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
становила 24 см, то висота зображення дорівнюватиме 20 см. Визнач
фокусну відстань лінзи.
Накресли малюнок 27.10 у зошиті і для кожного випадку побудуй зо-
4
браження предмета АВ у збиральній лінзі. Схарактеризуй одержані
зображення.
B
A
FF FF
A
FF FF2F 2F 2F 2F
На малюнку 27.11 показано головну оптичну вісь (KN) лінзи, світну
5
B
A
2F2F2F2F
B
B
A
Мал. 27.10
точку S та її зображення S1. Накресли малюнок у зошиті, за допомогою відповідних побудов визнач розташування оптичного центра та
фокусів лінзи. Визнач тип лінзи і тип зображення.
168
168
S
1
KN
S
Мал. 27.11
Відстань від уявного зображення предмета до збиральної лінзи,
6
оптична сила якої 2 дптр, дорівнює 0,4 м. Визнач відстань від лінзи
до предмета.
Свічка стоїть на відстані 12,5 см від збиральної лінзи, оптична сила
7
якої становить 10 дптр. На якій відстані від лінзи розташоване зображення і яким воно буде?
За допомогою лінзи на екрані отримали чітке зображення предмета.
8
Визнач оптичну силу лінзи, якщо предмет розташовано на відстані
60 см від лінзи. Відстань між предметом та екраном дорівнює 90 см.
§ 27. Досліджуємо оптичні прилади
На малюнку 27.12 зображено хід
9
променя АВ до лінзи і після заломлення в лінзі ВC. Побудуй подаль-
A
B
C
ший хід променя DЕ.
Симетричну лінзу розрізали точно
10
E
навпіл по площині симетрії. Яку
частину початкової оптичної сили
D
матимуть дві утворені лінзи?
Мал. 27.12
ВИКОНАЙ ДОСЛІДЖЕННЯ
Виконуй досліди з дотриманням правил безпеки життєдіяльності!
Експериментально визнач фокусну відстань збиральної лінзи та об-
1
числи її оптичну силу.
Обладнання: оптична лава з лінзою та екраном, джерело світла (ліх-
тарик, лазерна указка, свічка), вимірювальна стрічка.
1. Розмicти на оптичнiй лавi (а у разі її відсутності розміщуй усі предмети на горизонтальній поверхні і проводь вимірювання за допомогою лінійки або вимірювальної стрічки) на однаковiй виcoтi джерело
світла, збиральну лiнзу в оправi й екран так, як це зображено на малюнку 27.13.
Мал. 27.13
2. Пересуваючи збиральну лiнзу, отримай на eкpaнi чiтке зображення
отвору освiтлювача. Вимiряй вiдстані d
для різних відстаней l
мiж джерелом світла й екраном.
3. Обчисли оптичну силу збиральної лінзи за формулою:
Виконай віртуальну лабораторну роботу 27.2
2
i f. Повтори дослiд ще двiчi
df
df
.
D
.
169
169
Тема 3. Світлові явища
ОПРАЦЮЙ ІНФОРМАЦІЮ
Візьми участь у груповій роботі
Об’єднайтесь у групи. Оберіть тему й виконайте інформаційний проєкт.
1. Історія розвитку телескопів (від Галілея до Хаббла).
2. Дослідження об’єктів мікро- і мегасвіту.
27.3
§ 28. ДОСЛІДЖУЄМО ФОТОМЕТРИЧНІ
ВЛАСТИВОСТІ СВІТЛА
Хочу налаштувати яскравість екрана. Ось ще раз
натисну, і буде все люкс.
Чому люкс? У люксах вимірюють освітленість,
а не яскравість.
ДОСЛІДЖУЙ
Розсуди, хто правильно вказав фізичну величину і її одиницю.
Завантаж на телефон програму для вимірювання освітленості (Lux
Meter, Light Meter, Light Meter — Lux/FC). Спрямовуй на екран телефона різні джерела світла. Які одиниці освітленості? Які ще особливості
вимірювання освітленості ти спостерігав / спостерігала?
170
170
ДІЗНАВАЙСЯ
Про енергетичні та фотометричні характеристики світла. До
цього часу ми практично не досліджували світло за його енергетичними характеристиками. Енергія світла, яка передається навколишнім тілам, може перетворюватися на теплову, хімічну, електричну енергію.
Твоє око є приймачем енергії світла. Енергія світла, яка потрапляє в очі,
створює зорові відчуття. Тому очевидною є важливість розгляду енергетичних характеристик світла, що ґрунтуються на безпосередньому
сприйманні світла оком.
