1) illustrates the straight line propagation of light in a homogeneous medium; explains the formation of umbra and penumbra;
2) describes the phenomenon of reflection off a flat surface and off a spherical surface;
3) describes the phenomenon of light scattering when reflected off a rough surface;
4) analyses the path of rays coming out of a point in different directions, and then reflected off a plane mirrormirrormirror and spherical mirrors; describes the focusing of rays in a concave mirror and the path of rays reflected off a convex mirror; uses the concepts of focal point and focal length;
5) constructs the path of rays illustrating the formation of virtual images produced by a plane mirror and the creation of real and virtual images produced by spherical mirrors, knowing the location of the focal point;
6) describes qualitatively the phenomenon of refraction of lightrefraction of lightrefraction of light at the boundary of two media differing in the speed of light propagation; indicates the direction of refraction;
7) describes the path of rays parallel to the optical axis passing through the converging and diverging lenslenslens, using the concepts of focal point and focal length;
8) constructs the images created by the lens; distinguishes real, virtual, upright, inverted images; compares the size of the object and image;
9) uses the concept of myopia and hyperopia and describes the role of lenses in correcting these eye defects;
10) describes white light as a mixture of colours and illustrates this by the dispersiondispersiondispersion of light in a prism; lists other examples of light dispersion.
Prepare short statements explaining the following concepts.
1. Light sources. 2. Umbra and penumbra. 3. Reflection of lightreflection of lightReflection of light. 4. Flat mirrormirrormirror. 5. Concave mirror. 6. Construction of images in a spherical mirror. 7. Refraction of lightrefraction of lightRefraction of light. 8. Lenses. 9. Construction of images using lenses. 10. Sight and eye defects. 11. DispersiondispersionDispersion of light. 12. Speed of light.
OpticsopticsOptics is a branch of physics that studies light and its interaction with matter. Geometrical optics - explains the optical phenomena assuming that light propagates in a straight line in an optically homogeneous mediumoptically homogeneous mediumoptically homogeneous medium. In optics, we often use the concept of an optical medium.
The optically homogeneous medium - a medium that has all chemical and physical properties constant in its entire volume, e.g. a glass lenslenslens. In such a medium the light propagates in a straight line with the same speed in all directions.
The optically inhomogeneous medium - a medium whose properties in various points of its volume are different, e.g. air with changing temperature.
1. Light sources.
The sourcesourcesource of light is a body that emits light radiation in the visible light range. We divide the light sources into natural and artificial ones. Light sources can be:
- point source - here the light source has very small dimensions with respect to the distance from the illuminated object. In the case of a point source, we assume that light rays come from a single point. - extended source - this means that its size is relatively large with respect to the distance to the illuminated object, e.g. the sun illuminating the Earth.
2. Umbra and penumbra.
In an optically homogeneous mediumoptically homogeneous mediumoptically homogeneous medium, light propagates in a straight line. The straight line along which the light travels is called a rayrayray of light.
Umbra (shadow) is an area where light rays, stopped by an opaque object, do not reach.
Penumbra is an area illuminated by part of the light emitted by the sourcesourcesource. Penumbra is created when the object is illuminated by an extended light source.
Flat mirrors are smooth reflecting surfaces. They are usually made of glass covered with a layer of aluminium or silver or other metal.
The beam of parallel light rays falling on the mirrormirrormirror is reflected, and the rays in the reflected beam still remain parallel to each other.
If the reflecting surface is rough, then the directions of the reflected rays become divergent.
An image created in a flat mirror is upright and virtual. The virtual image is created behind the mirror at the intersection of the reflected rays extended behind the mirror.
5. Concave mirror.
Spherical concave mirrormirrormirror is a mirror whose reflecting surface is the inner part of the sphere. A concave mirror can also be a segment of the paraboloid.
The optical system of the concave mirror consists of:
Main optical axis - a straight line passing through the centre of the curvature of the mirror (C) and its vertex (V).
