Световые явления: примеры
⚡ Физика · 8 класс
Световые явления — это отражение, преломление, дисперсия света, тень, радуга, миражи. Примеры из жизни, источники света, законы отражения и преломления кратко, темы 8 класса по физике.
Световые явления в физике
Световые явления — это физические явления, связанные со светом: его распространением, отражением, преломлением и разложением на цвета. Примеры световых явлений: солнечный луч в пыльной комнате, тень от дерева, отражение в зеркале и в луже, «переломленная» ложка в стакане воды, радуга, мираж, блики на воде, солнечное и лунное затмение, свечение лампы или экрана. Раздел физики, изучающий световые явления, называется оптикой; в 8 классе его проходят в конце года.
Свет — это видимое излучение, благодаря которому мы видим окружающий мир. Источники света бывают естественные (Солнце, звёзды, молния, светлячки) и искусственные (лампа, свеча, экран телефона). Все остальные предметы мы видим потому, что они отражают чужой свет: Луна светит отражённым светом Солнца.
Примеры световых явлений: таблица
| Явление | Что происходит | Примеры из жизни |
|---|---|---|
| Прямолинейное распространение | в однородной среде свет идёт по прямой | тень, луч прожектора, затмения, «зайчик» от зеркала |
| Отражение | луч возвращается в ту же среду от границы | зеркало, отражение в воде, блики, кошачий глаз на дороге |
| Преломление | луч меняет направление на границе двух сред | ложка в стакане, «мелкое» дно водоёма, линзы, очки |
| Дисперсия | белый свет раскладывается на цвета | радуга, спектр от призмы, блеск бриллианта |
| Поглощение | среда забирает часть света | тёмная одежда греется на солнце, тонированные стёкла |
| Рассеяние | свет разлетается во все стороны на частицах | голубое небо, красный закат, видимый луч в тумане |
Прямолинейное распространение света
В однородной прозрачной среде (воздух, вода, стекло) свет распространяется прямолинейно. Именно поэтому существуют тени: предмет не пропускает свет, и за ним остаётся тёмная область. Если источник света точечный, тень резкая; если источник большой (лампа с абажуром, Солнце), у тени есть размытый край — полутень. Солнечное затмение — это тень Луны на Земле, лунное — Земля закрывает Солнце от Луны.
Скорость света в вакууме — около 300 000 км/с, это самая большая скорость в природе. Свет от Солнца идёт до Земли примерно 8 минут.
Отражение света
Когда свет падает на границу двух сред, часть его возвращается обратно — это отражение. Действует закон отражения: угол падения равен углу отражения, а падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр к поверхности в точке падения лежат в одной плоскости. Углы отсчитывают от перпендикуляра, а не от самой поверхности — это частая ошибка на контрольных.
Отражение бывает зеркальным (гладкая поверхность: зеркало, спокойная вода — лучи отражаются упорядоченно, видно изображение) и рассеянным (шероховатая поверхность: бумага, стена — лучи разлетаются в разные стороны, изображения нет, но предмет видно с любой точки). Изображение в плоском зеркале мнимое, прямое, равное предмету по размеру и расположено на таком же расстоянии за зеркалом, на каком предмет перед ним.
Преломление света
Переходя из одной прозрачной среды в другую (из воздуха в воду или стекло), свет меняет направление — это преломление. Причина в том, что скорость света в разных средах разная. При переходе в оптически более плотную среду (из воздуха в воду) луч приближается к перпендикуляру, при переходе в менее плотную — отклоняется от него. Из-за преломления ложка в стакане кажется «сломанной», дно бассейна — ближе, чем на самом деле, а рыбак видит рыбу не там, где она плывёт.
Линзы и оптическая сила
Линза — прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими (или сферической и плоской) поверхностями. Собирающая (выпуклая, толстая в середине) линза сводит параллельные лучи в одну точку — фокус; рассеивающая (вогнутая, тонкая в середине) — разводит их. Расстояние от линзы до фокуса называют фокусным расстоянием F.
