Загальна інформація
Застосування
У цьому досліді експериментують із так званою камерою-обскурою. Вона знаходить застосування в багатьох галузях. Наприклад, у ділянці рентгенівського, гамма- чи корпускулярного випромінювання без діафрагм з отвором уже не обійтися, якщо треба дістати зображення. Але й у повсякденні можна знайти камеру-обскуру. Відомі, наприклад, сонячні плями, які в сонячну погоду можна спостерігати на лісовій підстилці. Проміжки між листям правлять тут за діафрагми з отвором.
Рисунок 1: схема досліду
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають володіти знаннями про прямолінійне поширення світла, а також про закон утворення зображення.
Принцип
Предмети можна відобразити на екрані за допомогою простої діафрагми з отвором. Так звана камера-обскура дає дійсні й перевернуті зображення.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Учні навчаться визначати розмір зображення залежно від відстані до предмета і відстані до зображення. Крім того, треба дослідити вплив діаметра діафрагми на зображення.
Завдання
1. Утворення дійсного і перевернутого зображення на екрані залежно від діаметра діафрагми.
2. Визначення зв'язку розмірів зображення і предмета з відстанню до предмета і відстанню до зображення.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія (1/3)
За допомогою маленького отвору можна відобразити предмет на екрані. Оскільки світло поширюється прямолінійно, у камері-обскурі кожна окрема точка створює на екрані окрему світлу точку. Зображення в цьому разі називають дійсним. Через прямолінійне поширення зображення перевернуте (рис. 2).
Рисунок 2
Теорія (2/3)
Зображення можна спостерігати за будь-яких відстаней до зображення і до предмета. Зміна і впливає лише на розмір зображення.
При цьому справджується:
Що більша відстань до зображення за тієї самої відстані до предмета, то більше зображення; і що менша відстань до предмета за сталої відстані до зображення, то менше зображення.
Розмір зображення відноситься до розміру предмета так, як відстань до предмета до відстані до зображення .
Частки і однакові.
Цей зв'язок називають також законом утворення зображення: .
Теорія (3/3)
Теорія (3/3)
При використанні діафрагм різного розміру діаметр окремих світлих точок зображення хоч і змінюється, але відстань між точками, а отже й розмір зображення (відстані між серединами крайніх точок), для всіх діафрагм лишається однаковим.
Що більший діаметр діафрагми, то більші і яскравіші точки зображення. Проте за великого діаметра діафрагми окремі точки перекриваються. Зображення стає нерізким, чим можна пояснити і незначне відхилення розміру зображення.
Якщо предмет, наприклад запалену свічку, відображено багатьма густо розташованими точками, то мала діафрагма дає різкіше, але й темніше зображення. Щоб дістати яскравіше зображення, треба збільшити час експонування.
Зауваження:
Закон утворення зображення можна вивести також із теореми про пропорційні відрізки.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Експериментальна лампа | 08130-99 | 1 | 2 | Оптична лава, l = 1000 мм | 08370-00 | 1 | 3 | Діафрагми з отворами, d = 1, 2, 3 і 5 мм | 09815-00 | 1 | 4 | Ковзна опора для оптичної лави | 09822-00 | 2 | 5 | Оправа зі шкалою на ковзній опорі | 09823-00 | 2 | 6 | Екран, металевий, 300 мм x 300 мм | 08062-00 | 1 | 7 | Лінійка, пластмасова, 200 мм | 09937-01 | 1 | 8 | Тримач діафрагм, накидний | 11604-09 | 2 | 9 | Перл-L | 11609-00 | 1 |
|---|
Складання та виконання
Складання (1/2)
- Експериментальну лампу вставляють в отвір у ковзній опорі й закріплюють гвинтом. Після цього ковзну опору ставлять на початок оптичної лави так, щоб біла риска стояла на позначці 2,0 см.
- Лампу під'єднують до струму через блок живлення. Горизонтальним повзунком світлодіод можна пересувати в корпусі так, щоб він сидів на початку корпуса.
Схема досліду
Складання (2/2)
Тримач діафрагм надівають на оправу ковзної опори. У передній паз тримача діафрагм всувають Перл-L (як предмет). Щоб уникнути відбивань, ковзну опору з Перл-L підводять безпосередньо до лампи, повернувши Перл-L від експериментальної лампи. Біла риска ковзної опори стоїть на позначці 15,0 см на оптичній лаві.
Діафрагму з отвором ( = 2 мм) у другому тримачі діафрагм надівають на оправу другої ковзної опори і встановлюють білою рискою на позначці 24,0 см на оптичній лаві.
Вимірюючи справжнє положення діафрагми, треба врахувати, що вона відстоїть від риски на 0,5 см.
Екран спершу має стояти на позначці 45 см на оптичній лаві. Для цього в названому місці закріплюють ковзну опору і вставляють екран в отвір.
За потреби приміщення треба затемнити.
Виконання (1/3)
Дослід 1:
- Зображення Перл-L спостерігають на екрані (пор. рис. 3) і порівнюють із самим Перл-L.
- Аркушем паперу щоразу затуляють частину Перл-L і спостерігають зображення, утворене камерою-обскурою.
Рисунок 3
Виконання (2/3)
Дослід 2:
- Продовжуючи спостерігати зображення, екран поступово пересувають до 35 см і назад до 45 см (зміна відстані до зображення).
- Дію повторюють, але тепер екран лишається нерухомим. Натомість пересувають ковзну опору з діафрагмою Перл-L (зміна відстані до предмета).
- Наостанок встановлюють різні відстані до предмета і до зображення (зважай на вказівки щодо положення діафрагми зі складання). Їх треба записати. Розмір предмета і зображення вимірюють для кожної комбінації відстаней (відстані між зовнішніми краями крайніх точок).
Виконання (3/3)
Дослід 3:
Установку повертають до початкового стану, але екран для цієї частини досліду ставлять на позначці 35 см, щоб дістати чіткіше зображення. (початкове положення Перл-L і діафрагми з отвором див. у складанні)
Діафрагму з отвором ( = 2 мм) тепер по черзі замінюють на діафрагми з отвором діаметром = 1, 3 і 5 мм.
При цьому треба спостерігати діаметр і яскравість точок. Для кожної діафрагми з отвором виміряти розмір зображення .
Опрацювання результатів (1/2)
Дослід 1:
Перл-L відображається на екрані (рис. 3), причому зображення перевернуте. Затуляння частин Перл-L призводить до зникнення точок у зображенні.
Дослід 2:
Якщо екран пересунути в бік лампи (зменшити відстань до зображення ), а відстань до предмета (відстань між Перл-L і діафрагмою з отвором) лишити тією самою, зображення стає меншим.
Якщо ж оправу з Перл-L пересунути від лампи (зменшити відстань до предмета ), а відстань до зображення лишити тією самою, тобто не пересувати екран, то зображення збільшується.
Опрацювання результатів (2/2)
Дослід 3:
Якщо діафрагму з отвором 2 мм замінити на меншу діафрагму з отвором діаметром 1 мм, зображення загалом темніше, а точки стають меншими. Якщо ж узяти більший діаметр (3 чи 5 мм), зображення яскравіше, а точки відповідно більші. За найбільшої діафрагми діаметром 5 мм точки частково перекриваються.
Розмір зображення для всіх діафрагм однаковий.