1. Полюса магнитов, обра ­ На рисунке показано, как ус­тановилась магнитная…

Возможны различные способы изменения магнитного поля, пронизывающего контур проводника. Можно, на­пример, перемещать не магнит, а катушку, т. е. надевать её на магнит. При этом также возникнет индукционный ток. Можно в большую катушку вставить малую катушку. Большую катушку соединить с гальванометром, а малую — с источником постоянного тока. При замыкании и размы­кании цепи малой катушки можно наблюдать отклонение стрелки гальванометра. Таким образом, при любом изме­нении магнитного поля пронизывающего замкнутый про­водник, в нём возникает индукционный ток.

Эти и другие опыты показывают, что ток появляется только при изменении магнитного поля, пронизывающего замкнутый проводник.

Явление возникновения тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного поля, пронизывающего контур проводника, называется электромагнитной индукций. Ток, возникающий в этом случае в цепи, называют Индук­ционным током.

Таким образом, Направление индукционного тока в ка­тушке зависит от направления движения магнита.

2. Направление индукционного тока зависит от того, каким полюсом вносят магнит в катушку или выносят из нее, т. е. от направления магнитного поля. Если вносить магнит в катушку не северным полюсом, как это делалось в опыте, описанном выше, а южным полюсом, то стрелка гальванометра отклонится в сторону, противоположную той, в которую она отклонялась при внесении магнита се­верным полюсом. Направление индукционного тока будет разным в зависимости от того, вносят магнит в катушку или выносят его из катушки. Таким образом, направление индукционного тока зависит от направления движения магнита относительно катушки.

Вносить магнит в катушку можно быстрее и медленнее. Наблюдения позволяют сделать вывод о том, что сила ин­дукционного тока зависит от скорости движения магнита, т. е. от скорости изменения магнитного поля. Сила индук­ционного тока тем больше, чем больше скорость изменения магнитного поля, пронизывающего контур проводника.

Если в самом проводнике изменяется сила тока, то вок­руг проводника существует переменное магнитное поле. Это поле порождает в проводнике индукционный ток, ко­торый называется Током самоиндукции, А явление возник­новения такого тока — Явлением самоиндукции.

Значение открытия явления магнитной индукции за­ключается в том, что в этом явлении наглядно наблюда­ется связь электрических и магнитных являений, элект­рического и магнитного полей, что позволяет говорить о существовании Единого электромагнитного поля.

3. Явление электромагнитной индукции лежит в основе работы генератора электрического тока — устройства, кото­рое служит источником электрического тока и в котором про­исходит преобразование механической энергии в электричес­кую. Основными частями генератора являются магнит и рас­положенная между его полюсами насаженная на вал рамка.

Рамка приводится во вращение, пронизывающее её магнитное поле изменяется, и в катушке возникает индук­ционный ток. Этот ток снимается с рамки с помощью уст­ройства, называемого коллектором, представляющим собой два полукольца, каждое из которых присоединяется к раз­личным концам рамки, и щёток, касающихся колец. Про­мышленные генераторы имеют более сложное устройство, но все они состоят из вращающейся части (ротора), обычно в промышленном генераторе это электромагнит, создающий вращающееся магнитное поле, и неподвижной части (стато­ра) — обмотки, в которой индуцируется электрический ток.

4. Максвеллом было теоретически показано, а Герцем экспериментально доказано, что изменяющееся магнитное поле порождает переменное электрическое поле, в свою очередь переменное электрическое поле порождает пере­менное магнитное поле, т. е. в пространстве происходят из­менения (колебания) характеристик электромагнитного поля.

Электромагнитные колебания происходят в колеба­тельной системе, называемой колебательным контуром. Колебательный контур — Это электрическая цепь, состо­ящая из конденсатора и катушки индуктивности (рис. 96).

