Оборотное зеркало как вспомогательный прибор для демонстрационных опытов по физике

Муниципальное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 9

Павлово-Посадского муниципального района

Московской области

Проект по физике

Ученика 9 Б класса МОУ СОШ № 9

Борисова Владимира

Тема проекта:

«Оборотное зеркало как вспомогательный прибор

для демонстрационных опытов по физике»

Руководитель проекта:

учитель физики высшей категории

МОУ СОШ № 9

Рубцова Е.Г.

2017 г.

АННОТАЦИЯ К ПРОЕКТУ

С  давних  времен  человека влекло все неведомое, и он старался глубже проникнуть в тайны природы, раздвинуть круг своих знаний о ней. Все научные открытия и знания необходимы  для  того,  чтобы человек  использовал  их  в  практической деятельности. В своем проекте я осветил одну из областей физики, которая  изучает оптические явления.

Закон отражения света позволил создать зеркала, ныне имеющиеся в каждом  доме.  Открытие  законов  преломления  привело  к  созданию  очков, сделавших  многих  людей  зрячими.  Изобретение  микроскопа  произвело революцию  в  биологии.  Изобретение  телескопа  открыло  перед  человеком удивительнейший  и  богатейший  мир  явлений,  происходящих  в  необъятной Вселенной. Открытию фотографии мы обязаны тем, что сейчас можем знать, как выглядели наши деды и прадеды и какими мы сами были в младенческом возрасте. Фотография помогла и продолжает помогать многим  отраслям науки. В настоящее время широко применяется фотографирование объектов из космоса с помощью спутников. Первые фотографии из космоса делались в военных целях,  но  сейчас  фотографирование  со  спутников  все  больше  и  больше используется  для  нужд  сельского  хозяйства,  геологии,  метеорологии  и  для контроля  за окружающей  средой.  Создание  кино  тоже  начиналось  с фотографии.

Нашла свое применение оптика и в военном деле. Для изучения передвижения противника  на  больших  расстояниях  военные  используют бинокли, а для наблюдения из укрытий перископы и стереоскопические трубы.  

ВВЕДЕНИЕ,

История оптики неразрывно связана с естественнонаучными и философскими работами мыслителей древнего мира. Первые инструменты для оптических исследований появились в результате наблюдений за тенью, отбрасываемой предметами, за отражением и преломлением света в драгоценных камнях, в воде или во льду, опытов, сделанных с помощью линз и зеркал в Древнем Египте и государствах Месопотамии. Мысли, гипотезы и теории древних учёных, связанные со зрительными наблюдениями, были развиты древними греческими и индийскими философами. Особенно следует  выделить развитие оптики в греко-римском древнем мире. Слово оптика – греческого происхождения, оно связано со зрением. Оптика была значительно преобразована в средневековье, когда были сформулированы начала физической и физиологической оптики. Дальнейшее развитие наука получила в 16 –19 веках, где были сформированы основные понятия учения о природе света и его свойствах. Современная оптика резко расширила области необходимых исследований, в значительной степени связанных с развитием в 20-21-ом столетии знаний об электромагнитном излучении и квантовой оптики.

Цель моей работы: изучение оптических явлений, создание оборотного зеркала как вспомогательного прибора для проведения учителем демонстрационных опытов по физике.

Для осуществления поставленной цели мне необходимо решить следующие

задачи:

• изучить историю оптики
• усвоить физические основы явления отражения света,
• создать оборотное зеркало

Практическое значение оптики и её влияние на другие отрасли знания и виды  деятельности  человека  исключительно  велики.  Область  явлений, изучаемая оптикой, весьма обширна. Оптические явления теснейшим образом связаны  с  явлениями,  изучаемыми  в  других разделах  физики,  а  оптические методы  исследования  относятся  к  наиболее  тонким  и  точным.  Поэтому неудивительно, что оптике на протяжении длительного времени принадлежала ведущая  роль  в  очень  многих  фундаментальных  исследованиях  и  развитии основных положений современной физики. Исследование оптических явлений не только открыло новые широчайшие возможности в самой оптике, но и в её приложениях в различных отраслях науки и техники.