Оптическая сила линзы — величина, обратная фокусному расстоянию: D = 1/F. Измеряется в диоптриях (дптр); 1 дптр — сила линзы с фокусным расстоянием 1 м. У собирающей линзы D положительна, у рассеивающей отрицательна — именно так записывают силу очковых стёкол: «+2» или «−1,5».
| Линза | Форма | Что делает с лучами | Где применяют |
|---|---|---|---|
| Собирающая | толще в середине | собирает в фокусе | лупа, фотоаппарат, очки при дальнозоркости, хрусталик глаза |
| Рассеивающая | тоньше в середине | рассеивает, мнимый фокус | очки при близорукости, глазок в двери |
Глаз и зрение
Глаз — природный оптический прибор. Роговица и хрусталик работают как собирающая линза и строят на сетчатке уменьшенное перевёрнутое изображение, а мозг «переворачивает» его обратно. При близорукости изображение получается перед сетчаткой — помогают рассеивающие линзы; при дальнозоркости — за сетчаткой, нужны собирающие.
Дисперсия: почему бывает радуга
Белый свет — смесь всех цветов. Проходя через призму или каплю воды, лучи разных цветов преломляются по-разному: фиолетовый сильнее, красный слабее. Так белый луч раскладывается в спектр: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый. Радуга — это дисперсия солнечного света в миллионах дождевых капель. Впервые опыт с призмой описал Исаак Ньютон.
Разбор типовой задачи
Задача. Луч падает на зеркало под углом 30° к его поверхности. Чему равен угол отражения? Угол падения считают от перпендикуляра: 90° − 30° = 60°. По закону отражения угол отражения равен углу падения — 60°. Ловушка задачи — в слове «к поверхности».
Задача. Фокусное расстояние линзы 25 см. Найдите оптическую силу. Переводим в метры: F = 0,25 м. D = 1/0,25 = 4 дптр.
Частые ошибки
- Отсчитывать углы падения и отражения от поверхности, а не от перпендикуляра.
- Подставлять F в сантиметрах в формулу D = 1/F — нужны метры.
- Путать: «толще в середине» — собирающая, «тоньше» — рассеивающая.
- Считать, что Луна светит сама — она отражает солнечный свет.
- Называть источником света предмет, который просто ярко освещён.
Мираж: свет меняет путь в неоднородном воздухе
Над раскалённой дорогой иногда видна «лужа», к которой невозможно приблизиться. Это может быть нижний мираж: воздух у поверхности горячее, его плотность и показатель преломления отличаются от слоёв выше. Лучи не идут по одной прямой, а искривляются в неоднородной среде. В глаз попадает свет неба, пришедший снизу, и дорога кажется покрытой водой.
Мираж — реальное оптическое явление, его можно сфотографировать. Для объяснения не нужно предполагать воду на дороге или нарушение работы нервов. Всемирная метеорологическая организация связывает его с изменением показателя преломления по слоям воздуха. В геометрической модели наблюдатель продолжает пришедший луч по прямой и получает смещённое положение источника.
Нижний и верхний мираж
При нижнем мираже изображение смещено вниз; типичный случай — горячая поверхность и более прохладный воздух выше. При верхнем мираже над холодной поверхностью слой воздуха может быть холоднее, чем выше: лучи искривляются иначе, и далёкий объект кажется поднятым. Реальные профили температуры сложнее двух резко разделённых слоёв; не следует во всех случаях говорить об обычном зеркале на границе воздуха.
Физическая причина и зрительная оценка
Рисунок с двумя равными отрезками и разными стрелками на концах может заставить их казаться неодинаковыми. Линейка покажет равенство: дело в восприятии контекста рисунка, а не в искривлении лучей атмосферой. У ложки в воде кажущийся излом связан с преломлением на границе сред. Разные явления требуют разных объяснений.
Проверка: 1. «Лужа» на горячем шоссе — возможный атмосферный мираж. 2. Равные линии выглядят разными из-за окружающего узора — зрительная иллюзия. 3. Монета в воде кажется ближе к поверхности — преломление. По одному слову «кажется» нельзя определить механизм.
Наблюдайте дорожный мираж только из безопасного места, не выходя на проезжую часть. Эта тема не даёт оснований ставить диагноз по необычному зрительному впечатлению.
Справочные материалы: Световые явления в физике — исходная тема. Связанные уроки: Оптика: природа света и законы его распространения, Что такое фотоэффект.
Кратко о главном
- Световые явления — распространение, отражение, преломление, дисперсия, поглощение и рассеяние света; их изучает оптика.
- В однородной среде свет идёт прямолинейно — поэтому есть тени и затмения.
- Закон отражения: угол падения равен углу отражения, углы считают от перпендикуляра.
- Преломление — изменение направления луча на границе сред из-за разной скорости света.
- Линзы бывают собирающие и рассеивающие; оптическая сила D = 1/F, в диоптриях.
- Радуга и спектр — дисперсия: белый свет состоит из семи цветов.