Если зарядить конденсатор и_______________ /_______

Затем замкнуть его на катушку, J то по цепи пойдёт электрический Л ток. При этом конденсатор начнёт Lq

Разряжаться. Сначала сила тока в >О цепи будет увеличиваться, и поя — pζ вится ток самоиндукции, пре — Q~ пятствующий увеличению основ­ного тока и направленный против рисgθ

Него. Через 1 /2часть периода кон­денсатор полностью разрядится, а сила тока в катушке ста­нет максимальной. Затем сила тока начнет уменьшаться. Ток самоиндукции, который при этом возникнет, будет стремиться поддержать основной ток и будет направлен так же, как и он. Через 1 /4часть периода ток прекратится, и конденсатор перезарядится. Затем пойдет обратный про­цесс.

Таким образом, в колебательном контуре происходят электромагнитные колебания, т. е. периодические измене­ния заряда, силы тока, электрического и магнитного по­лей. Колебания, происходящие в колебательном контуре, благодаря начальному запасу энергии в конденсаторе на­зываются свободными. В процессе колебаний энергия из­вне в контур не поступает.

Минимальный промежуток времени, через который процесс в колебательном контуре полностью повторяет­ся, называется периодом (T)Электромагнитных колеба­ний. За период колебаний заряд на обкладках конденса­тора изменяется от максимального значения до следую­щего максимального значения того же знака, или сила тока изменяется от максимального значения до следую­щего максимального значения при том же направлении тока.

Характеризуя электромагнитные колебания, часто го­ворят об их частоте. Частотой (v) колебаний называют чис­ло полных колебаний в одну секунду. Частота обратна пе­риоду колебаний

Единицей частоты является 1 Гц. Частоту электромаг­нитных колебаний часто измеряют в килогерцах (1 кГц = = 1000 Гц) и в мегагерцах (1 МГц = 1 000 000 Гц).

5. Подобно тому как механические колебания распро­страняются в пространстве в виде механических волн, элек­тромагнитные колебания распространяются в пространстве в виде электромагнитных волн. Многочисленные экспери­менты показывают, что электрическое и магнитное поля взаимосвязаны. Если в какой-либо точке пространства воз­никает переменное электрическое поле, то в соседних точках оно возбуждает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает переменное электрическое поле и т. д. Таким образом, можно говорить об электромагнитном поле. Это поле и распространяется в пространстве.

Процесс распространения периодически изменяюще­гося электромагнитного поля представляет собой элект­ромагнитные волны.

Электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью 300 000 км/с. Они характеризуются опреде­лённой длиной волны λ. Длина волны — это расстояние, на которое перемещается электромагнитная волна за вре­мя, равное периоду колебаний (T). λ = СТ или λ = С/у, где С — скорость распространения электромагнитной волны, V — частота колебаний.

6. Электрически заряженные частицы могут колебать­ся с различной частотой. Соответственно, излучаемые при этом электромагнитные волны имеют разную длину вол­ны. Поэтому диапазон частот электромагнитных волн очень широк: он лежит в пределах от 0 до IO22Гц, а длина волны — в пределах от 10^14м до бесконечности. По длине волны или по частоте электромагнитные волны можно раз­делить на восемь диапазонов. Обладая рядом общих свойств (интерференция, дифракция), волны разной час­тоты имеют и специфические свойства.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. В катушку, соединённую с гальванометром, вносят магнит. Направление индукционного тока зависит А. От скорости перемещения магнита.

Б. От того, каким полюсом вносят магнит в катушку.

Правильный ответ

1) только А 3) и А, и Б

2) только Б 4) ни А, ни Б

2. В катушку, соединённую с гальванометром, вносят магнит. Сила индукционного тока зависит

А. от скорости перемещения магнита

Б. от того, каким полюсом вносят магнит в катушку

1)только А

2)только Б

3) и А, и Б

4) ни А, ни Б

3. Постоянный магнит вносят в катушку, замкнутую на гальванометр (см. рисунок).