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ОПТИКИ

Первые представления древних ученых о свете были весьма наивны. Считалось, что из глаз выходят особые тонкие щупальца и зрительные впечатления возникают при ощупывании ими предметов. Тогда под оптикой понимали науку о зрении. Именно такой точный смысл слова «оптика». В средние века оптика постепенно из науки о зрении превратилась в науку о свете, этому способствовало изобретение линз и камеры-обскуры.

Свойства стекла увеличивать изображения предметов, были известны еще в Древнем Риме. По преданию император Нерон смотрел бои гладиаторов через специально

обточенный изумруд. Но понимания, почему стекло обладает такими свойствами, не было. Гораздо позже в Средние века начала развиваться наука о свете и законах его распространения. Почти вся история оптики, это история поиска ответа: что такое свет?

Одна из первых теорий света – теория зрительных лучей – была выдвинута греческим философом Платоном около 400 г. до н. э. Данная теория предполагала, что из глаза исходят лучи, которые, встречаясь с предметами, освещают их и создают видимость окружающего мира. Взгляды Платона поддерживали многие ученые древности и, в частности, Евклид (3 в до н. э.), исходя из теории зрительных лучей, основал учение о прямолинейности распространения света, установил закон отражения. В те же годы были открыты следующие факты:

– прямолинейность распространения света;

– явление отражения света и закон отражения;

– явление преломления света;

– фокусирующее действие вогнутого зеркала.

Древние греки положили начало отрасли оптики, получившей позднее название геометрической. В эпоху Возрождения было совершено множество различных открытий и изобретений; стал утверждаться экспериментальный метод, как основа изучения и познания окружающего мира. При рассмотрении многих оптических явлений пользовались представлением о световых лучах – геометрических линиях, вдоль которых распространяется световая энергия.

Так, древние греки и египтяне использовали закон прямолинейного распространения света для установки колонн храмов по одной прямой. Колонны располагались так, чтобы из-за ближайшей глазу колонны не были видны все остальные.

В начале XIX века развернулись интенсивные исследования открытых ранее явлений интерференции и дифракции света. Эти явления не находили объяснения в рамках геометрической оптики, необходимо было рассматривать свет в виде волн. Так возникла волновая оптика. Первоначально полагали, что свет -волны в мировом эфире, который

будто бы заполняет все мировое пространство. В 1864 году английский физик Джеймс Максвелл создал электромагнитную теорию света, согласно которой волны света –это

электромагнитные волны с соответствующим диапазоном длин.

В современное время оптика - это раздел физики, в котором исследуется испускание света, его распространение в различных средах и взаимодействие с веществом. Что же касается вопросов, связанных со зрением, устройство и функционирование глаза, то они выделились в специальное научное направление, называемое физиологической оптикой.

Роль оптики в развитии современной физики велика. Возникновение наиболее важных и

революционных теорий двадцатого столетия в физике, в существенной мере связано с оптическими исследованиями. Способствуя развитию разных направлений современной физики, оптика в то же время и сама переживает сегодня период бурного развития. Основной толчок этому развитию дало изобретение интенсивных источников света

– лазеров. В результате волновая оптика поднялась на еще более высокую ступень. Трудно даже перечислить все новейшие направления, развивающиеся благодаря появлению лазеров. Среди них голография, радиооптика и другие направления физики. Можно без преувеличения сказать, что широкое практическое использование достижений современной оптики – обязательное условие научно-технического прогресса.

Оптика открыла человеческому разуму дорогу в микромир, она же позволила

ему проникнуть в тайны звездных миров. Оптика охватывает все стороны нашей

практической деятельности.

Оптическое явление – отражение света.

Рассмотрим простейшее оптическое явление – отражение света, которое было известно и широко применяемо  еще в древности.

Впервые для себя человек открыл явление отражения, видимо посмотревшись в воду и

увидев там свое оптическое отражение. Отражение света это явление, сопровождающее падение светового луча из одной оптической среды1на границу её раздела со 2-й средой при котором происходит взаимодействие света с веществом и появлением отраженного

светового луча направленного обратно от границы раздела в 1-ю оптическую среду.

Падающий и отраженный световые лучи связаны между собой определенным условием, называемым Законом отражения.

 Схематично Закон отражения выглядит следующим образом:

Из рисунка видно, что угол падения первичного светового луча αравен углу отраженного светового луча β (угол падения, равен углу отражения).

Зеркала.

