Презентация "Оптика и оптические явления" 9 класс


Подписи к слайдам:
Слайд 1

Оптика и оптические явления

Подготовил ученик 9”Б” класса

МБОУ гимназии №4

Зайцев Евгений

Руководитель : Федорова О.А.

Что мы попытаемся выяснить:

1. Почему бумага и парафин непрозрачны на свету, а парафиновое пятно на бумаге прозрачно.

2. Почему на сетчатке глаза образуется перевернутое изображение, а предметы мы видим прямыми.

3. Почему переливаются на свету мыльные пузыри.

А также узнаем:

Прямолинейное распространение света.

Образование тени, полутени.

Дисперсия, интерференция света.

Виды линз и их использование

Поляризация. Понятие поляризации.

Разгадка «бумаги и парафина».

Дело в том, что Парафин  — воскоподобное вещество, смесь предельных углеводородов. Парафины инертны к большинству химических реагентов. Они окисляются азотной кислотой, кислородом воздуха (при 140 °C) и некоторыми другими окислителями с образованием различных жирных кислот, аналогичных жирным кислотам, содержащимся в жирах растительного и животного происхождения. Также парафин – сильно неоднородная среда, в которой свет рассеивается и поглощается

Теперь выходим к выводу, что бумага, впитывая жидкий парафин, начинает пропускать световые лучи, и мы в итоге видим прозрачное пятно.

Бумага – хорошо впитывает в себя жидкости, жиры, кислоты. Причем плотность жидкостей может превышать плотность бумаги. Рассеивает и поглощает световые лучи.

Почему изображение в глазу перевернутое?

Хотя глаз и не представляет собой тонкую линзу, в нем можно все же найти точку, через которую лучи проходят практически без преломления, т. е. точку, играющую роль оптического центра. Оптический центр глаза находится внутри хрусталика вблизи задней поверх­ности его. Расстояние h от оптического центра до сетчатой оболочки, называемое глубиной глаза, составляет для нормального глаза 15 мм. Зная положение оптического центра, можно легко построить изображение какого-либо предмета на сетчатой оболочке глаза.

Изображение всегда действительное, уменьшенное и обратное. На рисунке видно, что изображение, получаемое в глазу перевернулось. После этого, изображение передается в мозг, где обрабатывается(переворачивается) и мы видим нормальную картинку. Поэтому изображение передается с опозданием в 0,01с. Дети до 6 месяцев видят мир в перевернутом состоянии, т. к. мозг не приспособился к ситуациям.

Мыльные пузыри – символ привлекательности и недолговечности

Структура стенки мыльного пузыря

Плёнка пузыря состоит из тонкого слоя воды, заключённого между двумя слоями молекул, чаще всего мыла. Эти слои содержат в себе молекулы, одна часть которых является гидрофильной, а другая гидрофобной. Гидрофильная часть привлекается тонким слоем воды, в то время как гидрофобная, наоборот, выталкивается. В результате образуются слои, защищающие воду от быстрого испарения, а также уменьшающие поверхностное натяжение.

Мыльный пузырь — тонкая многослойная плёнка мыльной воды, наполненная воздухом, обычно в виде сферы с переливчатой поверхностью. Мыльные пузыри обычно существуют лишь несколько секунд и лопаются при прикосновении или самопроизвольно.

Интерференция и отражения в стенках мыльного пузыря

Отражение облаков в мыльном пузыре

Переливчатые «радужные» цвета мыльных пузырей получаются за счёт интерференции световых волн и определяются толщиной мыльной плёнки.

Когда свет проходит сквозь тонкую плёнку пузыря, часть его отражается от внешней поверхности, в то время как другая часть проникает внутрь плёнки и отражается от внутренней поверхности. Наблюдаемый в отражении цвет излучения определяется интерференцией этих двух отражений. Поскольку каждый проход света через плёнку создает сдвиг по фазе пропорциональный толщине плёнки и обратно пропорциональный длине волны, результат интерференции зависит от двух величин. Отражаясь, некоторые волны складываются в фазе, а другие в противофазе, и в результате белый свет, сталкивающийся с плёнкой, отражается с оттенком, зависящим от толщины плёнки.

