Подготовка прибора к работе

Необходимо убедиться, что нити накала ламп осветителей ориентированы перпендикулярно плоскости доски-экрана. При правильной ориентировке после включения осветителя пучок света на экране имеет четкие, без полутеней границы. Для ориентации нити лампы необходимо ослабить винт, фиксирующий положение патрона в осветителе. Установить патрон так, чтобы нить была перпендикуляр и а плоскости доски-экрана, зафиксировать в этом положении.

Собрать необходимую для конкретного опыта оптическую схему. Прибор, готов к работе.

6. Основные опыты

Ряс. 2

Рис. 3.

Опыт 1. Источник света. Точечный источник света.

На доске-экране 1 располагается осветитель 2. Подвижная шторка осветителя полностью закрыта. Отрывая шторку, обнаруживают на экране «след» расходящегося пучка света с меткими. неразмытыми границами (рис. 2). Пучок света исходит из светящейся точки — точечного источника света.

Опыт 2. Распространение света в однородной среде.

На пути расходящегося пучка света (рис. 3) устанавливают диафрагму 4. При прохождении через нее широкий пучок света разбивается на веер узких, которые в пределе следует рассматривать как модели лучей света.

Видно, что эти узкие пучки-лучи исходят из одной светящейся точки - точечного источника света.

Если расположить глаз на пути распространения пучка света, то он видит точку в том месте, откуда исходят лучи, т. е. в месте их пересечения, где на самом деле находится точка.

Рис. 4.

Опыт 3. Образование тени.

На пути распространения пучка света, исходящего из осветителя 2, располагается ширма 3, как показано на рисунке 4. На экране 1 отчетливо наблюдается область полной тени, образующаяся за непрозрачным телом при освещении его точечным источником света.

Опыт 4. Образование тени и полутени.

На доске-экране 1 располагаются два осветителя 2, моделирующие, крайние точки источника света протяженных размеров, и ширма 3 (рис. 5). На экране при этом кроме области тени обнаруживаются и области полутени — пространство между областями полной тени и полного света при освещении непрозрачного тела источником света больших угловых размеров.

1, 2, 3 — области тени; 4, 5 — области полутени

Рис. 5.

Опыты 3 и 4 могут быть использованы при обсуждении вопросов о солнечном и лунном затмениях.

Опыт 5. Получение изображения предмета с помощью малого отверстия.

На доске-экране 1, как показано на рисунке 6, располагаются два осветителя 2, моделирующие крайние (верхнюю и нижнюю) точки изображаемого предмета и две ширмы 3, образующие щель (малое отверстие). Щель вырезает из падающих на нее широких пучков света узкие пучки, которые создают на экране действительное перевернутое изображение светящихся точек. Убедиться в том, что изображение перевернуто можно, «окрасив» световые пучки с помощью светофильтров.

Рис.6

Рис. 7

Опыт 6. Явления отражения и преломление света на границе раздела двух сред.

Осветитель ориентируют так, чтобы узкий пучок света попадал в центр плоской грани полудиска. На экране наблюдается явление одновременного отражения и преломления света на границе раздела двух прозрачных сред «воздух -стекло» (рис. 7).

Опыт 7. Зеркальное отражение света.

На плоское зеркало 6. 3 напрамляют расходящийся пучок света (рис. К). На экране наблюдается ход падающего и отраженного пучком света. Расположим на пути падающего пучка света диафрагму 4, демонстрируют тот факт, что каждому падающему на зеркало лучу соответствует луч отраженный. Отраженные лучи, как и падающие, распространяясь, не пересекаются. Плоское зеркало изменяет направление распространения падающего на него пучка света, но не изменяет его форму.

Рис. 8.

Опыт 8. Законы отражения света.

Плоское зеркало 6. 3 располагается в центре экрана с круговой шкалой (рис. 9). Узкий пучок света (луч) направляют на плоскость зеркала. Перпендикуляр, восстановленный к плоскости зеркала в точку падения луча, моделируется «лучом» света, сформированным с помощью другого осветителя. При изменении направления падающего луча изменяется и направление отраженного луча, но оба они и перпендикуляр всегда остаются лежать в

Рис. 8а

Рис. 9.

плоскости экрана. Если под небольшим углом к плоскости экрана расположить лист белой бумаги (в той области, где наблюдается отраженный луч или луч-перпендикуляр), то на нем ни отраженный луч, ни «луч» перпендикуляр наблюдаться не будут.

При установлении (проверке) второго закона отражения углы падения и отражения определяются по круговой шкале.

Опыт 9. Изображение светящейся точки в плоском зеркале.

