Обсудим, страница 225 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Максим решил объяснить своему другу Николаю, почему зимой на широте города Владимира холоднее, чем летом. Для этого он собрал простую установку, состоящую из картонной коробки в форме треугольной призмы, настольной лампы на гибком штативе и термометра.

Подумайте и опишите опыт, который поставил Максим, нарисуйте схему экспериментальной установки и постройте ход лучей.

Описание опыта, который поставил Максим

Максим решил смоделировать, как угол падения солнечных лучей влияет на степень нагрева земной поверхности. Именно этот фактор является основной причиной того, почему зимой холоднее, чем летом.

Цель опыта: Показать, что поверхность сильнее нагревается, когда лучи света и тепла падают на нее под прямым углом (отвесно), и слабее — когда лучи падают под наклонным, острым углом.

Ход опыта:

1. Сначала Максим закрепляет термометр на одной из плоских наклонных граней картонной призмы. Эта грань будет имитировать участок земной поверхности. Он измеряет начальную температуру поверхности, $T_{нач}$.
2. Этап 1: Моделирование лета. Максим располагает настольную лампу (источник света и тепла, имитирующий Солнце) так, чтобы ее лучи падали на грань с термометром максимально перпендикулярно. Это соответствует высокому положению Солнца в полдень летом. Он включает лампу и засекает определённое время, например, 5 минут. По истечении этого времени он записывает конечную температуру $T_{лето}$.
3. Этап 2: Моделирование зимы. Максим дает установке остыть до первоначальной температуры $T_{нач}$. Затем он меняет положение лампы, располагая ее ниже, так, чтобы лучи падали на ту же грань под острым, наклонным углом. Это соответствует низкому положению Солнца зимой. Важно, чтобы расстояние от лампы до центра освещаемого пятна осталось прежним, чтобы общая мощность падающего света не изменилась. Он снова включает лампу на те же 5 минут и записывает конечную температуру $T_{зима}$.
4. Вывод. Сравнив изменения температур в обоих случаях ($\Delta T_{лето} = T_{лето} - T_{нач}$ и $\Delta T_{зима} = T_{зима} - T_{нач}$), Максим обнаружит, что $\Delta T_{лето} > \Delta T_{зима}$. Это доказывает, что при более отвесном падении лучей поверхность нагревается значительно сильнее.

Ответ: Максим поставил опыт, в котором поочередно освещал одну и ту же поверхность под разными углами (прямым и острым), имитируя летнее и зимнее положение Солнца. Измеряя температуру, он показал, что отвесно падающие лучи (лето) нагревают поверхность сильнее, чем наклонные (зима).

Схема экспериментальной установки и построение хода лучей

Физический смысл явления, которое демонстрирует опыт Максима, заключается в изменении интенсивности светового потока. Интенсивность $I$ — это мощность излучения $P$, приходящаяся на единицу площади поверхности $S$, то есть $I = P/S$. Мощность лампы (Солнца) постоянна, но площадь, на которую распределяется эта мощность, меняется в зависимости от угла падения лучей.

• Лето: Солнце стоит высоко, лучи падают почти отвесно. Пучок света с мощностью $P$ освещает небольшую площадь $S_1$. Интенсивность $I_1 = P/S_1$ велика.
• Зима: Солнце стоит низко, его лучи падают наклонно. Тот же самый пучок света "размазывается" по гораздо большей площади $S_2$. Интенсивность $I_2 = P/S_2$ мала, так как $S_2 > S_1$.

Схематически это можно изобразить так:

Ответ: Схема показывает, что один и тот же пучок света от лампы (Солнца) при наклонном падении ("зима") распределяется на большую площадь поверхности ($S_2$), чем при отвесном падении ("лето", площадь $S_1$). Так как $S_2 > S_1$, интенсивность нагрева зимой ($I_2$) оказывается меньше интенсивности нагрева летом ($I_1$), что и приводит к более низкой температуре.