Добавил:
Nemo_Nemorino
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Підручники / Фізика 9 клас / НУШ / Фізика 9 клас Засєкіна 2026 рік НУШ
.pdf
Тема 3. Світлові явища
S
Падаючий промінь
Кут
падіння
C
Перпендикуляр
Кут
відбивання
B
ПОВІТРЯ
MNO
ДЗЕРКАЛО
Відбитий промінь
Лінія розділу двох середовищ
Мал. 25.3
У точку падіння променя (точку О) проводять перпендикуляр СО до
поверхні дзеркала. Зверни увагу на те, що перпендикуляр СО, падаючий
промінь SО та відбитий промінь ОВ лежать в одній площині.
Кут , утворений падаючим променем SО та перпендикуляром СО,
називають кутом падіння.
Кут , утворений відбитим променем ОВ і перпендикуляром СО, називають кутом відбивання. За допомогою досліду ти довів / довела: якщо
змінювати кут падіння , відповідно змінюється й кут відбиття . Якщо
виміряти кути і , можна переконатися, що вони рівні.
Встановлені тобою закономірності називають законом відбиття
світла (light reflection):
падаючий і відбитий промені, а також перпендикуляр до
відбиваючої поверхні, опущений у точку падіння променя, лежать в одній площині;
кут відбиття дорівнює куту падіння .
25.1
148
148
Із закону відбиття випливає дуже важливе твердження: промінь падаючий і промінь відбитий можуть мінятися місцями. Якщо падаючий
промінь спрямувати в напрямі ВО, то відбитий промінь буде спрямовано
в напрямі ОS. Цю властивість називають оборотністю світлових променів.
Залежно від якості поверхні розрізняють дзеркальне та дифузне (роз-
сіяне) відбиття (мал. 25.4). Якщо пучок паралельних променів спрямувати на дзеркало або іншу гладку поверхню, то у відбитому пучку промені також будуть паралельними (мал. 25.4, а–в).
У разі відбиття світла від нерівної поверхні кожна її точка відбиває
світло у «своєму» напрямі, що призводить до розсіювання пучка світла
в усіх напрямах (мал. 25.4,
г–е
).
§ 25. Досліджуємо відбиття світла
Важливе значення мають обидва види відбиття. Навколишні предмети ти бачиш саме тому, що вони відбивають світло розсіяно (дифузно).
А дивлячись на дзеркальну поверхню, ти можеш бачити зображення
предметів (і своє власне, звичайно).
S
S
а
1
S
б
в
г д
е
Мал. 25.4
Які секрети мають дзеркала? Коли ти дивишся на себе у плоске
дзеркало, тобі здається, що твоє зображення реальне й міститься за дзеркалом, хоча там ніякого зображення немає. Це зображення утворюється
лише завдяки спільній дії плоского дзеркала й ока.
Розглянемо, як око сприймає
звичайний предмет без дзеркал
(мал. 25.5,
а
). Від кожної точки
джерела світла (світної точки S)
Дійсне зображення точки утворюється в результаті перетину світлових
променів, що йдуть від світної точки.
в усіх напрямах розходяться
S
1
2
а
б
dd
Мал. 25.5
149
149
Тема 3. Світлові явища
промені світла. Частина з них розбіжним пучком потрапляє в око. Воно
сприймає точку в тому місці, звідки йдуть промені, тобто у місці їх перетину, де насправді й розміщено світну точку S.
На малюнку 25.5,
б
показано, як сприймає око зображення
точки у дзеркалі. Усі промені відбиваються від дзеркала згідно
із законами відбиття. Відбиті промені потрапляють в око розбіжним пучком, і око бачить зображення за дзеркалом, де сходяться не самі промені, а їх уявні продовження (на мал. 25.5,
б
—
25.2
пунктирні лінії), тому таке зображення називають уявним.
Досліди показують, що зобра-
ження предмета у плоскому дзер-
Уявне зображення — зображення, отримане в результаті перетину не самих світлових променів, а їх
продов жень.
калі уявне, пряме, за розмірами
дорівнює предмету, розташоване на такій самій відстані від дзеркала за
ним, як і сам предмет перед дзеркалом; правий бік предмета здається
лівим, і навпаки.
1.
ДУМАЙ
Що потрібно, щоб бачити предмети? 2. Чим відрізняється
дзеркальне відбиття від розсіяного (дифузного)?
3. Поясни,
чому вікна будинків удень здаються темнішими за стіни будинків, навіть
якщо стіни пофарбовано в темний колір?
