برچسب:,

فصل چهارم

نور چيست؟

نور صورتي از انرژي است كه توسط اجسام داغ تابش مي شود.

نور چگونه منتشر مي شود؟

در يك محيط يكنواخت مثل هوا، نور در همه جهت ها به صورت خط راست منتشر مي شود. دليل حركت مستقيم نور تشكيل سايه در پشت اجسام كدي است.

پاسخ دهيد1:

1- چرا از بيرون يك جعبه فلزي يا تخته اي، اشياي درون آن ديده نمي شود، اما درون يك ظرف شيشه اي از بيرون ديده مي شود؟

2- چند ماده شفاف و چند ماده غير شفاف را كه مي شناسيد نام ببريد.

پاسخ 1: جعبه فلزي يا تخته اي اجسام كدر هستند و نمي توانند نور را از خود عبور دهند، اما ظرف شيشه اي جسم شفاف است و مي تواند نور را از خود عبور دهد.

پاسخ 2: شيشه، آب، نفت، هوا ماده هاي شفاف و فلز، چوب، قير ماده هاي غير شفاف يا كدر هستند.

چشمه نور چيست؟

محلي كه از آنجا نور تابيده مي شود، منبع يا چشمه نور مي نامند.

چشمه هاي نور چند نوعند؟

دو نوع: چشمه نقطه اي - چشمه گسترده.

چشمه نقطه اي نور چگونه است؟

هرگاه منبع تابش نور به صورت روزنه اي كوچك باشد، آنرا چشمه نقطه اي نور مي نامند.

چشمه گسترده نور چگونه است؟

هرگاه منبع تابش نور بزرگ باشد چشمه گسترده نور ناميده مي شود. در واقع هر چشمه گسترده شامل تعداد زيادي چشمه نقطه اي است. مانند خورسيد يا يك لامپ روشن.

باريكه نور

پرتو نور چيست و چگونه نشان داده مي شود؟

يك باريكه خيلي نازك نور را پرتو مي نامند. پرتو نور توسط يك خط راست با پيكاني كه جهت انتشار نور را نشان مي دهد، نمايش داده مي شود.

جهت تابش نور

وسيله هاي آزمايش: چراغ قوه - يک تکه مقواي نسبتاً ضخيم - پرگار - قيچي - تيغ - نوارچسب.
١- از مقوا دايره اي به اندازه ي سطح شيشه چراغ قوه ببريد.
٢- شکافي به عرض يک تا دو ميليمتر مطابق شکل (٤-٢-الف) بر روي مقوا ايجاد کنيد.

شکل ٤-٢

٣- مقوا را بر دهانه ي چراغ قوه طوري نصب کنيد که آن را به طور کامل بپوشاند و از اطراف دهانه ، نور بيرون نيايد.
٤- در مکاني که خيلي روشن نباشد، چراغ قوه را مطابق شکل (٤-٢-ب) در لبه ي ميز ، نگهداريد.
٥- چراغ قوه را روشن کنيد، باريکه ي نور را بر سطح ميز خواهيد ديد.

جواب: ازمايش را مطابق دستور كار انجام مي دهيم. مشاهده مي شود باريكه نور به خط مستقيم حركت مي كند.

١- براي نشان دادن انتشار نور به خط راست آزمايشي را طراحي و اجرا کنيد.
٢- گزارشي از کار خود را به کلاس ارائه دهيد.

جواب: مطابق شكل مقابل در وسط سه مقوا سوراخ هاي كوچكي ايجاد مي كنيم و يك وجه آنها را طوري تا مي كنيم كه بتوانند بطور قائم بايستند. سپس شمعي را روشن مي كنيم و مقوا هارا طوري در مقابل شمع پشت سر هم رديف مي كنيم كه وقتي از طرف ديگر نگاه ميكنيم. شمع روشن را ببينيم. در صورتيكه يكي از مقواها را اندكي جابجا كنيم ديگر شمع را نخواهيم ديد. اين آزمايش نشان مي دهد كهنور به خط مستقيم حركت مي كند.

سايه چگونه تشكيل مي شود و بر چند نوع است؟

هرگاه جسم كدري را در مقابل چشمه نوري قرار دهيم در پشت جسم فضاي تاريكي پديد مي آيد كه آنرا سايه مي نامند. سايه به دو صورت توسط چشمه هاي نقطه اي و گسترده ايجاد مي شود. در چشمه نقطه اي فقط سايه تشكيل مي شود اما در چشمه گسترده علاوه بر سايه نيم سايه نيز ظاهر مي شود.

