, потечет по прорезанному каналу, а рыбка под действием вытекающего назад масла поплывет вперед.

Слон и Моська

Продолжим проводить занимательные опыты по физике со своим ребенком. Предлагаем вам познакомить малыша с понятием рычага и с тем, как он помогает облегчать работу человека. Например, расскажите, что при помощи него легко можно приподнять тяжелый шкаф или диван. А для наглядности показать элементарный опыт по физике с применением рычага. Для этого нам понадобятся линейка, карандаш и пара маленьких игрушек, но обязательно разного веса (вот почему мы и назвали этот опыт «Слон и Моська»). Крепим нашего Слона и Моську на разные концы линейки при помощи пластилина, или обычной нитки (просто привязываем игрушки). Теперь, если положить линейку средней частью на карандаш, то перетянет, конечно же, слон, ведь он тяжелее. А вот если сместить карандаш в сторону слона, то Моська запросто перевесит его. Вот в этом и заключается принцип рычага. Линейка (рычаг) опирается на карандаш - это место является точкой опоры. Далее ребенку следует рассказать, что этот принцип используется повсеместно, он заложен в основу работы крана, качелей и даже ножниц.

Домашний опыт по физике с инерцией

Нам понадобятся банка с водой и хозяйственная сетка. Ни для кого не будет секретом, что если открытую банку перевернуть, то вода выльется из нее. Давайте попробуем? Конечно, для этого лучше выйти на улицу. Ставим банку в сетку и начинаем плавно раскачивать ее, постепенно наращивая амплитуду, и в результате делаем полный оборот - один, второй, третий и так далее. Вода не выливается. Интересно? А теперь заставим воду выливаться вверх. Для этого возьмем жестяную банку и сделаем в донышке отверстие. Ставим в сетку, наполняем водой и начинаем вращать. Из отверстия бьет струя. Когда банка в нижнем положении, это не удивляет никого, а вот когда она взлетает вверх, то и фонтан продолжает бить в том же направлении, а из горловины - ни капли. Вот так-то. Все это может объяснить принцип инерции. При вращении банка стремится улететь прямо, а сетка не пускает ее и заставляет описывать окружности. Вода также стремится лететь по инерции, а в том случае, когда мы в донышке сделали отверстие, ей уже ничего не мешает вырваться и двигаться прямолинейно.

Коробок с сюрпризом

Теперь рассмотрим опыты по физике со смещением Нужно положить спичечный коробок на край стола и медленно двигать его. В тот момент, когда он пройдет свою среднюю отметку, произойдет падение. То есть масса выдвинутой за край столешницы части превысит вес оставшейся, и коробок опрокинется. Теперь сместим центр массы, например, положим внутрь (как можно ближе к краю) металлическую гайку. Осталось поместить коробок таким образом, чтобы малая ее часть оставалась на столе, а большая висела в воздухе. Падения не произойдет. Суть этого эксперимента заключатся в том, что вся масса находится выше точки опоры. Этот принцип также используется повсюду. Именно благодаря ему в устойчивом положении находятся мебель, памятники, транспорт, и многое другое. Кстати, детская игрушка Ванька-встанька тоже построена на принципе смещения центра массы.

Итак, продолжим рассматривать интересные опыты по физике, но перейдем к следующему этапу - для школьников шестых классов.

Водяная карусель

Нам потребуются пустая консервная банка, молоток, гвоздь, веревка. Пробиваем при помощи гвоздя и молотка в боковой стенке у самого дна отверстие. Далее, не вытягивая гвоздь из дырки, отгибаем его в сторону. Необходимо, чтобы отверстие получилось косое. Повторяем процедуру со второй стороны банки - сделать нужно так, чтобы дырки получились друг напротив друга, однако гвозди были загнуты в разные стороны. В верхней части сосуда пробиваем еще два отверстия, в них продеваем концы каната или толстой нити. Подвешиваем емкость и наполняем ее водой. Из нижних отверстий начнут бить два косых фонтана, а банка начнет вращаться в противоположную сторону. На этом принципе работаю космические ракеты - пламя из сопел двигателя бьет в одну сторону, а ракета летит в другую.