§ 28. Досліджуємо фотометричні властивості світла
Розрізняють енергетичні величини, що характеризують будь-яке випромінювання, та відповідні їм фотометричні величини, які враховують
зорові відчуття людини.
Енергетична
величина
Енергія ви-
промінювання
Потік випро-
мінювання
(потужність
випроміню-
вання)
Поверхнева
густина пото-
ку випроміню-
вання
Сила випро-
мінювання
Енергетична
яскравість
* ср — стерадіан, одиниця тілесного кута,
який визначається відношенням площі S
до квадрата радіуса r сфери.
Одиниця
величини
Дж Світлова енергія W лм · с (люмен
Вт Світловий потік Ф лм (люмен)
2
Дж/м
Вт/ср* Сила світла І кд (кандела)
Вт/(ср · м2) Яскравість L кд/м
Фотометрична
Освітленість Е лк (люкс)
величина
Позна-
чення
Одиниця
величини
на секунду)
2
S
r
r
Розглянемо ці величини детальніше.
Кожне джерело світла випромінює видиме світло в навколишній
простір. Щоб оцінити, яка кіль-
Світловий потік, Ф (luminous flux) —
це фізична величина, яка визначається кількістю світлової енергії (за
зоровим відчуттям), що потрапляє на
поверхню за одиницю часу:
Ô
W
.
t
кість світлової енергії падає від
джерела на будь-яку поверхню за
певний інтервал часу, вводять поняття світлового потоку.
Одиницею світлового потоку є 1 люмен (1 лм).
28.1
Світловий потік від нічного зоряного неба, що потрапляє на зіницю
ока, становить Ф = 0,000000001 лм, а від полуденного Сонця — Ф = 8 лм.
Світловий потік, як і потік енергії, можна вимірювати у ватах,
оскільки він фактично визначає потужність випромінювання, яке падає
171
171
Тема 3. Світлові явища
E
на певну поверхню. Проте наше око має різну чутливість, залежно від
кольору світла. Так, наприклад, потік оранжевих променів потужністю
1 Вт створює зорове відчуття такої самої інтенсивності, як потік зелених променів потужністю 0,5 Вт. Експериментально встановлено, що
світловому потоку хвиль зеленого кольору в 1 лм відповідає потужність
0,0016 Вт. Установити універсальну залежність між ватом і люменом не
вдається.
Одні джерела світла можуть його випромінювати рівномірно в усіх
напрямах (наприклад, Сонце), а інші (прожектор або ліхтарик) випромінюють світло сконцентровано в одному напрямі. Для оцінки просторового розподілу світлового потоку
від джерела світла застосовується
така фізична величина, як сила
світла. Позначається літерою І.
Одиницею сили світла є 1 кандела (1 кд). Вона входить до основних одиниць Міжнародної системи одиниць (СІ).
Сила світла, І (power of light) — фі-
зична величина, яка визначає величну
світлового потоку в певному напрямі.
Якщо джерело випромінює видиме
світло рівномірно в усіх напрямах, то
сила світла обчислюється за форму-
Ô
лою:
I
.
4
У таблиці наведено значення
сили світла деяких джерел.
28.2
Джерело світла Сила світла, кд Джерело світла Сила світла, кд
Сонце 3 · 1027 кд Прожектор 8 · 108 кд
Маяк 1 · 105 кд
Фара велосипеда 60 кд Лампа ліхтарика 0,5–3 кд
Свічка 0,5–2 кд Світлячок 0,01–0,001 кд
Фара автомобіля
(дальнє світло)
12 000 кд
Чи читаєш книгу, чи пишеш,
завжди твоє робоче місце має бути
належним чином освітлене. Усім
відомо, наприклад, що читання
при слабкому світлі втомлює око.
Також втомлюється око при дуже
Освітленість, Е (light) — це фізична
величина, яка показує, який світловий потік падає на одиницю поверхні:
Ô.
S
сильному світлі. Але слабке чи сильне світло — поняття неточні. Щоб визначити, як освітлено поверхню, вводиться поняття
освітленості. Освітленість позначається символом Е.
Одиницею освітленості є 1 люкс (1 лк).
28.3
Наші очі пристосовуються до різної освітленості. Освітленість на від-
критій місцевості в сонячний день може сягати до 100 000 лк, а вночі
172
172
§ 28. Досліджуємо фотометричні властивості світла
при повному Місяці — всього 0,2 лк. Для читання книги необхідна освітленість 60 лк.
