"Введение в естественно-научные предметы", Гуревич А.Е., Исаев Д.А., Понтак Л.С.
Камера-обскура — простое устройство для получения изображения предмета с помощью света. Она состоит из непрозрачной коробки, маленького отверстия и экрана. Свет от освещённого предмета проходит через отверстие и попадает на экран, поэтому изображение становится видимым, но переворачивается. В лабораторной работе камеру изготовляют своими руками, наблюдают изображение и сравнивают его размер и чёткость при разных расстояниях между отверстием и экраном.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Камера-обскура — простое устройство, в котором через маленькое отверстие получают изображение предмета на противоположной стенке. Её можно сделать из коробки и рассматривать как маленькую модель оптического прибора. Опыт с камерой помогает увидеть, как свет создаёт изображение.
Отверстие камеры — небольшое отверстие, через которое свет от предмета попадает внутрь камеры. Оно должно быть достаточно маленьким, чтобы лучи от разных точек не смешивались слишком сильно. От размера отверстия зависит чёткость изображения.
Экран камеры — светлая внутренняя стенка или лист бумаги, на котором видно изображение. Калька подходит для экрана, потому что пропускает часть света и позволяет смотреть на изображение снаружи. Экран располагают напротив отверстия.
Перевёрнутое изображение — изображение, в котором верх предмета оказывается внизу, а низ — вверху. Это происходит из-за пересечения лучей около отверстия. По такому признаку можно проверить, что камера работает правильно.
Для работы понадобятся непрозрачная коробка, калька или другой полупрозрачный материал для экрана, лист бумаги и инструменты для изготовления отверстия. Коробка нужна как корпус, который не пропускает лишний свет, а калька — как поверхность для наблюдения. Рабочее место заранее освобождают, чтобы безопасно пользоваться ножницами или другим инструментом и не потерять детали.
Коробку закрывают от постороннего света, оставляя только одно небольшое отверстие с одной стороны. Напротив отверстия размещают экран, потому что именно туда должны прийти световые лучи. Если свет проходит через щели, он освещает экран со всех сторон и мешает различать слабое изображение предмета.
Свет от каждой точки предмета распространяется в разных направлениях и часть этих лучей проходит через отверстие. Луч от верхней части предмета после отверстия попадает ниже, а луч от нижней части — выше. Лучи пересекаются, поэтому изображение на экране получается перевёрнутым, а не таким, каким предмет виден глазами.
Чтобы изображение стало заметнее, отверстие направляют на ярко освещённый предмет. От хорошо освещённого предмета к отверстию приходит больше света, поэтому экран получает более различимое изображение. Смотреть на экран лучше со стороны, защищённой от внешнего освещения: тогда слабый свет от изображения не теряется среди бликов.
Если менять расстояние между отверстием и экраном, меняются размер и чёткость изображения. При одном положении предмет может выглядеть крупнее, а при другом — различаться яснее. Поэтому расстояние изменяют по очереди, каждый результат записывают, а затем сопоставляют наблюдения.
| Часть или действие | Назначение | Что наблюдать |
|---|---|---|
| Непрозрачная коробка | Не пропускает лишний свет | Изображение не засвечивается |
| Маленькое отверстие | Пропускает свет от предмета | На экране появляются очертания предмета |
| Экран | Принимает свет после отверстия | Видно перевёрнутое изображение |
| Направление камеры на освещённый предмет | Помогает получить видимое изображение | Изображение становится заметнее |
| Изменение расстояния до экрана | Позволяет сравнить размер и чёткость изображения | Изображение меняется |
Сначала найдите в таблице часть камеры или действие, которое выполняете. Затем сравните его назначение с результатом наблюдения. Так проще понять не только строение камеры, но и причину каждого шага опыта.
Если результат отличается от ожидаемого, проверьте связанные между собой части. Например, слабое изображение может быть связано не с экраном, а с лишним светом или плохо освещённым предметом.
Условие. Нужно собрать камеру из коробки и кальки, направить её на ярко освещённый предмет и получить изображение. Требуется правильно расположить отверстие и экран. Также нужно проверить, что внутрь не попадает лишний свет.
Ответ. Камера собрана правильно, если на кальке появилось изображение предмета. Оно должно быть слабым, но различимым и перевёрнутым. Если изображения нет, сначала проверяют закрытость коробки, положение экрана и освещение предмета.
Условие. Нужно получить изображение окна на экране и сравнить его с настоящим окном. Затем следует определить, где расположены верх и низ изображения. Главная подсказка — направление переворота.
Ответ. Верхняя часть окна окажется внизу изображения, а нижняя — наверху. Значит, изображение окна перевёрнуто. Такой результат объясняется пересечением лучей, проходящих через отверстие.
Условие. Нужно сравнить изображения одного предмета при двух расстояниях между отверстием и экраном. Важно менять только расстояние, не меняя предмет и освещение. Результаты следует записать, чтобы сравнение было точным.
Ответ. После передвижения экрана изображение может стать крупнее или меньше и одновременно измениться по чёткости. Точный вывод делают по двум собственным наблюдениям, а не по одному положению. Главное — изменять одно условие и честно записывать результат.
Слишком большое отверстие. Через него проходят лучи от множества точек предмета, поэтому они смешиваются и изображение расплывается. Проверьте себя: если при уменьшении отверстия очертания становятся яснее, прежнее отверстие было велико.
Щели в коробке. Их оставляют случайно или считают неважными, но через щели внутрь попадает посторонний свет. Он засвечивает экран и скрывает слабое изображение. Проведите коробкой в затемнённом месте и закройте все заметные просветы.
Экран поставлен не напротив отверстия. Тогда большая часть лучей попадает мимо нужной поверхности, и изображение не появляется там, где его ищут. Проверьте расположение экрана и медленно переместите его напротив отверстия.
Плохо освещённый предмет. От него через отверстие проходит мало света, поэтому изображение получается слишком слабым. Направьте камеру на ярко освещённый предмет и наблюдайте экран со стороны, защищённой от света.
До начала работы нужно знать, что свет распространяется от источника, а от освещённых предметов отражается в разные стороны. Именно отражённый свет попадает в отверстие камеры и переносит сведения о предмете на экран. Поэтому без света изображение получить нельзя.
Наблюдение пригодится при изучении распространения света и получения изображений. Позже похожие вопросы возникнут при знакомстве с устройством глаза и оптических приборов. Камера-обскура показывает самый простой способ превратить направление световых лучей в изображение.
Почему изображение в камере-обскуре перевёрнуто?
Лучи от верхней части предмета проходят через отверстие и попадают на нижнюю часть экрана. Лучи от нижней части, наоборот, попадают наверх, поэтому изображение переворачивается.
Зачем отверстию камеры быть маленьким?
Маленькое отверстие пропускает свет более узкими пучками, и лучи от разных точек предмета меньше смешиваются. Поэтому изображение получается чётче.
Почему коробка должна быть непрозрачной и закрытой?
Непрозрачные стенки не пропускают лишний свет внутрь камеры. Если в коробке есть щели, постороннее освещение сделает изображение на экране бледным или совсем незаметным.
Что делать, если изображения на экране не видно?
Проверьте, закрыта ли коробка, находится ли экран напротив отверстия и направлена ли камера на ярко освещённый предмет. Также убедитесь, что отверстие не слишком большое и через него действительно проходит свет.
Как изменится изображение, если передвинуть экран?
При изменении расстояния между отверстием и экраном меняются размер и чёткость изображения. Экран нужно передвигать по одному условию за раз и записывать, каким стало изображение.
Лабораторная работа № 40 «Изготовление камеры-обскуры»