Radius of curvature (R) - the radius of the sphere whose inner part is the reflecting surface of the mirror.
Focal point of the mirrormirrormirror (F) - if light rays travel parallel to the optical axis of the mirror, after reflection they will intersect at the same point located on the optical axis called the focal point.
Focal length (f) - is the distance between the focal point and the vertex of the mirror.
Relation between the focal length and the radius of curvature:
6. Construction of images in a spherical mirror.
To construct an image in a spherical mirror, at least two of the following light rays are needed:
Light rayrayray parallel to the optical axis, after reflection off the mirrormirrormirror passes through the focal point. Light ray traveling through the centre of the curvature of the mirror, after reflection returns back on the same path. Light ray passing through the focal point of the mirror, after reflection becomes parallel to the optical axis.
The image formed in a concave mirror can be magnified, the same size or reduced, real or virtual, upright or inverted.
7. Refraction of light.
If the light ray reaches the boundary of two optically different media, its direction will change – this is refraction of lightrefraction of lightrefraction of light.
The angleangleangle between the direction of the incident ray and the perpendicular to the boundary surface (normal) at the point of incidence is called the angle of incidence.
The angle of refraction is the angle between the perpendicular to the boundary surface (normal) at the point of refraction and the direction of the refracted ray.
The incident rayrayray, perpendicular (normal) and the refracted ray lie in one plane.
The cause of the refraction phenomenon is the change in the speed of light propagation at the transition from one medium to another.
If the speed of light propagation in the first medium is greater than in the one to which the light passes, then the angleangleangle of incidence is greater than the angle of refraction.
If the speed of light propagation in the first medium is smaller than in the second medium, then the angleangleangle of incidence is smaller than the angle of refraction.
If the light falls perpendicular to the boundary of two media, then the direction of its path will not change (although the speed of its propagation in these media is different).
[Interactive graphics]
8. Lenses.
The lenslenslens is a transparent body bounded by spherical, parabolic or cylindrical surfaces. Lenses can both converge and diverge light. Lenses are divided into converging and diverging. Examples of lens applications: glasses, magnifier, optical microscope, telescope.
The optical system of the lens consists of:
- Optical axis - a straight line passing through the centres of curvature of the surfaces from which the lens was created. - Focal point (F) - if light rays travel parallel to the optical axis of the lens, after passing through the lens they will intersect at the same point located on the optical axis called the focal point. - Focal length (f) - distance between the focal point and the centre of the lens.
9. Construction of images using lenses.
At least two of the following light rays are needed for the construction of an image produced using a converging lens:
- light rayrayray parallel to the optical axis - after passing through the lens it travels through the focal point; - light ray passing through the focal point - after passing through the lens, it travels parallel to the optical axis; - light ray passing through the centre of the lenslenslens - after passing through the lens it does not change direction (does not refract).
In the image construction in a diverging lens, two rays are used:
- light ray parallel to the optical axis - after passing through the lens its extension passes through the virtual focal point; - light ray passing through the centre of the lens - after passing through the lens its direction (path) does not change.
The image formed in the converging lens can be magnified, the same size or reduced, real or virtual, upright or inverted. In diverging lenses, the resulting image is always upright, reduced and virtual.
10. Sight and eye defects.
The basic sight organ is the eye in which the lenslenslens plays an important role. The rays of light after passing through the cornea fall on the converging lens, which creates a reduced, inverted and real image on the retina.
The human eye has the ability to accommodate, or the ability to match the eye to the distance in which the object being viewed is located. This is possible due to the lens's ability to change shape.
The minimum distance of good sight for a human eye with no eye defect is about 25 cm.
The most common eye defects are:
- Short‑sightedness (myopia) is a defect associated with the refraction of lightrefraction of lightrefraction of light through the lens (too convex) or too long distance from the retina to the lens (elongated eyeball). The image of a distant object is formed in front of the retina and is interpreted by the brain as indistinct and blurred. Diverging lenses are used to correct this defect. - Long‑sightedness (hyperopia) is a defect associated with the refraction of light through the lenslenslens (too flattened) or too short distance from the retina to the lens (shortened eyeball). The image of a distant object is formed behind the retina and is interpreted by the brain as out of focus. Converging lenses are used to correct this defect.