Можливо, тобі доводилося певним чином змінювати освітленість
твого робочого місця. Як ти це робив / робила? Можна нахилити лампу нижче до поверхні стола або замінити лампу потужнішою — освітленість щоразу змінюватиметься. З’ясуємо чому.
Нехай, наприклад, світловий потік від точкового джерела падає на
екран (мал. 28.1).
Мал. 28.1
Світло на одиничній відстані від джерела освітлює одиничну поверхню.
Якщо збільшити відстань у 2 рази, то світло освітить поверхню,
у 2 рази більшу. Якщо збільшити відстань у 3 рази, освітлювана поверхня збільшиться у 3 рази.
Освітленість змінюється й у випадку, якщо світло падає на поверхню
під різними кутами (мал. 28.2).
3 = 0
2
1
Мал. 28.2
173
173
Тема 3. Світлові явища
У випадку перпендикулярного падіння променів освічується певна
площа поверхні. Якщо відхиляти промені від вертикального напряму, то
площа освіченої поверхні збільшується, отже, освітленість зменшується.
Освітленість поверхні точковим джерелом світла обернено пропорційна квадрату відстані від джерела до цієї поверхні і залежить від кута падіння світлового променя.
У цьому ти переконуєшся щодня. Адже вранці й увечері сонячні промені ковзають вздовж поверхні Землі і слабо її освітлюють та нагрівають. Удень, коли Сонце стоїть майже вертикально до Землі, вона отримує значно більше світла й тепла. Унаслідок одержання різної кількості
сонячної енергії змінюються пори року (мал. 28.3).
21 березня
Півн. півкуля. Весна Півн. півкуля. Зима
Півд. півкуля.
Осінь
22 червня
Півд. півкуля. Зима
Півн. півкуля.
Літо
Закони освітленості:
з віддаленням джерела освіт-
леність зменшується обернено
пропорційно квадрату відстані;
освітленість, яку створюють
кілька джерел світла в деякій
точці поверхні, дорівнює сум
і
освітленостей, створюваних кожним джерелом окремо.
Півд. півкуля.
Літо
Півн. півкуля.
Осінь
Півд. півкуля. Весна
23 вересня
Яскравість (brightness) джерела
світла показує, наскільки сильно світиться одиниця площі його поверхні
в певному напрямі. Це кількісна характеристика, яка враховує:
світловий потік, який випромінює
джерело;
площу випромінюючої поверхні;
напрям спостереження.
22 грудня
Мал. 28.3
Якщо ти дивишся на ввімкнений екран телефону та на маленьку LED-лампу однакової сили
світла, лампа здається набагато яскравішою, тому що та сама
сила світла випромінюється з набагато меншої площі. Таким
чином, для характеристики самого джерела світла найбільш
інформативними є сила світла та яскравість. Для регулювання
28.4
174
174
§ 28. Досліджуємо фотометричні властивості світла
яскравості екрана твого телефону в ньому вбудовано датчик освітленості
(який зазвичай розташований біля фронтальної камери).
ДУМАЙ
ної поверхні?
тах?
4.
За яких умов утворюються льодяні бурульки на дахах будинків?
ДІЙ
1. Що називають світловим потоком? Силою світла?
Освітленістю?
3.
Чому на екваторі завжди тепліше, ніж у середніх широ-
2.
Як можна збільшити освітленість пев-
ВИКОНАЙ ДОСЛІДЖЕННЯ
Виконуй досліди з дотриманням правил безпеки життєдіяльності!
Візьми участь у груповій роботі
Об’єднайтеся у групи та виконайте одне з досліджень. Результатами
поділіться з однокласниками й однокласницями.
Виміряйте освітленість у різних точках і з’ясуйте, від чого вона за-
1
лежить.
Обладнання: джерело світла (лампа / ліхтарик смартфона), лінійка
або рулетка, люксметр або застосунок-люксметр у смартфоні, аркуш білого паперу (як поверхня, на яку падає світло).
Закріпіть ліхтарик так, щоб він світив горизонтально на аркуш паперу. Виміряйте відстань від джерела світла до аркуша (наприклад
10 см, 20 см, 30 см, 40 см). На кожній відстані виміряйте освітленість E.
Побудуйте графік залежності E(d).
Покладіть аркуш під кутом 0° (перпендикулярно до променя), потім нахиліть його приблизно на 60°. Вимірюйте щоразу освітленість E.
Порівняйте значення при 0° і 60°.
Оцініть світловий потік від джерела світла.
