Источники света. Прямолинейное распространение света - Световые явления

Цели: ознакомить учащихся с естественными и искусственными источниками света; разъяснить закон прямолинейного распространения света; объяснить природу солнечных и лунных затмений.

Демонстрации: излучение света различными источниками; прямолинейное распространение света; получение тени и полутени.

Ход урока

I. Анализ итогов контрольной работы

Перед началом изучения новой темы необходимо проанализировать результаты контрольной работы, ответить на возникшие по работе вопросы, разобрать наиболее часто допускаемые ошибки.

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Свет как видимое излучение.

2. Естественные и искусственные источники света.

3. Пучок и луч.

4. Закон прямолинейного распространения света.

5. Тень и полутень.

В краткой вступительной беседе учитель должен рассказать учащимся о значении света в познании человеком окружающего мира. Благодаря органу зрения человек видит окружающий мир, осуществляет связь с окружающей средой, может работать и отдыхать. От того, как освещаются предметы, зависит продуктивность труда. Без достаточного освещения растения не могут нормально развиваться. Знание закономерностей световых явлений позволяет конструировать различные оптические приборы, которые находят широкое применение в практической деятельности человека.

Лучшая иллюстрация значению световых явлений в жизни человека «минутный» эксперимент: предложите учащимся на одну минутку закрыть глаза и представить себе «жизнь во тьме»!!!

1. Что же такое свет? Все тела состоят из атомов (или молекул). Но как в гитарной струне нет звука, так в атоме нет света. Состояние атома, когда его энергия минимальна, называют нормальным (или невозбужденным). В таком состоянии атом не излучает энергии. Всякое другое состояние атома с энергией, отличной от минимальной, называют возбужденным. В возбужденном состоянии атом может находиться в течение 10^-8 с. Переход атома из возбужденного состояния в нормальное сопровождается излучением электромагнитных воли.

Таким образом:

Свет - это электромагнитное излучение, воспринимаемое глазом по зрительному ощущению.

Учитель задает вопрос:

- Чем отличается излучение утюга или кипятильника от излучения электрической лампы накаливания?

2. Источником света называют тела, способные излучать свет. Всякое светящееся тело состоит из огромного числа «элементарных» излучателей. Таким образом, оптическое излучение источников света представляет собой набор излучений отдельных атомов и молекул.

Демонстрируя учащимся различные источники света (горящую спичку, свечку, светящуюся лампочку), учитель сообщает, что существуют естественные и искусственные источники света.

Естественные источники света - это Солнце, звезды, атмосферные заряды, а также светящиеся объекты животного и растительного мира (светлячки, гнилушки и пр.)

Искусственные источники света, в зависимости от того, какой процесс лежит в основе получения излучения, разделяют на тепловые и люминесцирующие.

- Приведите примеры естественных и искусственных источников света.

3. Поскольку свет - электромагнитное излучение и ему присущи все свойства электромагнитных волн, то все задачи оптики можно решить на основе волновых представлений. Однако это требует применения весьма громоздкого математического аппарата. Однако при решении задач на построение изображений в зеркалах и линзах и при расчете оптических приборов ученые пользуются геометрическими методами. Эти методы составляют содержание геометрической оптики, которую иначе называют лучевой оптикой.

Основными понятиями геометрической оптики являются пучок и луч. Причем эти понятия нельзя отождествлять. Пучок света можно наблюдать, а луч только чертить на бумаге:

- цилиндрические или конические каналы, внутри которых распространяется свет, называются световыми пучками;

- лучом называется геометрическая линия, указывающая направление переноса световой энергии.

Теперь очевидны различия данных физических понятий с такими их образно-литературными «аналогами», как «лучи Солнца», «луч света упал на стол», «Катерина — луч света в темном царстве» и так далее.

Не существует бесконечно узких световых пучков; пучок света всегда имеет конечную ширину. Луч - это как бы ось пучка, а не сам пучок.