Если выносить магнит из катушки с большей скоро­стью, то показания гальванометра будут примерно со­ответствовать рисунку

4. Две одинаковые катушки замкнуты на гальванометры. В катушку А вносят полосовой магнит, а из катушки Б вынимают такой же полосовой магнит. В какой ка­тушке гальванометр зафиксирует индукционный ток?

1) только в катушке А

2) только в катушке Б

3) в обеих катушках

4) ни в одной из катушек

5. В первом случае магнит вносят в сплошное эбонитовое кольцо, а во втором случае выносят из сплошного мед­ного кольца (см. рисунок).

Индукционный ток

1) возникает только в эбонитовом кольце

2) возникает только в медном кольце

3) возникает в обоих кольцах

4) не возникает ни в одном из колец

6. Внутри катушки, соединённой с гальванометром, на­ходится малая катушка, подключённая к источнику постоянного тока. В каком из перечисленных опытов гальванометр зафиксирует индукционный ток?

А. В малой катушке выключают электрический ток. Б. Малую катушку вынимают из большой.

1) только в опыте А

2) только в опыте Б

3) в обоих опытах

4) ни в одном из опытов

7. Внутри катушки, соединённой с гальванометром, на­ходится малая катушка, подключённая к источнику тока. Первую секунду от начала эксперимента малая катушка неподвижна внутри большой катушки. Затем в течение следующей секунды её вынимают из большой катушки. Третью секунду малая катушка находится вне большой катушки. В течение четвертой секунды малую катушку вдвигают в большую. В какой(-ие) про — межуток(-ки) времени гальванометр зафиксирует по­явление индукционного тока?

1) только O-Ic

2) 1 с-2 с и 3 с-4 с

3) 0-1 с и 2 с-3 с

4)только 1 с—2 с

8. Внутри катушки, соединённой с гальванометром, на­ходится малая катушка, подключённая к источнику тока. Оси катушек совпадают. Первую секунду от на­чала эксперимента малая катушка неподвижна внутри большой катушки. Затем в течение следующей секун­ды её вращают относительно вертикальной оси по ча­совой стрелке. Третью секунду малая катушка вновь остаётся в покое. В течение четвёртой секунды малую катушку вращают против часовой стрелки. В какие промежутки времени гальванометр зафиксирует появ­ление индукционного тока в катушке?

1) индукционный ток может возникнуть в любой про­межуток времени

2) индукционный ток возникнет в промежутках вре­мени 1-2 с, 3-4 с

3) индукционный ток не возникнет ни в какой проме­жуток времени

4) индукционный ток возникнет в промежутках вре­мени 0-1 с, 2-3 с

9. К электромагнитным волнам относятся:

А. Волны на поверхности воды.

Б. Радиоволны.

В. Световые волны.

Укажите правильный ответ.

1)только А

2)только Б

3)только В

4) Б и В

10. Какие из приведённых ниже формул могут быть ис­пользованы для определения скорости электромагнит­ной волны?

A. V = λv В. V = —

T

Б. V = — Г. И = XT

V

1) только А

2)только Б

3) А и В

4) В и Г

11. Установите соответствие между названием опыта (в ле­вом столбце таблицы) и явлением, которое в этом опыте наблюдается (в правом столбце таблицы). В таблице под номером физической величины левого столбца за­пишите соответствующий номер выбранного вами эле­мента правого столбца.

Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Плоское зеркало.

Преломление света

1. В основе явления распространения света лежат три закона: закон прямолинейного распространения света, за­кон отражения света и закон преломления света.

Закон прямолинейного распространения света: В одно­родной среде свет распространяется прямолинейно. Одно­родная среда — это среда, состоящая из одного и того же вещества, например, воздух, вода, стекло, масло и пр. На­блюдать прямолинейное распространение света можно в затемненной комнате, в которую через небольшое отверс­тие проникает луч света.