2
Обладнання: те саме, що в досліді 1.
Розмістіть лампу на фіксованій відстані (наприклад 20 см) від площини картону (квадрат 20 20 см). Виміряйте освітленість E в центрі картону. Обчисліть світловий потік, що падає на цю поверхню:
Ф
падаючий
E · S, де S — площа картону в м, E — у люксах. (Уточнення:
це не «повний» світловий потік лампи, а лише та частина, яка реально
потрапляє на квадрат.) Обчисліть Ф для різних відстаней і порівняйте
отримані значення. Поясніть причини розбіжності значень.
Порівняйте дві лампи / два ліхтарики за спрямованістю випроміню-
3
вання.
175
175
Тема 3. Світлові явища
Обладнання: два різні джерела світла (наприклад, звичайний ліхтарик і ліхтарик з фокусованим променем), люксметр, рулетка, темне
приміщення або затемнена коробка.
Закріпіть люксметр на певній відстані (наприклад 1 м). Посвітіть
першим ліхтариком строго вздовж осі прямо на люксметр, запишіть E
Не змінюючи положення, посвітіть другим ліхтариком, запишіть E
Порівняйте E
Порівняйте яскравість різних поверхонь / екранів.
4
Обладнання: екран смартфона або ноутбука з регульованою яскравістю; білий аркуш паперу, добре освітлений настільною лампою; люксметр.
Покладіть люксметр упритул до екрана смартфона (білий фон на екрані). Виміряйте покази — це умовне значення, пропорційне яскравості
екрана. Увімкніть максимальну яскравість дисплея. Виміряйте покази.
Спрямуйте світло від лампи на білий аркуш паперу і зробіть той самий контактний замір люксметром від відбитого світла. Порівняйте значення. Зробіть висновок: який об’єкт має більшу яскравість поверхні.
і E2. Поясніть причини розбіжності значень.
1
ОПРАЦЮЙ ІНФОРМАЦІЮ
Підготуй інформаційний проєкт «Фізика, біологія, біохімія та фізіо-
логія зору. Інерційність зору».
.
1
.
2
Дізнайтесь із додаткових джерел про Гедвіґу Кон (1887–
1964) —
радіомет рі
нювання.
німецько-американську фізикиню, піонерку в галузі
ї — науки про вимірювання інтенсивності випромі-
28.5
§ 29. ДОСЛІДЖУЄМО ХВИЛЬОВІ
ВЛАСТИВОСТІ СВІТЛА
Я вмію отримувати веселку з білого світла.
А я вмію з кольорів веселки робити біле світло.
ДОСЛІДЖУЙ
Отримай веселку. Для цього тобі потрібні ванночка з водою, дзер-
1
кало, білий картон та ліхтарик. Спрямуй пучок світла ліхтарика на
край дзеркала, занурений у воду. Спостерігай веселку на білому картоні (мал. 29.1).
176
176
Картон
Промінь ліхтарика
Відбите світло
§ 29. Досліджуємо хвильові властивості світла
Дзеркало
Мал. 29.1
Сховай веселку. Розфарбуй у кольори веселки картонне кружальце
2
Мал. 29.2
та настроми його на олівець (мал. 29.2). Обертай цю саморобну дзиґу.
Спостерігай за зміною забарвлення.
ДІЗНАВАЙСЯ
Звідки беруться кольори? Перший крок до розгадки кольору зробив
Ісаак Ньютон. Удосконалюючи телескопи, він звернув увагу на те, що
зображення, яке дає об’єктив, по краях забарвлене. Зацікавившись цим
явищем, він перший «дослідив різноманітність світлових променів і зумовлені цим особливості кольорів, про які до того часу ніхто й гадки не
мав» (ці слова написано на могилі І. Ньютона).
Зробивши маленький отвір у шторі,
Ньютон підставив під вузький пучок світла трикутну скляну призму. На протилежній стіні з’явилася красива кольорова
смуга. Цю смугу І. Ньютон назвав спек-
тром (від латинського spectrum — марево)
(мал. 29.3).
Закриваючи отвір червоним склом,
І. Ньютон бачив на стіні лише червону
пляму, закриваючи синім склом — синю.
Отже, біле світло — складне. Із нього можна виділити світлові пучки різних кольорів, і лише їх спільна дія створює враження білого кольору.
Поява кольорового спектра внаслідок
проходження білого світла крізь призму
обумовлена його хвильовою природою.
Мал. 29.3
177
177
Соседние файлы в папке НУШ