4. Сидячи на березі річки, рибалка
бачить на гладкій поверхні води зображення ранкового сонця. Куди переміститься це зображення, якщо рибалка встане? 5. У якому випадку зображення називають дійсним? Уявним? 6. Які характеристики має зображення предмета у плоскому дзеркалі? 7. Як зміниться відстань між людиною та
її зображенням у дзеркалі, якщо людина відійде на крок від дзеркала?
150
150
ДІЙ
РОЗВ’ЯЖИ ЗАДАЧІ
На малюнку 25.6 зображено напрям
1
сонячних променів, які падають на
хвильову поверхню води ставка.
Покажи хід відбитих променів.
Накресли в зошиті промені, зобра-
2
жені на малюнку 25.7. Побудуй для
кожного випадку положення відбитого (або падаючого) променя.
Кут падіння променя 25°. Чому до-
3
рівнює кут між падаючим і відбитим
променями?
Мал. 25.6
Мал. 25.7
§ 25. Досліджуємо відбиття світла
Кут між падаючим і відбитим променями 90°. Чому дорівнює кут
4
відбиття?
2/3 кута між падаючим і відбитим променями дорівнюють 80°. Чому
5
дорівнює кут падіння променя?
Кут між поверхнею і падаючим променем дорівнює куту між падаю-
6
чим і відбитим променями. Чому дорівнює кут падіння?
Промінь світла падає перпендикулярно
7
на поверхню дзеркала. На який кут відхилиться відбитий промінь від падаючого,
1
2
якщо дзеркало повернути на кут: а) 16°;
б) 24°; в) 35°? Зроби висновок.
На одне з двох дзеркал, розміщених під
8
Мал. 25.8
прямим кутом одне до одного, падають
промені 1 і 2. Виконай малюнок 25.8
у зошиті та покажи подальший хід цих
променів.
Падаючий промінь утворює кут із поверх-
9
нею дзеркала 50°. Як треба розташувати
A
плоске дзеркало, щоб змінити напрям сонячного променя на горизонтальний?
Висота Сонця така, що його промені утво-
10
B
рюють із горизонтом кут 40°. Під яким
кутом слід розташувати дзеркало АВ над
краєм криниці, щоб відбитий від нього
промінь потрапляв на дно (мал. 25.9)?
Мал. 25.9
Побудуй хід променів.
Яких мінімальних розмірів має бути
11
дзеркало, щоб ти побачив / побачила себе
AB
в повний зріст? Як його при цьому слід
розмістити?
Л
12
юдина йде в напрямку до плоского дзер-
кала зі швидкістю 2 м/с. З якою швидкістю
45°
вона наближається до свого зображення?
З якою швидкістю потрібно віддаляти
Мал. 25.10
дзеркало від людини, щоб відстань між людиною і її зображенням не змінювалася?
Предмет АВ розташований перед плоским
13
2
дзеркалом (мал. 25.10). Побудуй і схарактеризуй зображення предмета у дзеркалі.
Промінь падає на дзеркала так, як зобра-
14
жено на малюнку 25.11. Визнач кут відбиття променя від другого дзеркала.
60°
40°
Мал. 25.11
1
151
151
Тема 3. Світлові явища
ВИКОНАЙ ДОСЛІДЖЕННЯ
Виконуй досліди з дотриманням правил безпеки життєдіяльності!
Переконайся, що зображення є симетричним відносно дзеркала.
1
Обладнання: скляна пластина, дві свічки, сірники й лінійка.
Розмісти вертикально скляну пластину, що виконуватиме роль напівпрозорого
дзеркала. Оскільки скло прозоре, ти бачитимеш усе, що розташоване за склом.
Запали свічку і постав її перед склом.
За склом постав таку саму незапалену
свічку і пересувай її вздовж лінійки доти,
доки вона не стане здаватися запаленою
(мал. 25.12,
Виміряй відстані від свічки, що світить,
до скла і від скла до незапаленої свічки
(мал. 25.12,
Спробуй себе у ролі фотографа. Під
2
яким кутом і скільки слід розмістити
дзеркал, щоб отримати п’ять зображень; шість зображень; вісім зображень? Зроби пояснювальний малюнок. При нагоді
зроби такий знімок власного зображення.
а
).
б
). Зроби висновок.
а
б
Мал. 25.12
25.3
152
152
§ 26. ДОСЛІДЖУЄМО
ЗАЛОМЛЕННЯ СВІТЛА
У попередньому параграфі ми розглядали досліди із дзеркалами, а зараз розглянемо досліди з водою. Спробуй їх повторити.
ДОСЛІДЖУЙ
Спостерігай, як змінюється напрям поширення світла в різних середовищах
(мал. 26.1). Виконай подібні досліди.