Следствием прямолинейного распространения света является то, что свет не проникает за экраны, ширмы и другие преграды. Однако если преграда очень мала, например, если это волос, тонкая нить и т. п., то за неё свет будет проникать, т. е. свет в определённых условиях свет отклоняется от прямолинейного распространения.

Прямолинейное распростране­ние света объясняет образование те­ни от предметов. На рисунке 97 по­казано распространение света от то­чечного источника.

Точечный источник — Это такой источник, размеры которого малы по сравнению с расстоянием от него до наблюдателя. На рисунке видно, что на экране образуется чёткая тень предмета.

На рисунке 98 показано рас­пространение света от протяжённо­го источника.

В этом случае на экране образу­ются область тени и область полутени. Тень — Область, в которую свет не попадает, в область полутени свет попа­дает от одной части источника света.

Зная, как образуется тень, можно объяснить солнеч­ные и лунные затмения.

2. Если среда, в которой распро­страняется свет неоднородная, т. е. свет падает на границу раздела двух сред, то свет изменяет направление распространения. На границе разде­ла двух сред происходят три явления: отражение света от границы раздела сред, преломление и поглощение ве­ществом (рис. 99).

На рисунке 99 АО — падающий луч, OB — отражённый луч, ОС — преломлённый луч; угол А между падающим лучом и пер­пендикуляром к границе раздела сред — угол падения лу­ча, угол β между отражённым лучом и перпендикуляром к границе раздела сред — угол отражения, угол γ между преломлённым лучом и перпендикуляром к границе раз­дела сред — угол преломления.

При изменении угла падения изменяется угол отражения, но при этом отражение света подчиняется Закону отражения:

— угол отражения света равен углу падения (β = а), — лучи падающий и отражённый, а также перпенди­куляр, восставленный к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости.

Из закона отражения света следует, что падающий и отражённый лучи обратимы.

Если свет отражается от гладкой поверхности, то отражение называется зеркальным. В этом случае, если на по­верхность падают параллельные лучи, то отражённые лучи тоже будут парал­лельными (рис. 100).

Если параллельные лучи падают на шероховатую по­верхность, то отражённые лучи будут направлены в раз­ные стороны. Это отражение называют рассеянным или диффузным.

3. На рисунке 101 приведено построение изображения в плоском зеркале. Как показывают опыт и построение изображения предмета в плоском зеркале на основе закона отражения:

— плоское зеркало дает прямое изображение предмета;

—

изображение имеет те же размеры, что и предмет;

— расстояние от предмета до зеркала равно расстоянию от зер­кала до изображения.

Иными словами предмет и его изображение симметричны отно­сительно зеркала.

Изображение предмета в плос­ком зеркале является мнимым.

Мнимое изображение — это такое изображение, которое формируется глазом. В точке S’соби­раются не сами лучи, а их продолжение, энергия в эту точку не поступает.

4. Изменение направления распространепния света при переходе в другую среду называют преломлением света.

Эксперименты свидетельствуют о том, что при увели­чении угла падения увеличивается угол преломления. Из опытов также следует, что соотношение углов падения и преломления зависит от оптической плотности среды.

Оптическая плотность среды характеризуется скоро­стью распространения света в ней. Чем больше скорость распространения света, тем меньше оптическая плотность среды. Так, оптическая плотность воздуха меньше, чем стекла, масла и пр., поскольку скорость света в этих сре­дах меньше, чем в воздухе.

Явление преломления света подчиняется следующим закономерностям:

— если свет переходит из среды оптически менее плот­ной в среду оптически более плотную, то угол преломления меньше угла падения (γ < ct);

— если свет переходит из среды оптически более плот­ной в среду оптически менее плотную, то угол преломле­ния больше угла падения (γ ><х);

— Лучи падающий и преломлённый, а также перпен­дикуляр, восставленный к границе раздела двух сред, ле­жат в одной плоскости.

