Ученый исследователь свойств света 5. Сказка о том, что случится, если исчезнет свет солнца

Общие определения

С точки зрения оптики, свет - это электромагнитное излучение, которое воспринимается глазом человека. За единицу изменения принято брать участок в вакууме 750 ТГц. Это коротковолновая граница спектра. Ее длина равна 400 нм. Что касается границы широких волн, то за единицу измерения берется участок в 760 нм, то есть 390 ТГц.

В физике свет рассматривается как совокупность направленных частиц, называемых фотонами. Скорость распределения волн в вакууме постоянна. Фотоны обладают определенным импульсом, энергией, нулевой массой. В более широком смысле слова, свет - это видимое Также волны могут быть и инфракрасными.

С точки зрения онтологии, свет - это начало бытия. Об этом твердят и философы, и религиоведы. В географии этим термином принято называть отдельные области планеты. Сам по себе свет - это понятие социальное. Тем не менее в науке оно имеет конкретные свойства, черты и законы.

Природа и источники света

Электромагнитное излучение создается в процессе взаимодействия заряженных частиц. Оптимальным условием для этого будет тепло, которое имеет непрерывный спектр. Максимум излучения зависит от температуры источника. Отличным примером процесса является Солнце. Его излучение близко к аналогичным показателям абсолютно черного тела. Природа света на Солнце обуславливается температурой нагревания до 6000 К. При этом около 40% излучения находится в пределах видимости. Максимум спектра по мощности располагается вблизи 550 нм.

Источниками света также могут быть:

1. Электронные оболочки молекул и атомов во время перехода с одного уровня на другой. Такие процессы позволяют достичь линейный спектр. Примером могут служить светодиоды и газоразрядные лампы.
2. которое образуется при движении заряженных частиц с фазовой скоростью света.
3. Процессы торможения фотонов. В результате образуется синхро- или циклотронное излучение.

Природа света может быть связана и с люминесценцией. Это касается и искусственных источников, и органических. Пример: хемилюминесценция, сцинтилляция, фосфоресценция и др.

В свою очередь, источники света разделяются на группы относительно температурных показателей: А, В, С, D65. Самый сложный спектр наблюдается у абсолютно черного тела.

Характеристики света

Человеческий глаз субъективно воспринимает электромагнитное излучение как цвет. Так, свет может отдавать белыми, желтыми, красными, зелеными переливами. Это лишь зрительное ощущение, которое связано с частотой излучения, будь оно по составу спектральным или монохроматическим. Доказано, что фотоны способны распространяться даже в вакууме. При отсутствии вещества скорость потока равняется 300.000 км/с. Это открытие было сделано еще в начале 1970-х годов.

На границе сред поток света испытывает либо отражение, либо преломление. Во время распространения он рассеивается через вещество. Можно сказать, что оптические показатели среды характеризуются значением преломления, равным отношению скоростей в вакууме и поглощения. В изотропных веществам распространение потока не зависит от направления. Здесь представлен скалярной величиной, определяющейся координатами и временем. В анизотропной среде фотоны проявляется в виде тензора.

Кроме того, свет бывает поляризованным и нет. В первом случае главной величиной определения будет вектор волны. Если же поток не поляризован, то он состоит из набора частиц, направленных в случайные стороны.

Важнейшей характеристикой света является и его интенсивность. Она определяется такими фотометрическими величинами, как мощность и энергия.

Основные свойства света

Фотоны могут не только взаимодействовать между собой, но и иметь направление. В результате соприкосновения с посторонней средой поток испытывает отражение и преломление. Это два основополагающих свойства света. С отражением все более-менее ясно: оно зависит от плотности материи и угла падения лучей. Однако с преломлением дело обстоит куда сложнее.

Для начала можно рассмотреть простой пример: если опустить соломинку в воду, то со стороны она покажется изогнутой и укороченной. Это и есть преломление света, которое наступает на границе жидкой среды и воздуха. Этот процесс определяется направлением распределения лучей во время прохождения через границу материи.