26.1
Мал. 26.1
§ 26. Досліджуємо заломлення світла
ДІЗНАВАЙСЯ
Що є причиною заломлення світла? Однією із цікавих властивостей світла є його перехід з одного середовища в інше. Це явище відоме
як заломлення світла. Коли світло зустрічається з межею між двома різними прозорими речовинами (наприклад, з повітрям і водою або склом
і повітрям), воно частково відбивається і частково проходить
крізь прозорі середовища. Під час переходу з одного середовища
в інше швидкість поширення світла змінюється, що призводить
до зміни напряму поширення світла (заломлення).
26.2
У вакуумі світло поширюється зі швидкістю 300 000 км/с. У повітрі швидкість поширення світла змінюється незначно, тому вважається, що і для повітря вона становить 300 000 км/с. У прозорих середовищах швидкість поширення світла зменшується порівняно зі швидкістю
світла в повітрі у відповідну кількість разів: у воді у 1,33 раза; у склі —
майже в 1,6 раза; в алмазі — у 2,4 раза.
Абсолютний показник заломлення середовища залежить від
фізичного стану середовища (температури, густини тощо). Крім
того, показник заломлення залежить від кольору світла: для червоного світла він менший, ніж для
Фізичну величину, що показує, у
скільки разів швидкість поширення
світла у вакуумі с більша, ніж у середовищі v, називають абсолютним
показником заломлення середовища n:
nc v.
зеленого, а для зеленого — менший, ніж для фіолетового.
Для повітря абсолютний показник
заломлення приблизно дорівнює 1.
Для будь-якого середовища абсолютний
показник заломлення n > 1. Із двох прозорих середовищ оптично більш густим
називають середовище з більшим показником заломлення, тобто в якому швидкість поширення світла менша. Вода —
більш оптично густе середовище, ніж
повітря, а скло або алмаз — більш
оптично густі середовища, ніж вода.
Речовина
Повітря 1,0003
Лід 1,31
Вода 1,33
Бензин 1,50
Скло 1,43–2,17
Кварц 1,54
Алмаз 2,42
Абсолютний
показник
заломлення, n
Таким чином, на ступінь заломлення впливає кілька факторів, зокрема, кут падіння, показники заломлення двох середовищ і довжина хвилі світла.
Вимірювання кутів падіння й заломлення (мал. 26.2,
а
, с. 154), співвідношення абсолютних показників заломлення середовищ дають можливість визначити закони заломлення світла (refraction of light):
153
153
Тема 3. Світлові явища
падаючий промінь, заломлений промінь та перпендикуляр, встанов-
лений до межі поділу середовищ у точці падіння променя, лежать
в одній площині;
відношення синуса кута падіння () до синуса кута заломлення ()
світлового променя є сталою величиною, яка дорівнює відносному по-
казнику заломлення двох середовищ:
— абсолютні показники заломлення першого і другого се-
і n
2
редовищ, n
А
Падаючий промінь
v
1
v
2
— відносний показник заломлення.
21
Перпендикуляр
Кут
падіння
Кут
відби-
B
вання
Відбитий промінь
Поверхня розділу
середовища
Заломлений
заломлення
промінь
Кут
sinDJ
sin
n
2
1
1
n
n
1
2
2
, де n1
21
Повітря
Скло
26.3
154
154
а
С
б
Вода
Мал. 26.2
Співвідношення значень кута падіння та кута заломлення у випадку
переходу пучка світла з одного середовища в інше залежить від оптичної
густини кожного із середовищ. Наприклад, під час переходу світлового променя з повітря у скло кут заломлення менший від кута падіння
(n
пов
< n
, 1 < 1), оскільки скло — більш оптично густе середовище,
скла
ніж повітря, а під час переходу світлового променя зі скла у воду кут заломлення більший, ніж кут падіння (n
оптично густе середовище, ніж скло (мал. 26.2,
вод
< n
, 2 > 2), бо вода — менш
скл
б
).
Під час переходу світла із середовища з більшою оптичною густиною
у середовище з меншою оптичною густиною (наприклад, із води у повітря) можна спостерігати повне внутрішнє відбиття світла (мал. 26.3).
Якщо поступово збільшувати кут падіння, то при певному його значенні
кут заломлення дорівнюватиме 90°. При подальшому збільшенні кута
0
падіння падаючий промінь уже відбиватиметься в те саме середовище,
звідки поширювалося світло.
§ 26. Досліджуємо заломлення світла
Повітря
Вода
0
0
Мал. 26.3
Спостерігаємо заломлення світла в природі і техніці. Повне внутрішнє відбиття застосовують у сучасній техніці для передавання світлових сигналів (для телевізорів, комп’ютерів, телефонів) тонкими
скляними нитками — світловодами (так звана «волоконна оптика»
мал. 26.4). Оптичні волокна застосовують і в медицині. За їх допомогою зображення внутрішніх органів
передають на телекамеру, що дозволяє ретельно обстежувати внутрішні органи.