При переходе света из одной среды в другую его ин­тенсивность несколько уменьшается. Это связано с тем, что свет частично поглощается средой.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. На рисунке изображены точеч­ный источник света L,Предмет К и экран, на котором получа — ют тень от предмета. При мере удаления предмета от источни — i ка света и приближения его к экрану (см. рисунок)

1) размеры тени будут уменьшаться

2) размеры тени будут увеличиваться

3) границы тени будут размываться

4) границы тени будут становиться более чёткими

2. Размеры изображения предмета в плоском зеркале

1) больше размеров предмета

2) равны размерам предмета

3) меньше размеров предмета

4) больше, равны или меньше размеров предмета в за­висимости от расстояния между предметом и зерка­лом

3. Луч света падает на плоское зеркало. Угол между па­дающим лучом и отражённым увеличили на 30°. Угол между зеркалом и отражённым лучом

1) увеличился на 30°

2) увеличился на 15°

3) уменьшился на 30°

4) уменьшился на 15°

4. Какое из изображений — А, Б, В или Г — соответствует предмету MN, находящемуся перед зеркалом? [14][15]

5. Предмет, расположенный перед плоским зеркалом, приблизили к нему на 5 см. Как изменилось расстояние между предметом и его изображением?

1) увеличилось на 5 см

2) уменьшилось на 5 см

3) увеличилось на 10 см

4) уменьшилось на 10 см

6. Предмет, расположенный перед плоским зеркалом, удалили от него так, что расстояние между предметом и его изображением увеличилось в 2 раза. Во сколько раз увеличилось расстояние между предметом и зерка­лом?

1) в 0,5 раза

2) в 2 раза

3)в 4 раза

4)в 8 раз

Чему равен угол падения луча на границе вода — воз­дух, если известно, что угол преломления равен углу падения?

1) 90° 3) 45°

2) 60° 4) 0°

Луч света переходит из стекла в воздух, преломляясь на границе раздела двух сред. Какое из на­правлений 1-4 соответствует пре­ломлённому лучу?

D

2)

3)

4)

9. Свет распространяется из масла в воздух, преломляясь на границе раздела этих сред. На каком рисунке пра­вильно представлены падающий и преломлённый лучи?

10. Световой луч падает на границу разде­ла двух сред. Скорость света во второй среде [16]

1) равна скорости света в первой среде 2

2) больше скорости света в первой среде 3) меньше скорости света в первой среде 4) используя один луч, нельзя дать точный

11. Для каждого примера из первого столбца подберите со­ответствующее физическое явление из второго столбца. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответс­твующими буквами.

12. Из перечня приведённых ниже высказываний выбери­те два правильных и запишите их номера в таблицу 1) угол преломления равен углу падения, если опти­ческая плотность двух граничащих сред одинакова 2) чем больше показатель преломления среды, тем больше скорость света в ней

3) полное внутреннее отражение происходит при пере­ходе света из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную

4) угол преломления всегда меньше угла падения

5) угол преломления всегда равен углу падения

Дисперсия света. Линза. Фокусное расстояние линзы. Глаз как оптическая система. Оптические приборы
Простых цветов: красного, оранжевого, жёлтого, зелёного голубого, синего, фиолетового.

Разложение света в спектр объясняется тем, что световые пучки по-разному преломляются призмой: лучи красного цвета преломляются слабее, а лучи фиолетового цвета сильнее. Зависимость угла преломления света в среде от цвета света (от длины световой волны) называется Диспер сией света.

Радуга — это спектр солнечного света. Он образуется при разложении белого света в каплях дождя, которые можно рассматривать как призмы.

2. На явлении преломления света основано получение изображения предмета с помощью линзы.

Линзой называют прозрачное тело, ограниченное дву­мя сферическими поверхностями, Ность может быть плоской.

Линза, у которой середина тол­ще, чем края, является выпуклой, она собирает падающий на неё све­товой пучок и потому называется собирающей (рис. 102).