Самым первым оптическим элементом, изготовленным человеком с использованием явления отражения, было зеркало. История возникновения зеркала теряется в глубине веков. Возраст самых древних зеркал на Земле — около семи тысяч лет. До изобретения зеркального стекла в дело шли камень и металл: золото, серебро, бронза, олово, медь, горный хрусталь.

В древней мифологии медуза Горгона превратилась в камень, увидев свое изображение в наполированном до блеска бронзовом щите Персея.

Археологи считают, что самые ранние зеркала – это найденные в Турции полированные куски обсидиана, насчитывающие 7500 лет. Однако ни в одно из античных зеркал нельзя было, например, рассматривать себя сзади или различать оттенки цвета. Изобретение настоящего зеркала следует отнести к 1279 году, когда францисканец Джон Пекам описал способ покрывать стекло тонким слоем свинца. Первыми производителями зеркал стали венецианцы. Технология была по тем временам довольно сложная: тонкий слой оловянной фольги накладывался на бумагу, которая с другой стороны покрывалась ртутью, по ртути опять прокладывалась бумага, и лишь затем поверху накладывалось

стекло, которое придавливало этот слоеный пирог, а из него тем временем вытаскивалась бумага. Разумеется, подобное зеркало было весьма мутным — и все же оно отражало больше света, чем его поглощало. Таким процесс оставался с несущественными изменениями вплоть до 1835 года, когда немецкий профессор Либих открыл, что, используя серебро, можно получать гораздо более ясные и сверкающие зеркала. В настоящее время процесс производства зеркал достиг совершенства, и позволяет получать зеркала различной формы, размеров и высокого качества. Зеркала бывают плоские, вогнутые и выпуклые, с внешним и внутренним напылением отражающего слоя.

В оптических устройствах применяются зеркала с различной кривизной

поверхности, имеющие внешнее напыление. В быту человечество, как правило, использует плоские зеркала с внутренним напылением отражающего слоя.

2. ОБОРОТНОЕ ЗЕРКАЛО.

        В настоящее время плоское зеркало имеет не только бытовое назначение. Оно часто является частью различных оптических приборов: микроскопа, телескопа, перископа и др.

Можно также с большой эффективностью использовать плоское зеркало в работе учителя физики. Важнейшей частью урока физики является демонстрационный эксперимент. Часто приборы, находящиеся на демонстрационном столе учителя и сам эксперимент находятся в плоскости стола, поэтому плохо или совсем не видны учащимся, сидящим за партами. Как же быть?

        Для улучшения наглядности и используется оборотное зеркало, которое, благодаря закону отражения света, способно изменить направление лучей света, отражённых от опытной установки на столе учителя. В нашем кабинете физики не было такого устройства, поэтому Елена Григорьевна обратилась ко мне с просьбой сделать такой прибор из подручных материалов.

        В своей работе я использовал доступные мне материалы. Зеркало мне предоставила Елена Григорьевна от своего старого шкафа, подставку мне принёс папа с работы, винты для крепления зеркала и колёсики я взял от сломанной детской игрушки – кукольной коляски, пластиковую  рамку для зеркала я также взял от поля детской игры.

        Работа заняла у меня 2 недели. Зеркало может вращаться вокруг оси и фиксируется под нужным углом с помощью винтов, так, чтобы свет, следуя закону отражения, от стоящих на столе приборов, отражался под нужным углом, и они  были видны ученикам, сидящим   за каждой партой в  классе. Если боковым рядам не видно, то с помощью колёсиков можно развернуть зеркало в любом нужном направлении.

Данный прибор является наглядной демонстрацией закона отражения света.

Используемая литература.

1. М. Миннарт «Свет и цвет в природе», Наука, Москва 1985;

2. Я.И. Перельман «Занимательная физика», Наука, Москва 1979;

3. Е.И. Бутиков «Оптика», Высшая школа, Москва 1986;

4. Большая Советская Энциклопедия, Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», Москва 2001;

5. Интернет-ресурсы:

 https://yandex.ru/images/         

http://www.physicexperts.ru/pexps-843-1.html 

http://allrefs.net/c24/15mh2/p12/ 

http://worldofschool.ru/fizika/optika/pribory/zerkalo-kak-opticheskij-pribor 

http://class-fizika.narod.ru/serk5.htm