Когда поток света касается границы между средами, длина его волны существенно изменяется. Тем не менее частота распространения остается прежней. Если луч не ортогональный по отношению к границе, то изменению подвергнется и длина волны, и ее направление.

Искусственное часто используется в исследовательских целях (микроскопы, линзы, лупы). Также к таковым источникам изменения характеристик волны относятся очки.

Классификация света

В настоящее время различают искусственный и естественный свет. Каждый из этих видов определяется характерным источником излучения.

Естественный свет представляет собой набор заряженных частиц с хаотичным и быстро изменяющимся направлением. Такое электромагнитное поле обуславливается переменным колебанием напряженностей. К естественным источникам относятся раскаленные тела, солнце, поляризованные газы.

Искусственный свет бывает следующих видов:

1. Местный. Его используют на рабочем месте, на участке кухни, стены и т.д. Такое освещение играет важную роль в дизайне интерьера.
2. Общий. Это равномерное освещение всей площади. Источниками являются люстры, торшеры.
3. Комбинированный. Смесь первого и второго видов для достижения идеальной освещенности помещения.
4. Аварийный. Он крайне полезен при отключениях света. Питание производится чаще всего от аккумуляторов.

Солнечный свет

На сегодняшний день это главный источник энергии на Земле. Не будет преувеличением сказать, что солнечный свет воздействует на все важные материи. Это количественная постоянная, которая определяет энергию.

В верхних слоях земной атмосферы содержится около 50% излучения инфракрасного и 10% ультрафиолетового. Поэтому количественная составляющая видимого света равна всего 40%.

Солнечная энергия используется в синтетических и природных процессах. Это и фотосинтез, и преобразование химических форм, и отопление, и многое другое. Благодаря солнцу человечество может пользоваться электроэнергией. В свою очередь, потоки света могут быть прямыми и рассеянными, если они проходят через облака.

Три главных закона

С древних времен ученые занимались изучением геометрической оптики. На сегодняшний день основополагающими являются следующие законы света:

Восприятие света

Окружающий мир человеку виден благодаря способности его глаз взаимодействовать с электромагнитным излучением. Свет воспринимается рецепторами сетчатки, которые могут уловить и отреагировать на спектральный диапазон заряженных частиц.

У человека есть 2 типа чувствительных клеток глаза: колбочки и палочки. Первые обуславливают механизм зрения в дневное время при высоком уровне освещения. Палочки же являются более чувствительными к излучению. Они позволяют человеку видеть в ночное время.

Зрительные оттенки света обуславливаются длиной волны и ее направленностью.

Рудницкая Анна

Рудницкая Анна, ученица 10 А класса ГБОУ лицея №486 г. С.-Петербурга совместно с учителем физики Бородкиной Татьяной Ивановной провела исследовательскую работу по теме: "Свет-это волна". Данное исследование было представлено в РГПУ имени Герцена г.С.-Петербурга. Ученица за свою работу от ректората университета получила грамоту. Тезисы выступления были опубликованы в печатном сборнике университета.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Предварительный просмотр:

Исследование волновых свойств света?

Т.И. Бородкина, А. Рудницкая

(ГБОУ лицей №486 Выборгского района)

Из курса 8-ого класса мы знаем, что свет – это излучение. Различают искусственные и естественные, тепловые и люминесцентные источники света. О прямолинейном распространении света знали ещё в древнем Египте и использовали это для установления колонн по прямой линии . Закон прямолинейного распространения света позволяет объяснить образование тени и полутени, а также солнечные и лунные затмения (рисунок 1).

Рис. 1. Демонстрация солнечного затмения на приборе «Теллурий»

Любому волновому движению присущи явления интерференции и дифракции . Попробуем убедиться, что свет имеет волновую природу.

амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга. Сопровождается чередованием максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) интенсивности в пространстве. Результат интерференции (интерференционная картина) зависит от разности фаз накладывающихся волн .

Условие максимума и минимума интерференции волн можно записать, как: в этой формуле вместо µ должно стоять ± и , где k =0,1,2,….., Δ d – разность хода интерферирующих волн, λ – длина волны интерферирующих волн .