4. Геометрическая оптика базируется на трех законах:

а) закон прямолинейного распространения света;

б) закон отражения света;

в) закон преломления света.

Свет в однородной среде распространяется прямолинейно - так формулируется закон прямолинейного распространения света.

- Какие примеры вы можете привести для подтверждения прямолинейного распространения света?

Оптически однородной считается такая среда, в которой свет распространяется с постоянной скоростью. Если имеются две среды, в которых свет распространяется с различными скоростями, то среду, где свет распространяется с меньшей скоростью, называют оптически более плотной, а среду, где свет распространяется с большей скоростью - оптически менее плотной.

5. Тень и полутень. Прямолинейность распространения света подтверждается образованием тени. Если взять небольшой источник света, экран и между ними поместить непрозрачный предмет, то на экране появится темное изображение его очертаний - тень.

Тень - область пространства, в которую не попадает световая энергия от источника света.

- Почему образование тени служит доказательством прямолинейности распространения света?

В опыте мы не учитывали размеры источника света. Источник света, размеры которого малы по сравнению с расстоянием до экрана, называют точечным источником света. Если же мы возьмем больший источник света, то на экране вокруг тени образуется еще и полутень.

Полутень - область пространства, в которую световая энергия от источника света попадает частично.

Образованием тени и полутени объясняются солнечные и лунные затмения. При солнечном затмении полная тень от Луны падает на Землю. Из этого места Земли Солнца не видно. Когда Луна, вращаясь вокруг Земли, попадает в ее тень, то наблюдается лунное затмение.

В заключение урока можно рассказать о практическом использовании закона прямолинейного распространения света (строительство, прокладка дорог, определение высоты предметов и так далее).

III. Закрепление изученного

Если в конце урока остается время, то с целью закрепления изученного материала можно разобрать решения нескольких простых задач:

1. Как проверить, что три далеко расположенных друг от друга столба стоят вдоль одной прямой? На чем основан предложенный вами способ?

2. Как просто и надежно проверить прямолинейность линейки? Начерченной на бумаге линии?

3. На горизонтальной площадке стоят два вертикальных столба. Высота первого столба 2 м, длина его тени 1 м. Какова высота второго столба, если длина его тени равна 70 см? Источником света является солнце.

Если учащиеся хорошо подготовлены и могут решать сложные задачи, то можно разобрать решение следующих задач:

Задача 1

Шар освещен двумя лампами, мощности которых 100 Вт и 25 Вт. На рис. 39 показаны тени, отбрасываемые шаром. Какая лампа расположена ближе к шару? Из каких точек (А, В, С, D) можно увидеть 100-ваттную лампу?

Решение: Очевидно, в точку D попадает свет от обеих ламп, а в точку А свет от обеих ламп не попадает. В точки В и С попадает свет только от одной из ламп. Судя по размерам «теневых» кругов, в точку В попадает свет от более далекой лампы, а в точку С - от более близкой. Поскольку, несмотря на это, точка В освещена Сильнее, чем точка С, более далекая лампа ярче. Свет от нее попадает в точки В и D. Следовательно, ближе к шару расположена лампа мощностью 25 Вт, 100- ваттную лампу можно увидеть из точек В и D.

Задача 2

Вы стоите на берегу реки, а на противоположном берегу находится дерево, высота которого вам известна. Опишите способ, с помощью которого можно измерить ширину реки, если в вашем распоряжении есть линейка с делениями.

Решение: С помощью линейки надо измерить длину вытянутой руки (обозначим эту длину l, рис. 40). Затем, держа линейку на вытянутой руке, надо «измерить» видимую «высоту» дерева (обозначим ее А). Тогда ширина реки L находится из пропорции где Н — высота дерева. При расчетах можно пренебречь длиной руки по сравнению с шириной реки.

Домашнее задание

1. § 62 учебника; вопросы и задания к параграфу.

2. Выполнить упражнение 29 (учебник, с. 151).