11. Dispersion of light.
White light is a mixture of colours from violet to red. We can see these colours by passing a beam of white light through the prism.
The prism is a transparent solid (usually made of glass), which is a polyhedron with a triangle base.
Light passing through the prism is refracted twice, for the first time on the boundary between air and glass (at the entrance to the prism), for the second time on the glass‑air boundary (at the exit from the prism).
During the passage through the prism the highest deviation from the primary direction has violet light, and the smallest - red.
The phenomenon of light separation into colours is called dispersiondispersiondispersion.
12. Speed of light.
Light in a vacuum travels at approximately 300000 .
In material media, the speed of light is smaller and different for various media, e.g. in water it is 225000 and in ice 229000 .
Optyka geometryczna to dział fizyki, który tłumaczy zjawiska optyczne przy założeniu, że światło rozchodzi się prostoliniowo w ośrodku optycznie jednorodnym.
Promień świetlny padający na granicę dwóch ośrodków optycznych ulega odbiciu. Kąt padania promienia świetlnego jest równy kątowi odbicia. Kąty te mierzymy względem prostej prostopadłej do granicy tych ośrodków. Prostą tę nazywamy normalną (prostopadłą padania).
Normalna, promień padający i promień odbity leżą w jednej płaszczyźnie.
mfc7cfd61e20d0667_1528449000663_0
Podsumowanie wiadomości z optyki
mfc7cfd61e20d0667_1528449084556_0
Drugi
mfc7cfd61e20d0667_1528449076687_0
IX. Optyka. Uczeń:
1) ilustruje prostoliniowe rozchodzenie się światła w ośrodku jednorodnym; wyjaśnia powstawanie cienia i półcienia;
2) opisuje zjawisko odbicia od powierzchni płaskiej i od powierzchni sferycznej;
3) opisuje zjawisko rozproszenia światła przy odbiciu od powierzchni chropowatej;
4) analizuje bieg promieni wychodzących z punktu w różnych kierunkach, a następnie odbitych od zwierciadła płaskiego i od zwierciadeł sferycznych; opisuje skupianie promieni w zwierciadle wklęsłym oraz bieg promieni odbitych od zwierciadła wypukłego; posługuje się pojęciami ogniska i ogniskowej;
5) konstruuje bieg promieni ilustrujący powstawanie obrazów pozornych wytwarzanych przez zwierciadło płaskie oraz powstawanie obrazów rzeczywistych i pozornych wytwarzanych przez zwierciadła sferyczne znając położenie ogniska;
6) opisuje jakościowo zjawisko załamania światła na granicy dwóch ośrodków różniących się prędkością rozchodzenia się światła; wskazuje kierunek załamania;
7) opisuje bieg promieni równoległych do osi optycznej przechodzących przez soczewkę skupiającą i rozpraszającą, posługując się pojęciami ogniska i ogniskowej;
8) rysuje konstrukcyjnie obrazy wytworzone przez soczewki; rozróżnia obrazy rzeczywiste, pozorne, proste, odwrócone; porównuje wielkość przedmiotu i obrazu;
9) posługuje się pojęciem krótkowzroczności i dalekowzroczności oraz opisuje rolę soczewek w korygowaniu tych wad wzroku;
10) opisuje światło białe jako mieszaninę barw i ilustruje to rozszczepieniem światła w pryzmacie; wymienia inne przykłady rozszczepienia światła.
mfc7cfd61e20d0667_1528449068082_0
45 minut
mfc7cfd61e20d0667_1528449523725_0
Utrwala wiadomości na temat zjawisk optycznych.
mfc7cfd61e20d0667_1528449552113_0
1. Opisuje zjawiska optyczne wykorzystując pojęcie promienia świetlnego.
2. Objaśnia zjawisko odbicia i załamania światła.
3. Opisuje konstrukcję obrazów w zwierciadle wklęsłym oraz w soczewkach.
mfc7cfd61e20d0667_1528450430307_0
Uczeń:
- objaśnia zjawiska odbicia i załamania,
- używa pojęcia promienia świetlnego w opisie zjawisk i ich rekonstrukcji.