Дифракция волн – это явление, которое заключается в огибании волнами краёв препятствий .

Наглядную дифракционную и интерференционную картины поперечных механических волн можно наблюдать с помощью волновой ванны (рисунок 2).

Рис.2. Интерференция волн на волновой ванне

Проведём теперь опыты, которые позволяют нам увидеть интерференцию и дифракцию световых волн. Яркую интерференционную картину света можно наблюдать на плёнке мыльного пузыря (рисунок 3).

Рис.3. Интерференция света на плёнке мыльного пузыря

Опыты с капроновой лентой и лазерным диском показали, что световые волны огибают препятствия и складываются. То есть обладают свойством интерференции и дифракции. Дифракция света на щели 1 мм и тонкой нити 0,2 мм доказывают, что свет не только обладает свойствами интерференции и дифракции, но и то, что длина волны очень маленькая, поэтому световая волна может огибать только маленькие по размеру препятствия (рисунок 4).

а) б)

Рис.4. Дифракция света: а) на щели; б) на нити

При рассмотрении некоторых наших исследуемых образцов при помощи оптического микроскопа Nikon Eclipse на факультете физики РГПУ им. А.И. Герцена мы увидели штрихи на дифракционной решётке и дифракцию света. Дифракция света на капроновой ленте была не ярко выражена. На малом отверстии можно было наблюдать явление хроматической аберрации (рисунок 5). .

Рис.5. Хроматическая аберрация на малом отверстии

Кроме того, проведённый нами расчёт длины волны красного и синего света с помощью дифракционной решётки по формуле: ,где d -период решётки, λ -длина волны, k - 1,2,3,… показал, что длина волны красного света равна λ =725 нм, а синего цвета – λ = 440 нм.

После проведения опыта с источником света и кристаллом турмалина, можно утверждать, что свет - это поперечная поляризованная волна. У турмалина анизотропия оптических свойств проявляется в том, что он сильно поглощает излучение с колебаниями вектора Е одного определенного направления, а излучение с колебаниями в перпендикулярном направлении почти не поглощает. Это свойство кристаллов называют дихроизмом . На рисунке 6 показан опыт по поляризации света.

Рис.6. Поляризация света

Таким образом, в результате проведённых исследований мы убедились, что свет обладает волновыми свойствами.

Информационные источники:

1. А.В. Пёрышкин Учебник «Физика-8». – Москва: Дрофа, 2001 г. (стр.147,148)

2. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин Учебник «Физика 11 класс». – М. Просвещение, 2012 г. (стр.198)

5. 7. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин Учебник «Физика 11 класс». – М. Просвещение, 2012 г. (стр.210)

6. https://ru.wikipedia.org/wiki/Диафрагма_(оптика)

7. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин Учебник «Физика 11 класс». – М. Просвещение, 2012 г. (стр.390,391)

Предварительный просмотр:

Слайд 1. Тема моей работы: Исследование волновых свойств света?

Слайд 2. Из курса 8-ого класса мы знаем, что свет – это излучение. Различают искусственные и естественные, тепловые и люминесцентные источники света. О прямолинейном распространении света знали ещё в древнем Египте и использовали это для установления колонн по прямой линии. Закон прямолинейного распространения света позволяет объяснить образование тени и полутени, а также солнечные и лунные затмения.На слайде представлен опыт на приборе Теллурий.

Слайд 3. Существует также определение, что: «Свет – это электромагнитная волна». Мы исследовали в своих опытах свойства интерференции и дифракции волн. Так как понятия интерференции и дифракции волн изучают только в 11 классе, то для наглядности этих явлений, с помощью волновой ванны мы получили сферические и прямые волны. Волны на поверхности воды являются поперечными. На фото представлена сферическая волна, полученная с помощью волновой ванны.

Слайд 4 . Свойства интерференции волн можно наблюдать на опыте с помощью этой волновой ванны. На слайде представлена картина интерференции двух сферических волн.