Линза, у которой края толще, чем середина, является вогнутой, она рассеивает падающий на неё световой пучок и потому называет­ся рассеивающей (рис. 102).

Линию, проходящую через центры сферических поверхнос­тей, ограничивающих линзу, на­зывают Главной оптической осью (C1C2— рис. 103). Точку О назы­вают Оптическим центром линзы.

Для построения изображения предмета в линзе достаточно знать ход двух лучей. Один из них — это луч, проходящий через оптический ходит, не преломляясь. Второй луч — луч, параллельный главной оптической оси линзы. Все лучи, параллельные главной оптической оси линзы, после преломления соби­раются в одной точке FНа оптической оси. Эта точка на­зывается Главным фокусом линзы (рис. 104).

Главный фокус линзы F — точка, в которой после пре­ломления собираются лучи, параллельные главной опти­ческой оси.

Расстояние от оптического центра линзы до её фокуса называется Фокусным расстоянием. Линза имеет два фо­куса: справа и слева от неё.

Если направить на рас — свивающую линзу пучок параллельных лучей, то F~после преломления этот пу-

————————— F———— — чок будет расходящимся

—*——— (рис. 104).

> Продолжения лучей со — берутся в точке, которую

Рис. 104 ,

Называют главным фоку­сом рассеивающей линзы. Этот фокус является Мнимым, В нём пересекаются не сами лучи, а их продолжения.

Величину, обратную фокусному расстоянию (F),Назы­вают оптической силой линзы (D): D = 1/F.Единица оп­тической силы линзы — диоптрия (1 дптр). 1 дптр = 1/м.

Оптическая сила собирающей линзы — величина по­ложительная, оптическая сила рассеивающей линзы — ве­личина отрицательная.

3. Линзы являются главной частью оптических прибо­ров. Существуют две группы оптических приборов: прибо­ры, вооружающие глаз, к которым относятся очки, лупа, микроскоп, телескоп, и приборы, которые формируют изображение без участия глаза: фотоаппарат, проекцион­ный аппарат и пр.

Оптическая схема фотоаппарата представлена на ри­сунке IOa а. Предмет находится от линзы на расстоянии, большем двойного фокусного расстояния, а уменьшенное изображение формируется на плёнке, которая помещается на задней стенке фотоаппарата на расстоянии от линзы, близком к фокусному. Проекционный аппарат позволяет получать на экране действительное увеличенное изображе­ние предметов. Предмет помещается между фокусом и двойным фокусом линзы, чем ближе к фокусу, тем больше размер изображения. Оптическая схема проекционного аппарата показана на рисунке 105 б.

4. Роль линзы в оптической системе глаза играет хрус­талик — прозрачное тело, которое может быть более или менее выпуклым, т. е. его фокусное расстояние может из­меняться. За хрусталиком расположено стекловидное те­ло, заполняющее остальную часть глаза. Хрусталик и стекловидное тело играют роль линзы, преломляющей па­дающие лучи. На задней стенке глаза находится сетчатка, на которой после преломления получается действительное уменьшенное, перевёрнутое изображение. Нервные волок­на сетчатки передают ощущение света в мозг.

Существуют 2 основных дефекта зрения: дальнозор­кость и близорукость. Близорукий человек хорошо видит близкие предметы и плохо — удалённые. У него изображе­ние предмета формируется за сетчаткой. Для коррекции зрения в этом случае необходимы очки с рассеивающими линзами, делающие входящий в глаз световой пучок рас­ходящимся. В этом случае глаз соберёт лучи на сетчатке.

Дальнозоркий человек хорошо видит удалённые предме­ты и плохо — близкие. У него изображение предмета фор­мируется за сетчаткой. Для коррекции зрения в этом случае необходимы очки с собирающими линзами. На хрусталик в этом случае падает сходящийся световой пучок, который он преломляет так, что лучи собираются на сетчатке.