Наблюдение образования тени, страница 119, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 9. Геометрическая оптика. Параграф 90. Лабораторные и исследовательские работы. Практические работы-исследование - страница 119.

Условие.

Практическая работа-исследование

Изучаем оптические явления

НАБЛЮДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ТЕНИ И ПОЛУТЕНИ

Чтобы убедиться, что свет в однородной прозрачной среде распространяется прямолинейно, необходимо изучить явление образования тени и полутени.

Цель работы

Наблюдать явление образования тени и полутени.

ПОМОЩНИК

• В качестве оборудования можно использовать источник тока, ключ, две лампочки от карманного фонаря, экран, предмет (шарик на подставке).

• Соберите электрическую цепь, состоящую из источника тока, ключа и одной лампочки от карманного фонаря.

• Расположите предмет между источником света и экраном и замкните цепь ключом. Наблюдайте образование тени на экране. Зарисуйте ход лучей в своей тетради и покажите область тени.

• Исследуйте, как изменяются размеры тени, при следующих действиях:

— не изменяя положения экрана и источника света, перемещайте предмет, приближая или удаляя его от источника света;

— не изменяя положения предмета и источника света, перемещайте экран, приближая или удаляя его от предмета;

— не изменяя положения экрана и предмета, перемещайте источник света, приближая или удаляя его от предмета;

— не изменяя положения экрана и предмета, перемещайте источник света вправо или влево. Что при этом происходит с тенью?

• Запишите результаты наблюдений в таблицу в своей тетради.

№ опыта	Положение источника света	Положение предмета	Положение экрана	Тень
1	Не изменяется	Приближается к источнику света	Не изменяется

• Разомкните электрическую цепь. Рядом с первой лампочкой подключите вторую.

• Расположите предмет между источниками света и экраном и замкните цепь ключом. Наблюдайте образование тени на экране. Зарисуйте ход лучей в данном опыте и покажите область тени и полутени.

• Как изменяются области тени и полутени: если увеличивать расстояние между лампочками; уменьшать расстояние между лампочками?

• Сделайте вывод.

Решение.

Исследуйте, как изменяются размеры тени, при следующих действиях:

Для анализа изменений размера тени можно использовать принцип подобия треугольников. Пусть $\text{h}$ – размер предмета, $\text{H}$ – размер тени, $L_1$ – расстояние от источника света до предмета, и $L_2$ – расстояние от предмета до экрана. Тогда соотношение размеров тени и предмета выражается формулой: $\frac{H}{h} = \frac{L_1 + L_2}{L_1} = 1 + \frac{L_2}{L_1}$.

• не изменяя положения экрана и источника света, перемещайте предмет, приближая или удаляя его от источника света;
  Приближение предмета к источнику света означает уменьшение расстояния $L_1$. Согласно формуле, знаменатель дроби $\frac{L_2}{L_1}$ уменьшается, следовательно, вся дробь увеличивается, и размер тени $\text{H}$ также увеличивается. При удалении предмета от источника света (увеличении $L_1$), размер тени $\text{H}$ будет уменьшаться.

• не изменяя положения предмета и источника света, перемещайте экран, приближая или удаляя его от предмета;
  Приближение экрана к предмету означает уменьшение расстояния $L_2$. Согласно формуле, числитель дроби $\frac{L_2}{L_1}$ уменьшается, что ведет к уменьшению размера тени $\text{H}$. При удалении экрана от предмета (увеличении $L_2$), размер тени $\text{H}$ будет увеличиваться.

• не изменяя положения экрана и предмета, перемещайте источник света, приближая или удаляя его от предмета;
  Приближение источника света к предмету означает уменьшение расстояния $L_1$. Это, как и в первом случае, приводит к увеличению дроби $\frac{L_2}{L_1}$ и, соответственно, к увеличению размера тени $\text{H}$. При удалении источника света от предмета (увеличении $L_1$), размер тени $\text{H}$ будет уменьшаться.

• не изменяя положения экрана и предмета, перемещайте источник света вправо или влево. Что при этом происходит с тенью?
  Поскольку свет распространяется прямолинейно, луч, проходящий от источника света через центр предмета, определяет центр тени на экране. При смещении источника света в одну сторону (например, вправо), тень на экране будет смещаться в противоположную сторону (влево). Размер тени при этом не изменится, если расстояния вдоль оптической оси остаются прежними.

Ответ: Размер тени зависит от взаимного расположения источника света, предмета и экрана. Тень увеличивается, когда предмет приближается к источнику или экран удаляется от предмета. При смещении источника света вбок, тень смещается в противоположную сторону.

Запишите результаты наблюдений в таблицу в своей тетради.

№ опыта	Положение источника света	Положение предмета	Положение экрана	Тень
1	Не изменяется	Приближается к источнику света	Не изменяется	Увеличивается
2	Не изменяется	Удаляется от источника света	Не изменяется	Уменьшается
3	Не изменяется	Не изменяется	Удаляется от предмета	Увеличивается
4	Не изменяется	Не изменяется	Приближается к предмету	Уменьшается
5	Приближается к предмету	Не изменяется	Не изменяется	Увеличивается
6	Удаляется от предмета	Не изменяется	Не изменяется	Уменьшается
7	Смещается вправо/влево	Не изменяется	Не изменяется	Смещается в противоположную сторону, размер не меняется

Ответ: Результаты наблюдений занесены в таблицу.

Как изменяются области тени и полутени: если увеличивать расстояние между лампочками; уменьшать расстояние между лампочками?

При использовании двух источников света на экране образуется область полной тени (умбра) и область полутени (пенумбра). Полная тень — это область, куда не попадает свет ни от одного из источников. Полутень — это область, куда попадает свет только от одного из источников.

• При увеличении расстояния между лампочками область полной тени (самая темная центральная часть) будет уменьшаться. Одновременно с этим область полутени (менее темная область вокруг полной тени) будет увеличиваться. Если разнести источники достаточно далеко, область полной тени может исчезнуть совсем, оставив только две пересекающиеся полутени.

• При уменьшении расстояния между лампочками, наоборот, область полной тени будет увеличиваться, а область полутени — сужаться. Когда лампочки находятся очень близко друг к другу, они действуют почти как один протяженный источник света.

Ответ: При увеличении расстояния между лампочками область полной тени уменьшается, а область полутени увеличивается. При уменьшении расстояния — наоборот, область полной тени увеличивается, а полутени уменьшается.

Сделайте вывод.

На основе проведенных наблюдений можно сделать следующие выводы:

1. Свет в однородной прозрачной среде распространяется прямолинейно. Доказательством этого является образование четких теней от непрозрачных предметов.

2. Размеры тени зависят от взаимного расположения источника света, предмета и экрана. Тень становится больше при приближении предмета к источнику света или при удалении экрана от предмета.

3. При освещении предмета протяженным источником света (или несколькими точечными источниками) образуются две области: полная тень (умбра), куда свет от источника не попадает совсем, и полутень (пенумбра), куда свет попадает частично.

4. Размеры областей полной тени и полутени зависят от размеров источника света (или расстояния между несколькими источниками) и от расстояний до предмета и экрана. Чем больше размер источника, тем меньше область полной тени и больше область полутени.

Ответ: Основной вывод работы заключается в экспериментальном подтверждении закона прямолинейного распространения света и изучении закономерностей образования тени и полутени в зависимости от условий освещения и расположения объектов.