Слайд 5 Интерференция волн – это увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга. Сопровождается чередованием максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) интенсивности в пространстве. Интерференционная картина зависит от разности фаз накладывающихся волн. Для образования устойчивой интерференционной картины необходимы когерентные источники волн. Когерентные волны – это волны, имеющие одинаковые частоты, постоянную разность фаз, а колебания происходят в одной плоскости.

Слайд 6. Если поставить препятствие на пути распространения волны, то можно увидеть, что сферическая волна огибает это препятствие. А прямая волна становится источником вторичных волн, пройдя сквозь щель.

Слайд 7 . Дифракция волн – это явление, которое заключается в огибании волнами краёв препятствий.

Для света различают два вида дифракции: в параллельных лучах (Фраунгофера) и в расходящихся лучах (Френеля).

Дифракцию Фраунгофера можно наблюдать при освещении параллельным пучком света узкой щели. Если за щелью поместить собирающую линзу, то на экране в фокальной плоскости будет наблюдаться дифракционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос.

Дифракция Френеля может наблюдаться на круглом отверстии или диске и имеет вид концентрических темных и светлых колец, причем для наблюдения их не требуется линзы.

Объяснить дифракцию можно с помощью принципа Гюйгенса-Френеля.: каждая точка волновой поверхности является вторичным точечным источником когерентных волн. Таким образом, дифракционную картину можно рассматривать как результат интерференции вторичных волн, идущих от точек волновой поверхности, совпадающей с препятствием, на котором происходит дифракция.

Слайд 8.Если поставить опыты со светом. То яркую интерференционную картину можно увидеть на мыльном пузыре и проволочной рамке. Причём интерференционные полосы имеют разную ширину, это зависит от толщины мыльной плёнки. Мыльная плёнка на рамке имеет клиновидную форму.

Слайд 9. Интерференцию света в тонких плёнках можно изобразить с помощью схемы, где видно сложение когерентных волн отражённых от внешней и внутренней поверхностей плёнки.

Слайд 10. Опыты с лазерным диском и капроновой лентой показывают, что световая волна огибает препятствия и складывается. То есть обладает свойством интерференции и дифракции.

Слайд 11 и 12.Дифракция света на тонкой нити 0,2 мм и щели 1мм доказывают, что свет не только обладает свойствами интерференции и дифракции. Но и то, что длина волны очень маленькая, поэтому световая волна может огибать только маленькие по размеру препятствия.

Слайд 13. На оборудовании L-micro были получены кольца Ньютона. Кольца Ньютона - это кольцеобразные интерференционные максимумы и минимумы, появляющиеся вокруг точки касания слегка изогнутой выпуклой линзы и плоскопараллельной пластины при прохождении света сквозь линзу и пластину.

Слайд 14.Кроме того, некоторые наши образцы были исследованы на оптическом микроскопе Nikon Eclipse на факультете физики РГПУ им. А.И. Герцена. Мы увидели штрихи на дифракционной решётке. Рассмотрели решётку в белом и синем свете.

Слайд 15. Исследование капроновой ленты показало слабую интерференционную картину.

Слайд 16.Исследование круглого отверстия показало картину аберрации света. Аберрация света возникает из-за того, что показатель преломления зависит от длины волны света Уменьшение действующего отверстия оптической системы (диафрагмирование) улучшает качество изображения, так как при этом из пучка лучей устраняются краевые лучи, на ходе которых в наибольшей степени сказываются аберрации . Это тоже подтверждает волновую природу света.

Слайд 17.Если провести опыт с источником света и кристаллом турмалина, то можно утверждать, что свет- это поперечная поляризованная волна. У турмалина анизотропия проявляется в том, что он сильно поглощает излучение с колебаниями вектора Е одного определенного направления, а излучение с колебаниями в перпендикулярном направлении почти не поглощает. Это свойство кристаллов называют дихроизмом .

Слайд 18.Расчёт длины волны красного света с помощью дифракционной решётки по формуле: ,где d-период решётки, λ-длина волны, m- 1,2,3,… показал, что длина волны красного света λ= 725нм, а синего 440 нм

Слайд 19.Из всех проведённых опытов и расчётов можно утверждать, что свет обладает волновыми свойствами.