По мере того, как плёнка становится тоньше из-за испарения воды, можно наблюдать изменение цвета пузыря. Более толстая плёнка убирает из белого света красный компонент, делая тем самым оттенок отражённого света сине-зелёным. Более тонкая плёнка убирает жёлтый (оставляя синий свет), затем зелёный (оставляя пурпурный), и затем синий (оставляя золотисто-жёлтый). В конце концов стенка пузыря становится тоньше, чем длина волны видимого света, все отражающиеся волны видимого света складываются в противофазе и мы перестаем видеть отражение совсем (на тёмном фоне эта часть пузыря выглядит «чёрным пятном»). Когда это происходит, толщина стенки мыльного пузыря меньше 25 нанометров, и пузырь, скорее всего, скоро лопнет.

Прямолинейность распространения света.

Если между глазом и каким-нибудь источником света поместить непрозрачный предмет, то источник света мы не увидим. Объясняется это тем, что в однородной среде свет распространяется по прямым линиям. Прямолинейное распространение света — факт, установленный ещё в глубокой древности. Об этом писал основатель геометрии Евклид (300 лет до нашей эры). Прямолинейностью распространения света в однородной среде объясняется образование тени. Тени людей, деревьев, зданий и других предметов хорошо наблюдаются на земле в солнечный день.

Наша ориентация во внешнем мире целиком основана на предположении о прямолинейном распространении света.

Именно это допущение привело к представлению о световых лучах.

Световой луч - это прямая, вдоль которой распространяется свет.

Закон прямолинейного распространения света

Закон прямолинейного распространения света гласит:

В однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно.

Доказательством этого закона является образование тени и полутени.

Полутень и тень

Если шар осветить двумя фонарями, то можно получить две тени и менее тёмные, чем тень от одного фонаря, так как тень освещена одним фонарём, а другая тень— вторым фонарем . Частично освещенные  участки  экрана    и  называются полутенями.

Можно так расположить два источника света, что обе полутени будут частично перекрывать друг друга и часть поверхности экрана окажется совершенно неосвещённой. Это полная тень.

Тень

Теперь возьмём маленький источник света, например карманный фонарик S. Расположим на некотором расстоянии от неё экран, то есть в каждую его точку попадает свет. Если между точечным источником света S и экраном разместить непрозрачное тело, например мячик, то на экране увидим темное изображение очертаний этого тела - тёмный круг, поскольку за ним образовалась тень - пространство, куда не попадается свет от источника S. Если бы свет распространялся не прямолинейно и луч не был бы прямой линией, то тень могла бы не образоваться или имела бы другую форму и размеры. Но в повседневной жизни встречаемся с тенями мы редко.

Полутень

Полутень — слабо освещенное пространство между областями полной тени и полного света. В оптике рассматривается тот случай, когда полутень образуется за непрозрачным телом при освещении его источником света, размеры которого сравнимы как с размерами тела, так и с расстоянием между источником и телом. Полутень представляет собой периферию (внешнюю часть) затемненной области. В области полутени видна только часть источника света. Этим она отличается как от полной тени, в которой источник совсем не виден, и от полного света: на свету он виден полностью.

Полутень (внешнюю часть тени) от небесного тела, можно наблюдать, например, при частичном затмении Солнца, когда точка наблюдения попадает в полутень, образованную Луной в потоке солнечного света.

Дисперсия света

Луч белого  света, проходя через трехгранную призму не только отклоняется, но и разлагается на составляющие цветные лучи. Это явление установил Исаак Ньютон, проведя серию опытов.

Опыт по разложению белого света в спектр:

Ньютон направил луч  солнечного света через маленькое отверстие  на стеклянную призму. Попадая на призму, луч преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным  чередованием цветов – спектр.

Аномальная дисперсия — вид дисперсии света, при которой показатель преломления среды уменьшается с увеличением частоты световых колебаний.

Выводы Ньютона:

Запомни фразу, начальные буквы слов которой дают последовательность цветов спектра: "Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан". Спектр белого света:

1) призма  не меняет свет, а только разлагает его на составляющие световые лучи, отличающиеся по цвету,  отличаются по степени преломляемости; наиболее сильно  преломляются фиолетовые лучи, менее сильно – красные

2) красный свет, который  меньше преломляется, имеет наибольшую скорость, а фиолетовый  - наименьшую, поэтому призма и разлагает свет. Зависимость показателя преломления света от его цвета называется дисперсией.

Интерференция света

1802г. Английский физик Томас Юнг поставил опыт, в котором наблюдалась интерференция света.

От одного источника  через щель  А формировались  два пучка света ( через щели В и С), далее пучки света падали на экран Э. Так как  воны от  щелей В и С были когерентными, на экране можно было наблюдать интерференционную картину: чередование светлых и темных полос. Если в опыте Юнга использовался  источник монохроматического света  ( одной длины волны), то на экране наблюдались   только светлые и темные полосы данного цвета.

