Добавлен: 09.12.2023
Просмотров: 295
Скачиваний: 15
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Государственное бюджетное образовательное учреждение « Балахнинский технический техникум»
Индивидуальный проект
По физике
На тему:
«Оптические явления в природе»
Выполнил:
Гущин Артём
Группы 22 - РМ
Руководитель:
Халикова А.Н.
Содержание:
Вступление
1.Введение...............................................................................................................................3
2. Глава 1 - основы оптики. Теоретическая часть...........................................................4
1.1 Что изучает оптика? Определение света........................................................................4
1.2 Геометрическая оптика.....................................................................................................5
1.3 Физическая оптика............................................................................................................5
1.4 Откуда появляются цвета?...............................................................................................6
3. Глава 2 - оптические явления в природе......................................................................7
2.1 Радуга.................................................................................................................................7
2.2 Миражи..............................................................................................................................7
2.3 Полярные сияния...............................................................................................................7
2.4 Как образуются полярное сияние.....................................................................................8
2.5 Пояс Венеры…………………………………………………………………..…………8
2.6 Предмет и его отражение……………………………………………………………….9
2.7 Полное отражение света………………………………………………………………9
2.8 Алмазы и самоцветы……………………………………………………………….......10
2.9 Защитные стекла……………………………………………………………………….11
4. Глава 3 – подготовка. Практическая часть…............................................................12
3.1 Введение.............................................................................................................................12
3.2 Задумка...............................................................................................................................12
3.3 Задумка реализации..........................................................................................................12
3.4 Опрос аудитории.............................................................................................................13
5. Глава 4 - реализация.......................................................................................................14
4.1 Исследование радуги......................................................................................................14
4.2 Исследование полярных сияний....................................................................................14
4.3 Подсчёт затрат.................................................................................................................15
Заключение
5. Вывод и итоги..................................................................................................................16
5.1 Справка.............................................................................................................................16
5.2 Список используемой литературы....................................................................16
Вступление
1. Введение.
Весь наш мир построен на законах физики: на законах сохранения (энергии, импульсов), законах термодинамики, законах Ньютона, всемирного тяготения и.т.д. Они играют ключевую роль в понимании нашего мира и вселенной.
Нас со всех сторон окружают физические явления. И это касается не только нашей любимой природы. Особенно заметна роль физики в эпоху новых технологий, урбанизации и глобализации, когда, просыпаясь, мы спешим не проверять домашний скот во дворе, а интегрироваться в общество социальных сетей, включить телевизор и разогреть свой завтрак в микроволновке.
И пусть для большинства населения раннего возраста не понятны различные физические явления, сегодня мы поговорим об одних из них: оптические явления. Мы обсудим такие как миражи, радуга, полярные сияния, частично разберём их геометрические и физические составляющие, а также постараемся репродуцировать некоторые из них.
Перед началом нам нужно выявить определение слова оптика. Оптика - раздел физики, описывающий свойства света и объясняющий связанные с ним физические явления.
1.1 Актуальность.
Я считаю, что моя тема достаточно актуальна, так как она может вызвать интерес у потенциального потребителя, тем более, когда речь заходит про оптические иллюзии в природе.
1.2 Цель проекта.
Пробудить интерес у потребителя к изучению нашего мира со стороны физики. Получение информации про оптику и оптические явления.
1.3 Задачи проекта.
-прийти к пониманию, что такое свет.
-познакомиться с основными законами и явлениями физической и геометрической оптики.
-объяснить возникновение многих оптических явлений в природе.
-научиться репродуцировать некоторые из оптических явлений.
Глава 1. Теоретическая часть
1.1 Что изучает оптика? Определение света.
-
Оптика изучает излучение электромагнитных волн видимого спектра для глаз человека, а также инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. -
Она также изучает появление, распространение света, его взаимодействие со средами и веществом, закономерности световых явлений.
Давайте поймём, что же такое свет. Свет — это электромагнитные волны, длины волн, которых лежат для глаза среднестатистического человека в пределах 400-760 нанометров. Это промежуток видимого света. По мере уменьшения длины волны, свет будет плавно переходить от красного цвета к фиолетовому, включая все знакомые цвета радуги. Частота волны при этом будет увеличиваться. Почему? Потому что длина волны находится в обратно пропорциональной зависимости от частоты λ=с/ν. Свет с большей длиной волны называется
инфракрасным. Наш глаз не способен его уловить, зато коже отлично удаётся. Солнечное тепло, которое мы получаем и является инфракрасным излучением. Если длина волны меньше, то свет называется ультрафиолетовым.
Мы разобрались с физической природой света, утверждая, что свет — это волна. Но свойства, которыми он обладает не могут отрицать того, что свет — это поток частиц. Доказательством этого занимались ещё в новое время, когда Исаак Ньютон пытался доказать Корпускулярную теорию света. Он считал, что свет подчиняется законам механики. Его теория в дальнейшем была отвергнута и восторжествовало волновое описание света.
Однако и оно оказалось неполным, когда Эйнштейн объяснил фотоэффект, опираясь на новую квантовую теорию Макса Планка, которая утверждает, что свет с определённой длиной волны излучается и поглощается исключительно определёнными порциями. Эта порция – квант света, позднее названная фотоном - переносит энергию E пропорциональную частоте ν световой волны с коэффициентом h – постоянная Планка. E=νh
Таким образом, используя теорию Корпускулярно-волнового дуализма, мы убедились, что свет проявляет как свойства классических волн, так и классических частиц. Это нам позволит ввести 3 оптических модели:
-
Геометрическую - свет представляется в виде пучка лучей, передвигаемых по прямой и изгибаемых вследствие обхода препятствий. -
Физическую - рассматривает видимое излучение как электромагнитную волну. -
Квантовую - свету приписываются квантовые свойства.