Слайд 20. Хочу добавить, что явление интерференции и дифракции света нашло практическое применение в просветлённой оптике и проверке шероховатости поверхностей

Городская научно-практическая конференция

Магнитогорского научного общества учащихся

«Первые открытия»

Направление (секция): мир точных наук (физика)

Тема: «Оптические свойства света»

МОУ «Гимназия № 53», 2 класс

Научный руководитель:

Агаркова Ольга Леонидовна, учитель начальных классов

Магнитогорск

2017

Содержание стр

Введение………………………………………………..…………………………….3

ГЛАВА I . Теоретическая часть…………………………..…………………………3

1.1 Что же такое свет?.................................................................................................4

1.2 Так что же знают люди о свете и его роль в окружающей среде.....................4

1.3 Свойства тел……………………………………………………….......................5

ГЛАВА II . Практическая часть…………………………………………………..…6

2.1 Опыт № 1. Известняк и лазер………………..…………………………….…....6

2.2 Опыт № 2. Кварц и лазер…….…………………………………………….…....8

2.3 Опыт № 3. Сломанная ложка…………………………………………………...9

2.4 Опыт № 4. Серебристое яйцо………………………………………………..….9

Заключение…………………………………………………………………………12

Библиографический список……………………………………………………….13

Приложение………………………………………………………………………...14

Введение

Я однажды спросил маму: «Почему стекло пропускает свет?» К тому времени я узнал, что свет – это поток частиц, называемых фотонами, и мне казалось удивительным, как такая маленькая частица может пролетать сквозь толстое стекло. Мама ответил: «Потому что оно прозрачное». Я промолчал, т. к. понимал, что «прозрачное», есть всего лишь синоним выражения «пропускает свет». Изучая школьные учебники для второго класса ответа я не нашел, а знать хотелось бы. Почему же стекло пропускает свет?

Предлагаемая вниманию исследовательская работа посвящена оптическим свойствам света.

Актуальность выбранной темы обусловлена интересом объяснить это явления. Найти ответ на интересующий меня вопрос.

Гипотеза – предположим, что твердые вещества (например, камень или бетон) свет не пропускают, а сквозь стекло можно видеть. Свет имеет способность преломляться, так ли это?

Предмет исследования – свет как физическое явление.

Цель исследования: выяснить происхождение света и его значение в нашей жизни.

Для достижения поставленной цели нам необходимо решить следующие задачи:

собрать теоретический материал по теме: «свет»;

провести опыты с твердыми, жидкими и газообразными веществами и светом, объяснить их;

выяснить проявление света в окружающей среде,

Методы работы:

1. Теоретический

2. Анализ-синтез собранной информации

3. Проверки или опровержения гипотез и теории.

ГЛАВА 1. Теоретическая часть

1.1 Что же такое свет?

Чтобы найти ответ на этот вопрос, мы решили собрать теоретический материал по интересующей меня проблеме и изучить его. Для этого мы изучили литературу из домашней библиотеки, обратился к материалам сайта интернета.

На официальном сайте интернет – энциклопедии «Википедия», мы нашли следующее определение термина света: любое оптическое излучение, то есть такое электромагнитное излучение, длины волн которого лежат в диапазоне с приблизительными границами от единиц нанометров до десятых долей миллиметра.

Сергей Иванович Ожегов в толковом словаре русского языка определяет свет, как лучистая энергия, делающая окружающий мир видимым.

Из книги «Я знаю всё» мы узнали , что свет – это форма энергии, которую мы можем видеть. Свет излучают некоторые предметы, такие, как звезды, электрические лампы и некоторые химические вещества.

1.2 Так что же знают люди о свете и его роль в окружающей среде.

Что же такое – свет? По этому поводу у ученых не было единого мнения. Больше двухсот лет шли ожесточенные споры. Одни, в том числе И. Ньютон, считали, что свет – это поток мельчайших частиц – корпускул, вылетающих из светящегося тела. Другие полагали, что свет – это волнообразные колебания особого вещества – эфира, заполняющего все мировое пространство. Эту точку зрения защищали М.В. Ломоносов и Х. Гюйгенс.