1. Źródła światła. 2. Cień i półcień. 3. Odbicie światła. 4. Zwierciadło płaskie. 5. Zwierciadło wklęsłe. 6. Konstrukcja obrazów w zwierciadle kulistym. 7. Załamanie światła. 8. Soczewki. 9. Konstrukcja obrazów powstających przy użyciu soczewki. 10. Widzenie oraz wady wzroku. 11. Rozszczepienie światła. 12. Prędkość światła.
mfc7cfd61e20d0667_1528446435040_0
Optyka jest działem fizyki, który zajmuje się badaniem światła i jego oddziaływania z materią. Optyka geometryczna – tłumaczy zjawiska optyczne przy założeniu, że światło rozchodzi się prostoliniowo w ośrodku optycznie jednorodnym. W optyce używamy często pojęcia ośrodka optycznego.
Ośrodek optycznie jednorodny – to ośrodek, który ma wszystkie właściwości chemiczne i fizyczne stałe w całej jego objętości np. szklana soczewka. W takim ośrodku światło rozchodzi się prostoliniowo z jednakową prędkością we wszystkich kierunkach.
Ośrodek optycznie niejednorodny - ośrodek, którego właściwości w różnych punktach jego objętości są różne np. powietrze o zmieniającej się temperaturze.
1. Źródła światła.
Źródłem światła jest każde ciało, które emituje promieniowanie świetlne w zakresie światła widzialnego. Źródła światła dzielimy na naturalne i sztuczne. Źródła światła mogą być:
- punktowe - tu źródło światła ma rozmiary bardzo małe w stosunku do odległości od oświetlanego przedmiotu. W przypadku źródła punktowego zakładamy, że promienie świetlne wychodzą z jednego punktu. - rozciągłe – oznacza to, że jego rozmiary są względnie duże w stosunku do odległości do oświetlanego przedmiotu np. Słońce oświetlające Ziemię.
2. Cień i półcień.
W ośrodku jednorodnym optycznie światło rozchodzi się prostoliniowo. Prostą, wzdłuż której rozchodzi się światło nazywamy promieniem świetlnym.
Cień to obszar, do którego nie dochodzą promienie świetlne zatrzymane przez nieprzezroczysty obiekt.
Półcień to obszar oświetlony przez część światła emitowanego przez źródło. Półcień powstaje, gdy obiekt oświetlany jest przez rozciągłe źródło światła.
3. Odbicie światła.
Promień świetlny padający na granicę dwóch ośrodków optycznych ulega odbiciu. Kąt padania promienia świetlnego jest równy kątowi odbicia. Kąty te mierzymy względem prostej prostopadłej do granicy tych ośrodków w punkcie padania promienia świetlnego. Prostą tę nazywamy normalną (prostopadłą padania).
Normalna, promień padający i promień odbity leżą w jednej płaszczyźnie.
4. Zwierciadło płaskie.
Zwierciadła płaskie są gładkimi powierzchniami odbijającymi światło. Wykonuje się je zwykle ze szkła pokrytego warstwą aluminium lub srebra albo innego metalu.
Wiązka równoległych promieni świetlnych padających na zwierciadło ulega odbiciu, a promienie w wiązce odbitej nadal pozostają względem siebie równoległe.
Jeśli powierzchnia odbijająca jest chropowata, wówczas kierunki promieni odbitych stają się rozbieżne.
Obraz utworzony w zwierciadle płaskim jest prosty i pozorny. Obraz pozorny powstaje za zwierciadłem w miejscu przecięcia się przedłużeń promieni odbitych.