Схема данного опыта такая же как и в опыте 7. Если расположить глаз в области отраженного пучка света, то глаз воспримет отраженные лучи как бы исходящими из некоторой точки, находящейся за зеркалом. Эта точка (мнимое изображение) находится там, где пересекаются продолженные за плоскость зеркала отраженные лучи. Из опыта становится понятным, что изо6ражение светящейся точки можно увидеть лишь, в том случае, когда глаз находится в области отраженного пучка света.

Опыт 10. Изображение предмета в плоском зеркале.

Пучки лучей света, исходящие из двух осветителей, направляются на плоское зеркало (рис. 10). Ход рассуждении – как и в случае предыдущего опыта

Опыт иллюстрирует область видения изображения двух светящихся точек. Она представляет собой область пересечения отраженных пучков света.

Рис. 10.

Опыт 11 Рассеянное отражение света.

Схема опыта не отличается от схемы опыта 7. На поверхность плоского зеркала кладут полоску белой бумаги. В отличие, от зеркального (направленного) отражения света, на экране наблюдается ненаправленное, рассеянное отражение.

Рис. 11

Рис. 12.

Опыт 12. Законы преломления света.

Центр плоского среза полудиска совмещается с центром круговой шкалы. «Луч»-перпендикуляр и падающий луч формируются, как и в опыте 8 (рис. 11). Опыт позволяет убедиться в справедливости законов преломления света.

Узкий пучок света направляется на прямоугольную призму, как показано на рисунке 12. В результате двукратного преломления пучок выходит из призмы, отклоняясь к ее основанию.

Опыт 14. Действие собирающей линзы.

Пучок света направляют на двояковыпуклую линзу (рис. 13). В зависимости от расположения осветителя по отношению к линзе, на экране будут наблюдаться преломленные пучки света различной формы: сходящийся, параллельный, расходящийся. Из опыта видно, что даже в случае, когда линза формирует расходящийся пучок, его угол раствора меньше угла раствора падающего пучка. Действие линзы и в этом случае оказывается собирающим.

Рис. 13.

Опыт 15. Действие рассеивающей линзы.

Пучок света направляют на двояковогнутую линзу (рис. 14). Независимо от расположения осветителя по отношению к линзе преломленные пучки будут всегда расходящимися. Опыт подтверждает, что угол раствора сформированного вогнутого линзой пучка всегда оказывается больше угла раствора пучка, падающего на линзу.

Опыт 16. Фокус линзы, фокусное расстояние.

Осветитель 2, диафрагму 4 и линзы размещают на экране, как показано на рисунке 15. Линзу 6. 9 сначала прикрывают заслонкой 5. Видно, что лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси, после преломления пересекаются в одной точке на главной оси в главном фокусе.

Поместив на место линзы 6. 9 рассеивающую линзу, можно визуально представить, что прямые, продолжающие преломленные лучи, пересекутся в точке на главной оптической оси с той же стороны, с какой падает свет на линзу — в мнимом фокусе.

Рис. 14.

Опыт 17. Ход лучей в линзе.

При обсуждении хода лучей в линзах используется схема опытов 14 и 15. Дополнительно демонстрируют ход «лучей построения». Для этой цели направляют узкие пучки — «лучи» на оптический центр линзы под разными углами к главной оптической оси. Наблюдения показывают, что эти лучи не меняют своего направления распространения Аналогично показывают ход лучей, падающих на линзу параллельно главной оптической оси.

Ход «лучей построения» в составе, пучка света демонстрируется в опыте, представленном на рисунке 16. Падающий на линзу пучок света сформирован таким образом, что один крайний луч проходит через оптический центр линзы, а другой — параллельно главной оптической оси.

Рис. 15

Рис. 16

Рис. 17.

Опыт 18. Получение изображения светящейся точки в линзах.

Схема опыта такая же, как и в опытах 14, 15. В случае собирающей линзы вначале перемещают осветитель вдоль главной оптической оси и показывают, как при этом изменяется положение изображения, в каких случаях изображение будет действительным, а в каких — мнимым. Затем показывают, куда смещается изображение, если светящаяся точка располагается выше (ниже) главной оптической оси.

Изображение светящейся точки будет видно наблюдателю в том случае, если глаз будет расположен в области расходящегося пучка света.

Аналогично демонстрируют опыты по получению изображения с помощью рассеивающей линзы. Из опытов видно, что рассеивающая линза дает только мнимое изображение.

Опыт 19. Получение изображения предмета в линзах.

В данном опыте, как и в опытах 5, 10, крайние точки предмета моделируются с помощью двух осветителей (рис. 1). Опыт позволяет подробно рассмотреть условия, при которых возникает действительное или мнимое изображение, и свойства каждого из них (рис. 17).

Опыт 20. Устройство и принцип действия фотоаппарата.