Лишь в 1905 г. физик Альберт Эйнштейн доказал, что свет обладает свойствами одновременно и частиц, и волн. После этого открытия стали понятны многие явления, которые до этого никак не могли объяснить. Свет мчится с самой большой скоростью, какая только возможна в природе: 300 000 км в секунду.

Почему, например, на фотопленке светлые места выходят темными, а темные - светлыми? Оказывается, потому что эмульсию, которой покрыта пленка, бомбардируют частички света – фотоны. Под их воздействием вещество эмульсии темнеет. Там, куда фотонов попало много, пленка чернеет больше, там, где мало – меньше.

Фотоны, проникая в листья растений, вызывают химические реакции, необходимые не только для развития растений, но и всего живого на Земле. В результате этих реакций выделяется кислород и поглощается углекислый газ.

А почему все вокруг разноцветное? Почему краски бывают разными? Здесь всё уже зависит от волновых свойств света. Волны света – это электромагнитные волны, такие же, как радиоволны, только значительно более короткие.

Красный свет имеет одну длину волны, зеленый – другую (его волны короче), волны синих лучей короче зеленых. Белый свет – это смесь цветных лучей. Когда он попадает на предмет, одни волны поглощаются, а другие отражаются. Какие волны отразились – такой цвет мы и видим. Белая бумага одинаково хорошо отражает световые волны любого цвета, и потому она воспринимается как белая; черный бархат, наоборот, поглощает световые волны, и потому он видится черным.

Без света не было бы жизни на Земле. Невидимый инфракрасный свет несет нам тепло Солнца, и только поэтому наша планета не превращается в холодный кусок льда. Благодаря свету живут растения, их листья выделяют кислород, и воздух становится пригоден для дыхания живых существ.

1.3 Свойства тел.

Из курса «Окружающий мир» я узнал, что тела имеют три состояния: твердое, жидкое и газообразное. В твердом теле молекулы плотно притянуты друг к другу. Они буквально слиплись вместе. В жидкостях молекулы соединены друг с другом более свободно. Они скользят и смещаются относительно друг друга. В газах молекулы совершенно не связаны друг с другом. Они с высокими скоростями разлетаются во всех направлениях.

На основании вышесказанного предположим, что сквозь газы можно видеть, а сквозь твердые тела это невозможно. Но некоторые твердые вещества, например такие, как стекло, столь же прозрачны, как воздух. Как это получается? Молекулы стекла поглощают фотоны падающего на него света. В тот же момент молекулы стекла испускают в том же направлении такие же фотоны. Вот таким образом стекло оказывается прозрачным, то есть фактически оно пропускает свет. С водой и другими практически бесцветными жидкостями происходит та же история. Большая часть падающего света переносится молекулами. В газах молекулы находятся на дальних расстояниях друг от друга. Лучи света могут пройти сквозь газовое облако, не встретив на своем пути ни одной молекулы.

Год назад, когда я выступал на научно-практической конференции по теме «Статическое электричество» я узнал, что все тела состоят из молекул, а молекулы – из атомов. В центре каждого атома находится ядро, состоящее из протона и нейтронов, а вокруг, по кругу вращаются электроны.

Свет тоже устроен довольно просто. Свет состоит из частиц, называемых фотонами.

ГЛАВА II . Практическая часть

Возникают вопросы: когда фотон поглощается веществом, а когда проходит сквозь вещество?

Взаимодействие света и вещества – это взаимодействие фотонов с электронами. Электрон может поглощать фотон и может испускать фотон.

Выдвинем предположение, что сквозь известняк свет не пропускается, а сквозь стекло можно видеть.

2.1 ОПЫТ № 1. Известняк и свет.

В качестве материала для исследования мы взяли кусок известняка и лазер.

На фото № 1 вы можете видеть, как мы взяли кусок известняка и направили на него луч света. Фотоны не проходят сквозь него потому, что электроны вращаются так быстро , что фотон не проникает сквозь электронную орбиту к ядру, а отскакивает. (Приложение № 1, фото № 1,2).