Но на сегодня мы затронем только две из них, а именно: геометрическую и физическую.
1.2 Геометрическая оптика.
В этом разделе пренебрегают волновыми свойствами света. Мы познакомимся с основными законами геометрической оптики и процессами, связанными с ними. Но давайте перед эти введём такое понятие, как показатель преломления n - эта величина показывает, насколько скорость распространения света в вакууме больше скорости света в среде n=c/v.
Геометрическая оптика оставляет в стороне вопрос о природе света, исходит из эмпирических законов его распространения и использует представление о световых лучах, преломляющихся и отражающихся на границах сред с разными оптическими свойствами и прямолинейных в оптически однородной среде.
Её задача - математически исследовать ход световых лучей в среде с известной зависимостью преломления показателя n от координат либо, напротив, найти оптические свойства и форму прозрачных и отражающих сред, при которых лучи проходят по заданному пути. Методы геометрической Оптика позволяют изучить условия формирования оптического изображения объекта как совокупности изображений отд. его точек и объяснить многие явления, связанные с прохождением оптического излучения в различных средах (например, искривление лучей в земной атмосфере вследствие непостоянства ее показателя преломления, образование миражей, радуг и т.п.).
Наибольшее значение геометрическая Оптика (с частичным привлечением волновой Оптика, см. ниже) имеет для расчёта и конструирования оптических приборов - от очковых линз до сложных объективов и огромных астрономических инструментов. Благодаря развитию и применению вычислительной математики методы таких расчётов достигли высокого совершенства, и сформировалось отдельное направление поучившее название вычислительной Оптика.
Свет в геометрической оптике распространяется прямолинейно, согласно закону прямолинейного распространения света. Если он попадает на плоскую границу раздела двух сред, частично отражается и частично проходит дальше. Другими словами - преломляется.
Чтобы убедиться в правоте этих суждений, давайте условно представим луч света, который падает на стекло какой-то толщины. Его поведение будет очевидным: какая-то часть испускаемого нами света отразится, при чём под таким же углом, каким он падал на границу раздела двух сред. Об этом гласит закон отражения света. Другая его часть пройдёт дальше, сквозь стекло. Но пройдёт она не прямолинейно, а изменит свою траекторию, немножко прижавшись к перпендикуляру, проведённому в точку падения.
У стекла абсолютный показатель преломления больше, чем у воздуха, отсюда следует, что стекло - оптически более плотная среда. Если луч света будет входить в оптически менее плотную среду (например, из стекла в воздух), то он наоборот станет отдаляться от перпендикуляра.
1.3 Физическая оптика.
Чтобы иметь полное представление о волновой природе света, мы познакомимся с некоторыми явлениями.
-
Дифракция - способность световых волн (как и любых других) огибать какие-либо препятствия, при этом меняя направление распространения, а также проникать в область геометрической тени. Это явление приходится отклонением от закона геометрической оптике о прямолинейном распространении света. Наблюдать дифракцию можно, если световой луч проходит через отверстие, примерно равное длине самой волны. -
Дисперсия - способность света, проходящего через объект не только преломляться, но и рассеиваться. Белый свет состоит из всех цветов видимого спектра и когда он проходит через призму, каждый из этих цветов преломляется по-разному. Красный меньше, а фиолетовый сильнее. -
Интерференция - волны обладают суперпозицией, то есть могут накладываться друг на друга и взаимодействовать друг с другом: усиливать или ослабевать.
1.4 Откуда появляются цвета?
Почему небо голубое, а трава зелёная? Весь наш мир ярок и красочен, он наполнен множеством разных цветов. Всё что мы видим вокруг – игра света. Отражённые лучи попадают на сетчатку глаза, и мы видим соответствующее изображение. Но что же такое цвет?
Только что мы узнали, что свет обладает волновыми свойствами, а любая волна, будь то механическая или электромагнитная, обладает длиной волны. У каждого из 7 основных цветов видимого спектра своя длина волны. У красного самая большая, а у фиолетового наименьшая. У белого света нет определённой длины волны, потому что это смесь всех цветов. Зная это, можно предположить, что у предметов, окружающих нас, нет цветов. У них есть только способность отражать свет определённой волны при освещении.
Если перед нами зелёное яблоко, то оно поглощает все цвета света, кроме зелёного. Если мы видим белый снег, то он отражает весь свет, который на него попадает. Если асфальт чёрный, то он поглощает весь свет, падающий на него. Получается, цвет условного предмета, который мы видим, зависит от молекулярного состава его поверхности.
3. Глава 2
Итак, вся нужная нам теория позади, мы ответили на волнующие нас вопросы. Теперь мы можем приступить к объяснению природных оптических явлений, для кого-то загадочных, для кого-нибудь непонятных, но от этого не становящихся менее интересными.
2.1 Вероятнее всего вы когда-нибудь, прогуливаясь по парку или путешествуя на машине после дождя, встречали на небе разноцветную и дугообразную фигуру. Конечно же, без сомнений это радуга. Она известна всем нам ещё с самого детства, но, несмотря на всю простоту этого явления, мы не можем объяснить её возникновение.
По сути, радуга — это явление дисперсии, с которым мы столкнулись ещё ранее. Только вместо призмы у нас есть водяные капельки дождя, а источник света - наше Солнце. Когда его белые лучи попадают в каплю, они расщепляются на спектр - цвета радуги. А потом отражаются от неё же, как от плоского зеркала. Благодаря миллиону капель в небе, мы и можем восхищаться этим прекрасным световым явлением. Главное, чтобы Солнце находилось низко и позади наблюдателя, который бы смотрел на место, где шёл или идёт дождь. Посмотрим, как эта информация пригодится нам в дальнейшем.