5. Zwierciadło wklęsłe.
Zwierciadło kuliste (inaczej sferyczne) wklęsłe jest zwierciadłem, którego powierzchnia odbijająca jest wewnętrzną częścią kuli. Zwierciadło wklęsłe może być również wycinkiem paraboloidy.
Układ optyczny zwierciadła wklęsłego stanowią:
Główna oś optyczna - prosta przechodząca przez środek krzywizny zwierciadła (C) i jego wierzchołek (V).
Promień krzywizny (R) – promień kuli, której część wewnętrzna jest powierzchnią odbijającą zwierciadła.
Ognisko zwierciadła (F) – jeśli promienie biegną równolegle do osi optycznej zwierciadła to po odbiciu przetną się w tym samym punkcie leżącym na osi optycznej zwanym ogniskiem.
Ogniskowa (f) – to długość odcinka łączącego ognisko z wierzchołkiem zwierciadła.
Zależność między ogniskową a promieniem krzywizny:
6. Konstrukcja obrazów w zwierciadle kulistym.
Do skonstruowania obrazu w zwierciadła kulistym potrzebne są przynajmniej dwa z poniższych promieni:
Promień równoległy do osi optycznej, który po odbiciu od zwierciadła przechodzi przez ognisko. Promień biegnący przez środek krzywizny zwierciadła, który po odbiciu wraca tym samym torem. Promień przechodzący przez ognisko zwierciadła, który po odbiciu staje się równoległy do osi optycznej.
Obraz powstający w zwierciadle wklęsłym może być powiększony, równy lub pomniejszony, rzeczywisty lub pozorny, prosty lub odwrócony.
7. Załamanie światła.
Jeżeli promień świetlny trafi na granicę dwóch ośrodków optycznie różnych, nastąpi zmiana jego kierunku – czyli załamanie światła.
Kąt pomiędzy kierunkiem promienia padającego a prostopadłą do powierzchni granicznej (normalną) w punkcie padania nazywamy kątem padania.
Kąt załamania to kąt pomiędzy prostopadłą do powierzchni granicznej (normalną) w punkcie załamania światła a kierunkiem promienia załamanego.
Promień padający, prostopadła (normalna) i promień załamany leżą w jednej płaszczyźnie.
Przyczyną zjawiska załamania jest zmiana prędkości rozchodzenia się światła przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego.
Jeżeli prędkość rozchodzenia się światła w pierwszym ośrodku jest większa niż w tym, do którego światło przechodzi, wówczas kąt padania jest większy od kąta załamania.
Jeżeli prędkość rozchodzenia się światła w pierwszym ośrodku jest mniejsza niż w drugim, wówczas kąt padania jest mniejszy od kąta załamania.
Jeśli światło pada prostopadle na granicę dwóch ośrodków, to kierunek jego biegu nie ulegnie zmianie (mimo, iż prędkości jego rozchodzenia się w tych ośrodkach są różne).
[Grafika interaktywna]
8. Soczewki.
Soczewka to ciało przezroczyste ograniczone powierzchniami kulistymi, parabolicznymi lub walcowymi. Soczewki mogą zarówno skupiać, jak i rozpraszać światło. Soczewki dzielą się na skupiające i rozpraszające. Przykłady zastosowań soczewek: okulary, lupa, mikroskop optyczny, luneta, teleskop.
Układ optyczny soczewki stanowi:
- Oś optyczna – prosta przechodząca przez środki krzywizn powierzchni, z których została utworzona soczewka. - Ognisko (F) – jeśli promienie biegną równolegle do osi optycznej soczewki to po przejściu przez nią przetną się w tym samym punkcie leżącym na osi optycznej zwanym ogniskiem. - Ogniskowa (f) – odległość ogniska od środka soczewki.