Все дело в том, как происходят столкновения атомов с фотонами. Вся энергия фотона передалась атому известняка. Этот атом получил дополнительную энергию (которую нес с собой фотон) и от этой дополнительной энергии он подскочил на более высокую орбиту и стал летать дальше от ядра.

Рис.1 Поглощение фотона электроном и переход последнего на более высокую орбиту

2.2 ОПЫТ № 2. Кварц и свет.

А теперь вместо известняка возьмем кусок кварца и тот же лазер.

На фото № 3 вы видите, как свет проходит сквозь стеклянную стену. (Приложение № 2, фото № 3,4). Почему же это происходит? Ведь внутри стеклянного кварца тоже молекулы и атомы, и если взять достаточно толстое стекло, любой фотон рано или поздно должен столкнуться с каким-нибудь из них.

Вот тут и кроется разгадка прозрачности стекла!

Все атомы в стекле имеют электроны на таких орбитах, что для перехода на более высокую орбиту, им необходим толчок энергии, которой не достаточно у фотонов видимого света. Поэтому он проходит сквозь стекло, практически не сталкиваясь с его атомами.

Рис.2 Стекло

Итак, , и стекло видится прозрачным.

В ходе исследования, мы можем сказать, как поведёт себя свет при встрече с веществом (поглотился или пройдёт насквозь) зависит от среды, в которую он попадает. Прозрачные вещества свет пропускают, не прозрачные – поглощают. Вещество выглядит прозрачным, когда фотоны света проходят сквозь него, не поглощаясь.

2.3 ОПЫТ № 3. Сломанная ложка.

Когда лучи света попадают из воздуха в какую-то другую среду, они преломляются. Преломление света – это явление изменения направления движения светового луча при переходе из одной среды в другую.

В качестве материала для исследования мы взяли стакан с водой и ложку. На фото № 6 вы можете видеть, как ложка сломалась. Это Вас очень удивило?

Ничего удивительного, это происходит потому, что оптическая плотность у воздуха, воды и стекла разная. Преломление лучей света происходит на границе двух сред (воздуха с водой). Чем больше отличаются оптические плотности двух сред, тем более преломляется свет на границе их раздела. Другими словами, чем больше изменяется скорость света на границе раздела двух сред, тем сильнее он преломляется.

2.4 ОПЫТ № 4. Серебристое яйцо.

Рассмотрим еще один опыт, подтверждающий тот факт, что свет действительно преломляется.

Для этого нам понадобится емкость с водой, спички, свеча и вареное яйцо. Возьмем яйцо и поставим его под горящую свечу до тех пор, пока оно не закоптится и не покроется черным цветом. (Приложение № 4, фото № 7, 8).

После чего опустим яйцо закопченной стороной в емкость с водой. Едва яйцо оказалось в воде, оно засверкало серебром. И этому волшебству есть научное объяснение! (Фото № 9,10).

Сажа полностью состоит из углерода. Вода не касается скорлупы, так как на саже остается тонкая прослойка воздуха. Ученые называют это границей раздела – здесь соприкасаются два вещества.

Мы видим черный цвет, когда лучи света поглощаются веществом. Если же свет отражается от тела полностью, то мы видим зеркальную поверхность.

На границе раздела воды и воздуха на закопченной яичной скорлупе происходит полное отражение света : свет, который попал на скорлупу, отражается, как от зеркала. Вот почему яйцо кажется серебряным, а сажи не видно.

Когда мы, стоим на берегу водоема, стараемся на глаз определить его глубину, она всегда кажется меньшей, чем есть на самом деле. Это явление объясняется преломлением света. Следствием в атмосфере Земли является тот факт, что мы видим Солнце и звезды немного выше их реального положения (рис. 3). Преломлением света можно объяснить еще много природных явлений: возникновение миражей, радуги и др.

Рис.3 Преломление света

Полное внутреннее отражение наблюдается при переходе света из среды оптически более плотной в оптически менее плотную среду (например, из воды в воздух) и под определенным углом падения лучей (поэтому передняя сторона яйца кажется черной, а боковые стороны серебряными).