Опыт Томаса Юнга

Светлые полосы – волны усиливали друг друга  (соблюдалось условие максимума). Темные полосы – волны складывались в противофазе и гасили друг друга (условие минимума).

Интерференция света в тонких плёнках

Интерференция света — перераспределение интенсивности световой энергии, в результате наложения(суперпозиции) нескольких источников света.

Интерференция в тонкой плёнке. Альфа — угол падения, бета — угол отражения, жёлтый луч отстанет от оранжевого, они сводятся глазом в один и интерферируют

Луч света, проходя через плёнку толщиной d, отразится дважды — от внутренней и наружной её поверхностей. Отражённые лучи будут иметь постоянную разность фаз, равную удвоенной толщине плёнки, от чего лучи становятся когерентными

Явление интерференции наблюдается в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды), в мыльных пузырях, бензине, на крыльях бабочек и т. д.)

Виды линз и их использование

В зависимости от форм различают собирающие (положительные) и рассеивающие (отрицательные) линзы. К группе собирательных линз обычно относят линзы, у которых середина толще их краёв, а к группе рассеивающих — линзы, края которых толще середины. Следует отметить, что это верно только если показатель преломления у материала линзы больше, чем у окружающей среды. Если показатель преломления линзы меньше, ситуация будет обратной. Например пузырёк воздуха в воде — двояковыпуклая рассеивающая линза.

Линзы характеризуются, как правило, своей оптической силой (измеряется в диоптриях), или фокусным расстоянием.

Виды линз: Собирающие:  1 — двояковыпуклая  2 — плоско-выпуклая  3 — вогнуто-выпуклая (положительный(выпуклый) мениск) Рассеивающие:  4 — двояковогнутая  5 — плоско-вогнутая  6 — выпукло-вогнутая (отрицательный(вогнутый) мениск)

Собирающие линзы

Если на некотором расстоянии перед собирательной линзой поместить светящуюся точку S, то луч света, направленный по оси, пройдёт через линзу не преломившись, а лучи, проходящие не через центр, будут преломляться в сторону оптической оси и пересекутся на ней в некоторой точке F, которая и будет изображением точки S. Эта точка носит название сопряжённого фокуса, или просто фокуса.

Если на линзу будет падать свет от очень удалённого источника, лучи которого можно представить идущими параллельным пучком, то по выходе из неё лучи преломятся под большим углом и точка F переместится на оптической оси ближе к линзе. При данных условиях точка пересечения лучей, вышедших из линзы, называется фокусом F’, а расстояние от центра линзы до фокуса — фокусным расстоянием.

Лучи, падающие на рассеивающую линзу, по выходе из неё будут преломляться в сторону краёв линзы, то есть рассеиваться. Если эти лучи продолжить в обратном направлении так, как показано на рисунке пунктирной линией, то они сойдутся в одной точке F, которая и будет фокусом этой линзы. Этот фокус будет мнимым.

Рассеивающая линза

Рассеивающая линза — это оптический прибор, преломляющий плоскопараллельный пучок лучей, падающих поверхность следующим образом: лучи, падающие на рассеивающую линзу, по выходе из неё будут преломляться в сторону краёв линзы , то есть рассеиваться. Если эти лучи продолжить в обратном направлении так, как показано на рисунке пунктирной линией, то они сойдутся в одной точке F, которая и будет фокусом этой линзы. Этот фокус будет мнимым.

Исходя из построения хода лучей можно показать, что изображение получится прямым и уменьшенным.

Поляризация света

1) свойство света, проявляющееся в пространственно-временной упорядоченности ориентации электрического и магнитного векторов;

2) процесс получения поляризованного света.

Поляризованный свет - это свет, у которого направления колебаний вектора E каким-либо образом упорядочены в отличие от вектора E в естественном свете.

Линейно поляризованный свет. - свет, у которого колебания вектора E происходит вдоль прямой, положение которой в пространстве не изменяется с течением времени.

Искусственная анизотропия

В поляризованном свете окружающий нас мир выглядит совершенно по-другому. Чертёжная линейка из прозрачной пластмассы оказывается разрисованной фантастическими цветными полосами.

Предмет из абсолютно прозрачной пластмассы — линейка (8), коробочка для CD-дисков (9) или сам "нулевой" диск, — помещённый между ЖК - экраном и анализатором, приобретает радужную окраску.

Демонстрации поляризованного света