Лабораторная работа № 39 «Свет и тень»

Определения и обозначения

Источник света — тело, которое излучает свет. Естественные источники существуют в природе: например, Солнце и звёзды; искусственные созданы людьми: лампа, фонарик, свеча. Это понятие помогает определить, откуда свет приходит в опыте и что нужно поставить в начале цепочки «источник — предмет — экран».

Непрозрачное тело — тело, через которое свет не проходит. К таким предметам относятся, например, картонка и деревянная дощечка. В опыте именно непрозрачное тело служит преградой для света, поэтому без него тень на экране не возникнет.

Тень — область за непрозрачным телом, куда свет от источника не попадает. Её можно увидеть на экране или другой поверхности, куда направлен свет. Это понятие нужно, чтобы отличать тень от самого предмета: предмет задерживает свет, а тень образуется за ним.

Полутень — область, куда свет от источника попадает только частично. Она появляется, когда источник имеет заметные размеры: преграда закрывает его часть, но остальные части продолжают освещать экран. Понятие полутени помогает объяснить, почему граница тени иногда выглядит не резко, а постепенно светлеет.

Как это устроено

Для опыта поставь источник света, непрозрачный предмет и экран последовательно, чтобы свет от источника падал на предмет, а затем на экран. Можно использовать фонарик, картонку и лист бумаги. Предмет должен находиться на пути света, иначе экран останется освещённым целиком. Такое расположение позволяет заметить, как преграда меняет освещение экрана.

За непрозрачным предметом возникает тень, потому что тело задерживает свет, который распространяется от источника к экрану. Там, где предмет закрыл путь свету, экран не получает освещение от источника. Остальные участки экрана остаются освещёнными, поэтому тень можно сравнить с ними. Если убрать преграду, причина появления тени исчезнет.

Чтобы сравнить тени, меняй расстояние между источником, предметом и экраном по одному за раз. Сначала зафиксируй исходное расположение и посмотри на размер и чёткость тени, затем передвинь только предмет и снова наблюдай. Когда меняется одно условие, легче понять, с чем связано изменение результата. Записывай положение предметов и свои наблюдения, чтобы не перепутать опыты.

Протяжённый источник — источник, который нельзя считать точкой: его светящаяся часть имеет заметные размеры. За предметом некоторые участки экрана могут быть закрыты от всего источника, а некоторые — лишь от его части. В первом случае возникает тень, во втором на экран всё ещё попадает свет от открытых частей источника и образуется полутень. Поэтому разные участки экрана освещаются неодинаково.

В лабораторной работе сначала собери установку из источника, предмета и экрана, а затем опиши, где расположен каждый из них. Посмотри, где на экране появились тень и, если источник протяжённый, полутень; зарисуй увиденное. Затем измени расстояние между предметами, сохраняя остальные условия, и сравни результат. В выводе объясни, что тень возникает из-за преграды на пути света, и отметь, как изменилось наблюдение.

Что наблюдаем в опыте со светом и предметами

Сначала найди в таблице строку, которая подходит к условию твоего опыта, а затем сравни ход света с тем, что видно на экране. Если наблюдение отличается, проверь, не изменилось ли ещё какое-то расстояние и действительно ли предмет непрозрачный. Записи помогают сопоставлять результаты нескольких опытов.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Между фонариком и стеной поставили непрозрачную картонку. На стене появилось тёмное пятно. Нужно объяснить, почему оно возникло. Для ответа важно определить, где находится преграда и что она делает со светом.

1. Фонарик служит источником: он излучает свет, направленный к стене.
2. Картонка стоит между фонариком и стеной и не пропускает свет.
3. За картонкой на стену не попадает свет из закрытой области, поэтому там появляется тень.

Ответ. Тёмное пятно появилось потому, что картонка задержала свет фонарика. Стена за картонкой оказалась в тени.

Задача 2

Условие. На экране видна тень от предмета. Нужно изобразить расположение источника, предмета и экрана и указать направление света. Схема должна показывать не просто три предмета, а последовательность, в которой свет встречает их на пути к экрану.

1. Найди, откуда в опыте идёт свет, и обозначь это место как источник.
2. Поставь предмет между источником и экраном: он должен перекрывать часть пути света.
3. Покажи стрелкой направление от источника к экрану, а тень отметь за предметом, на экране.

Ответ. Схема: источник света → предмет → экран. Стрелка направлена от источника к экрану, а тень находится на экране за предметом относительно источника.

Задача 3

Условие. Предмет поставили между протяжённым источником света и экраном. На экране нужно найти тень и полутень и объяснить, почему их освещённость различается. Сравни, видят ли эти области свет от разных частей источника.

1. Найди участок, который предмет закрывает от всего источника: туда не доходит свет ни от одной его части.
2. Это полностью закрытое место является тенью, поэтому оно освещено слабее соседних участков.
3. Найди область, до которой свет доходит только от открытой части источника: она закрыта лишь частично.
4. Эта область является полутенью: в неё попадает часть света, поэтому она освещена сильнее тени, но слабее открытого экрана.

Ответ. Тень не получает свет от источника, а полутень получает его от части источника. Поэтому освещённость полутени выше, чем тени, но ниже, чем освещённость участка экрана, открытого всему источнику.

Типичные ошибки

Ошибка — считать тенью любой тёмный участок. Темнота может быть вызвана и другими причинами, а тень возникает именно там, куда не попадает свет от источника из-за преграды. Такую путаницу допускают, если смотрят только на цвет пятна и не проверяют расположение предметов. Проверь себя: есть ли между источником и этим участком непрозрачное тело и перекрывает ли оно свет?

Ошибка — называть тенью сам непрозрачный предмет. Предмет задерживает свет, но тень появляется за ним на экране или другой поверхности. Так говорят, когда не разделяют преграду и результат её действия. Проверь себя: можно ли указать отдельно предмет и участок, который он закрыл от света?

Ошибка — считать полутень полностью лишённой света. Это происходит, если забыть, что протяжённый источник состоит из разных светящихся частей. Преграда закрывает в полутени лишь часть источника, поэтому туда всё ещё попадает свет. Проверь себя: может ли хотя бы одна открытая часть источника освещать этот участок экрана?

Ошибка — менять расположение предметов и не записывать, что именно переместили. Тогда трудно понять, почему изменились размер или чёткость тени, ведь на результат может влиять несколько расстояний. Такая ситуация возникает, когда наблюдение делают на память. Проверь себя: записаны ли исходное положение и одно изменение, сделанное перед повторным наблюдением?

Связь с другими темами

До опыта нужно знать, что свет позволяет видеть освещённые предметы и распространяется от источника. Это помогает понять, почему экран освещён там, где свет свободно до него доходит, и почему на пути появляется тень. Наблюдения за светом и преградами пригодятся при изучении солнечных и лунных затмений. В этих явлениях тоже важно, какое тело освещает другое и куда попадает его тень.

Что запомнить

• Источник света излучает свет.
• Непрозрачное тело не пропускает свет.
• Тень возникает за преградой на пути света.
• Размер и чёткость тени зависят от расположения источника, предмета и экрана.
• Полутень освещена светом лишь частично.
• Наблюдения в опыте нужно описывать и сравнивать.