Явление полного отражения можно наблюдать на примере, если налить в стакан воду и поднять её выше уровня глаз, то поверхность воды при рассмотрении её снизу кажется посеребрённой вследствие полного отражения света.

Если мы попытаемся из-под воды взглянуть на то, что находится в воздухе, то при определённом значении угла, под которым мы смотрим, можно увидеть отражённое от воды дно.

Угол падения, при котором свет не преломляется в другую среду, а отражается и скользит вдоль раздела двух сред (т.е. угол преломления равен 90 0 ), называется предельным углом полного отражения.

На явлении полного внутреннего отражения основано появление раздела волоконной оптики, в котором изучается формирование изображений при распространении света по световодам. Волоконная оптика применяется для передачи большого объема информации в компьютерных сетях, для освещения недоступных мест, в рекламе, бытовой осветительной технике, а также в медицине. Волоконная оптика широко используется в медицинской эндоскопии . Различные эндоскопы (гастроскоп, трахеобронхоскоп, цистоскоп, лапароскоп и т.п.) дают возможность наблюдать внутренние органы в диагностических целях и делать фотографии внутренних органов. Один пучок волокон используется, чтобы освещать изучаемую область, а по другому пучку изображение передаётся к человеческому глазу или фотокамере.

Таким образом, когда я, проходил обследование, я понял, как врач, используя эндоскоп, может увидеть все внутренние органы человека. Все это происходит благодаря полному внутреннему отражению света.

Проведенное исследование позволило нам сделать следующие выводы:

твердые непрозрачные вещества свет поглощают;

прозрачные вещества (стекло) свет пропускают;

свет имеет способность преломляться.

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что поставленные задачи выполнены. Изучив специальную литературу и проведя ряд опытов, мы можем объяснить, почему сквозь твердые тела свет не проходит, а сквозь стекло можно видеть. А также, почему свет может преломляться.

Все дело в том, как происходят столкновения электронов с фотонами. В твердых телах электроны вращаются очень быстро. Фотоны света поглощаются электронами твердого тела, поэтому свет сквозь него не пропускается. В свою очередь фотоны видимого света пролетают сквозь стекло, потому что они не обладают соответствующей энергией для перехода электронов на более высокий энергетический уровень , и стекло видится прозрачным.

Световой пучок, падая на границу раздела двух сред, имеющих разную оптическую плотность, делится на два пучка. Один из них – отраженный – отражается от поверхности. Второй – преломленный – проходит через границу раздела в другую среду, изменяя свое направление.

Причина преломления света – изменение скорости света в случае перехода из одной среды в другую.

Полученные знания и результаты нашего исследования могут помочь одноклассникам в понимании некоторых явлений. Полученный опыт можно использовать для сообщений и докладов при изучении курса «Окружающий мир».

Библиографический список

Алексеев С.П., Алексин С.П. Что такое. Кто такой. Том 3. – М.: Издательство «Педагогика-Пресс», 1994.

Алексеева М. Н.. Физика – юным: Свет. 7 кл. – М.: Просвещение, 1980.

Колтун М.М. Мир физики – СПб.: Издательство. Детская литература., 1987.

Мейяни А.; перевод с итальянского Мотылёвой Э. И.. Большая книга экспериментов для школьников – М.: «РОСМЭН-ПРЕСС», 2003

Миттон С., Миттон Ж.; перевод с английского Викторовой И.И.. Оксфордская библиотека. Астрономия – М.: «Росмэн», 1995.

Молькова К.И., О.О. Озерова: Я знаю все – Москва: Эксмо, 2015.

Ожегов С. И. и Шведова Н. Ю. Толковый словарь : 80000 слов и фразеологических выражений / Российская АН.; Российский фонд культуры; - 2-е изд., 1995.

Официальный сайт «Словари и энциклопедии». Режим доступа: http :// dic . academic . .

Хинн О.Г.. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика – М.: ТКО «АСТ», 1995.