Опыты по физике - 7 класс

Проведем эксперимент с плотностью масс и узнаем, как можно заставить яйцо плавать. Опыты по физике с различными плотностями лучше всего проводить на примере пресной и соленой воды. Возьмем банку, заполненную горячей водой. Опустим в нее яйцо, и оно сразу утонет. Далее насыпаем в воду поваренную соль и размешиваем. Яйцо начинает всплывать, причем, чем больше соли, тем выше оно поднимется. Это объясняется тем, что соленая вода имеет более высокую плотность, чем пресная. Так, всем известно, что в Мертвом море (его вода самая соленая) практически невозможно утонуть. Как видите, опыты по физике могут существенно увеличить кругозор вашего ребенка.

и пластиковая бутылка

Школьники седьмых классов начинают изучать атмосферное давление и его воздействие на окружающие нас предметы. Чтобы раскрыть эту тему глубже, лучше провести соответствующие опыты по физике. Атмосферное давление оказывает влияние на нас, хоть и остается невидимым. Приведем пример с воздушным шаром. Каждый из нас может его надуть. Затем мы поместим его в пластиковую бутылку, края оденем на горлышко и зафиксируем. Таким образом, воздух сможет поступать только в шар, а бутылка станет герметичным сосудом. Теперь попробуем надуть шар. У нас ничего не получится, так как атмосферное давление в бутылке не позволит нам этого сделать. Когда мы дуем, шар начинает вытеснять воздух в сосуде. А так как бутылка у нас герметична, то ему деваться некуда, и он начинает сжиматься, тем самым становится гораздо плотнее воздуха в шаре. Соответственно, система выравнивается, и шар надуть невозможно. Теперь сделаем отверстие в донышке и пробуем надуть шар. В таком случае никакого сопротивления нет, вытесняемый воздух покидает бутылку - атмосферное давление выравнивается.

Заключение

Как видите, опыты по физике совсем не сложные и довольно интересные. Попробуйте заинтересовать своего ребенка - и учеба для него будет проходить совсем по-другому, он начнет с удовольствием посещать занятия, что в конце концов скажется и на его успеваемости.

Сломанный карандаш

Эксперимент со стрелками

Это удивит не только детей, но и взрослых!

С детьми еще можно провести пару опытов Пиаже. Например, взять одинаковое количество воды и налить в разные стаканы (например широкий и низкий, а второй – узкий и высокий.) А затем спросить в каком воды больше?
А еще можно положить одинаковое количество монеток (или пуговиц) в два ряда (один под другим). Спросить одинаковое ли количество в двух рядах. Потом, убирая одну монетку из одного ряда, остальные раздвигать, чтобы по длине этот ряд был таким же, как и верхний. И снова спросить одинаково ли сейчас и т.д. Попробуйте – ответы вас наверняка удивят!

Иллюзия Эббингауза (Эббингхауза) или круги Титченера - оптическая иллюзия восприятия относительных размеров. Самая известная версия этой иллюзии состоит в том, что два круга, идентичные по размерам, помещаются рядом, причём вокруг одного из них находятся круги большого размера, тогда как другой окружён мелкими кружками; при этом первый круг кажется меньше второго.

Два оранжевых круга имеют совершенно одинаковые размеры; тем не менее, левый круг кажется меньше

Иллюзия Мюллера-Лайера

Иллюзия состоит в том, что отрезок, обрамленный «остриями», кажется короче отрезка, обрамленного «хвостовыми» стрелками. Иллюзия была впервые описана немецким психиатром Францем Мюллером-Лайером в 1889 году

Или еще вот, например, оптический обман- вначале видишь черное, затем белое

Еще больше оптических иллюзий

И в завершении игрушка-иллюзия – Тауматроп.

При быстром вращении небольшого куска бумаги с двумя рисунками, нанесенными с разных сторон, они воспринимаются как один. Такую игрушку можно сделать самим, нарисовав или наклеив соответствующие изображения (несколько распространенных тауматропов - цветы и ваза, птица и клетка, жук и банка) на достаточно плотную бумагу и по бокам приделать веревочки для закручивания. Или еще проще - прикрепить к палочке, как леденец, и быстро вращать ее между ладонями.

И еще парочку картинок. Что Вы на них видите?

Кстати, в нашем магазине можно купить уже готовые наборы для проведения опытов в области оптических иллюзий!