9. Konstrukcja obrazów powstających przy użyciu soczewki.
Do konstrukcji obrazu powstającego przy użyciu soczewki skupiającej potrzebne są przynajmniej dwa z niżej opisanych promieni:
- promień równoległy do osi optycznej – po przejściu przez soczewkę przechodzi przez ognisko; - promień przechodzący przez ognisko – po przejściu przez soczewkę wychodzi równoległy do osi optycznej; - promień przechodzący przez środek soczewki – po przejściu przez soczewkę nie zmienia kierunku (nie ulega odchyleniu).
W celu przeprowadzenia konstrukcji obrazu w soczewce rozpraszającej wykorzystuje się dwa promienie:
- promień padający równolegle do osi optycznej – po przejściu przez soczewkę jego przedłużenie przechodzi przez ognisko pozorne; - promień przechodzący przez środek soczewki – po przejściu przez soczewkę jego kierunek (tor) nie ulega zmianie.
Obraz powstający w soczewce skupiającej może być powiększony, równy lub pomniejszony, rzeczywisty lub pozorny, prosty lub odwrócony. W soczewkach rozpraszających powstały obraz jest zawsze prosty, pomniejszony i pozorny.
10. Widzenie oraz wady wzroku.
Podstawowym organem narządu wzroku jest oko, w którym ważną rolę pełni soczewka. Promienie światła po przejściu przez rogówkę padają na soczewkę skupiającą, która tworzy na siatkówce oka obraz pomniejszony, odwrócony i rzeczywisty.
Oko ludzkie ma zdolność akomodacji, czyli zdolność dopasowania oka do odległości w jakiej znajduje się oglądany przedmiot. Możliwe jest to dzięki zdolności soczewki do zmiany kształtu.
Minimalna odległość dobrego widzenia dla oka ludzkiego pozbawionego wady wzroku wynosi około 25 cm.
Najczęściej spotykane wady wzroku to:
- Krótkowzroczność - to wada związana z zaburzeniem załamania światła przez soczewkę (zbyt wypukłą) lub oddaleniem się siatkówki od soczewki (wydłużona gałka oczna). Obraz odległego przedmiotu powstaje przed siatkówką i jest interpretowany przez mózg jako niewyraźny i zatarty. Do korekty tej wady stosuje się soczewki rozpraszające. - Dalekowzroczność (nadwzroczność) - to wada związana z zaburzeniem załamania światła przez soczewkę (za bardzo spłaszczoną) lub zbyt dużym zbliżeniem się soczewki do siatkówki (skrócona gałka oczna). Obraz odległego przedmiotu powstaje za siatkówką i jest interpretowany przez mózg jako nieostry. Do korekty tej wady wzroku stosuje się soczewki skupiające.
11. Rozszczepienie światła.
Światło białe to mieszanina barw od fioletowego do czerwonego. Barwy te możemy zobaczyć przepuszczając wiązkę światła białego przez pryzmat.
Pryzmat to bryła przezroczysta (wykonana zwykle ze szkła), będąca graniastosłupem o podstawie trójkąta.
Światło przechodząc przez pryzmat ulega dwukrotnemu załamaniu, po raz pierwszy na granicy ośrodków powietrze–szkło (przy wejściu do pryzmatu), po raz drugi na granicy szkło–powietrze (przy wyjściu z pryzmatu).
Podczas przejścia przez pryzmat największemu odchyleniu od pierwotnego kierunku ulega światło fioletowe, a najmniejszemu – czerwone.
Zjawisko rozszczepienia światła nazywane jest dyspersją.
12. Prędkość światła.
Światło w próżni rozchodzi się z prędkością o wartości około 300000 .
W ośrodkach materialnych szybkość światła jest mniejsza i różna dla różnych ośrodków np. w wodzie to 225000 , a w lodzie 229000 .
mfc7cfd61e20d0667_1528450119332_0
Optyka geometryczna to dział fizyki, który tłumaczy zjawiska optyczne przy założeniu, że światło rozchodzi się prostoliniowo w ośrodku optycznie jednorodnym.