Мал. 26.4
Усі оптичні прилади містять лінзи, які заломлюють світло. Заломленням світла пояснюється виникнення міражів (мал. 26.5).
а
б
Мал. 26.5
155
155
Тема 3. Світлові явища
Удень у пустелі нижні шари повітря дуже прогріваються від гарячого
піску, унаслідок чого повітря стає неоднорідним. Проходячи крізь таке
середовище, промінь повітря плавно викривляється. У результаті цього
промінь, що йде зверху від блакитного неба, попадає в око мандрівнику
знизу, і йому здається, ніби він бачить блакитне озеро (мал. 26.5, а).
Подібні міражі можна спостерігати у спекотний літній день на автомобільних дорогах. Водію або пасажиру здається, що на асфальті є «калюжі», хоча насправді він сухий.
Міражі спостерігаються і над морем. У цьому випадку тепліші шари
повітря розташовано над холоднішими, і виникає так званий верхній міраж (мал. 26.5,
б
).
Заломленням світла пояснюється також виникнення веселки.
1.
ДУМАЙ
оптично густим?
Чим зумовлене заломлення світла на межі двох про-
зорих середовищ?
3.
Сформулюй закони заломлення світла.
2.
Яке середовище називають більш
4.
Який фізичний зміст відносного показника заломлення? Абсолютного показника заломлення?
тя світла.
6.
5.
Поясни сутність явища повного внутрішнього відбит-
Яке практичне застосування заломлення світла?
ДІЙ
РОЗВ’ЯЖИ ЗАДАЧІ
Накресли у зошиті малюнок
1
26.6. Для кожного випадку накресли заломлений або пада ю-
1
2
1
2
1
1
2
2
1
2
чий промінь, вважаючи, що всі
зображені тіла виготовлені зі
Мал. 26.6
скла.
Промінь світла падає з повітря у воду під кутом 60°. Кут між відби-
2
тим і заломленим променями становить 80°. Обчисли кут заломлення
променя.
Промінь, який відбивається від поверхні
3
B
скла з показником заломлення 1,7, утворює із заломленим променем прямий кут.
Визнач кути падіння і заломлення.
В оптиці досить часто користуються три-
4
гранними призмами. Промінь, проходячи крізь призму, зазнає заломлення двічі:
під час входження у призму та при виході
з неї. Накресли в зошиті переріз призми
A
Мал. 26.7
C
156
156
§ 26. Досліджуємо заломлення світла
і падаючий на її грань промінь (мал. 26.7). Побу-
E
дуй орієнтовний хід променя крізь призму.
Позірна глибина водойми 3 м. Визнач дійсну гли-
5
A
бину водойми. Показник заломлення води 1,33.
На дні посудини з водою лежить плоске дзерка-
6
ло (мал. 26.8). Накресли наближено хід променя
SА і вкажи на екрані Е точку, в яку попадає про-
Мал. 26.8
мінь, що вийшов з води.
ВИКОНАЙ ДОСЛІДЖЕННЯ
Виконуй досліди з дотриманням правил безпеки життєдіяльності!
Перевір виконання закону заломлення світла.
1
Обладнання: скляна пластинка, олівець, транспортир, лазерна указка.
40о
A
а
B
б
A
C
B
в
A
B
Мал. 26.9
C
S
1. Поклади аркуш паперу на стіл. На папір поклади скляну пластинку
та обведи її контури. Познач точку А на верхній лінії контуру і проведи із цієї точки перпендикуляр АВ до верхньої лінії.
2. Спрямуй промінь світла від лазерної указки під кутом приблизно 40°
до перпендикуляра. Познач хід променя олівцем (мал. 26.9,
а
).
3. Не рухаючи папір і лазерну указку, помісти скляну пластинку на
шлях світлового променя так, щоб її грані збігалися з накресленими
перед цим лініями контуру (мал. 26.9,
б
).
4. Переконайся, що світло заломилося. Познач хід заломленого променя олівцем. З’єднай точку А входу променя на верхній грані з точкою
С виходу променя з нижньої грані (мал. 26.9,
в
).
5. Виміряй кути падіння і заломлення та обчисли їх синуси. Обчисли
відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення.
6. Повтори дослід (п. 3–5), змінивши кут падіння. Порівняй нове отримане значення відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення з попередньо отриманим значенням. Зроби висновок.
Виконай віртуальну лабораторну роботу 26.4
2
.
26.5
157
157
Соседние файлы в папке НУШ