شکل ٤-٣- انتشار نور از چشمه ي نقطه اي به خط راست و وجود جسم کدر در مسير نور، سبب تشکيل سايه در طرف ديگر جسم کدر شده است.

با توجه به شكل ( 4-3) توضيح دهيد:

1) سايه چگونه تشكيل شده است؟

2) اگر نور به خط راست منتشر نمي شد چه اتفاقي مي افتاد؟

پاسخ: 1) با توجه به اينكه نور به خط مستقيم حركت مي كند و نيز از اجسام كدر عبور نمي كند، هرگاه جسم كدري مقابل يك چشمه نور قرار گيرد، نور به قسمت پشت جسم نمي رسد و سايه ايجاد مي شود.

2) اگر نور به خط مستقيم حركت نكند سايه تشكيل نمي شود و يا در صورت تشكيل مشابه جسم نخواهد بود.

مشخصات سايه در چشمه نور نقطه اي نور كدامند؟

1- تاريكي در تمام سطح آن يكنواخت است. اين سايه را سايه كامل ميگويند.

2- مرز مشخصي بين سايه و قسمت روشن پرده وجود دارد. اين مرز تأييد مي كند كه نور به خط راست منتشر مي شود.

مشخصات سايه در چشمه گسترده نور كدامند؟

1- قسمت مركزي سايه، تاريكي يكنواخت دارد، اما از حالت قبل كوچكتر است، اين قسمت از سايه، يعني سايه كامل، نوري از چشمه دريافت نمي كند.

2- اطراف سايه كامل داراي روشنايي كمي است كه با دور شدن از سايه كامل به تدريج روشنايي زياد مي شود. قسمت بين سايه كامل و روشنايي كامل را نيمسايه مي گويند.

وسيله هاي آزمايش : شمع - کبريت - يک تکه مقواي ضخيم.
١- با يک چشمه ي نور نقطه اي ، سايه ي مقوا را بر روي ديوار يا پرده اي تشکيل دهيد.
٢- چشمه ي نور را قدري به مقوا نزديک و بار ديگر قدري از آن دور کنيد.
٣-مقوا را به ديوار نزديک يا قدري از آن دور کنيد.

٤- تغييري را که در اندازه ي سايه مشاهده مي کنيد بنويسيد.
آيا مي توانيد رابطه اي بين قطر مقوا و قطر سايه پيدا کنيد. رابطه اي که به دست آورده ايد با کمک معلم خود تصحيح وتکميل کنيد.

جواب 1و2: به طور كلي اگر فاصله جسم و چشمه نور نقطه اي كاهش يابد، قطر سايه آن بزرگتر مي شود و برعكس اگر فاصله آنها افزايش يابد.قطر سايه كوچكتر مي گردد.

3و4: بطور كلي وقتي كه محل چشمه نور نقطه اي ثابت است. اگر جسم را به پرده( يا ديوار) نزديك كنيم سايه آن كوچكتر و برعكس اگر ازآن دور كنيم سايه بزرگتر مي شود.براي بدست آوردن رابطه بين قطر جسم و قطر سايه از شكل مقابل استفاده مي كنيم. قطر جسم را AB و فاصله آن از چشمه نور را P و قطر سايه را و فاصله آن ازچشم را با q نشان ميدهيم. دو مثلث OAB و با هم متشابه اند از نوشتن نسبت اضلاع و ارتفاعهاي متناظر نتيجه مي شود:

خورشيد گرفتگي (كسوف) زماني رخ مي دهد كه ماه بين زمين و خورشيد قرار گيرد، در اين صورت سايه ي ماه روي زمين مي افتد و ناحيه اي از زمين كه در سايه ي ماه قرار ميگيرد تاريك مي شود. اين پديده را با رسم يك شكل ساده نشان دهيد.

خورشيد گرفتگي

ماه گرفتگي

    با توجه به توضيحي که در مورد خورشيدگرفتگي (کسوف) داده شد، توضيح دهيد که ماه گرفتگي (خسوف) در چه صورت رخ مي دهد؟ اين پديده را با رسم يک شکل ساده نشان دهيد.

پاسخ: هنگامي كه زمين بين ماه و خورشيدو هر سه در يك راستا قرار مي گيرند، نور خورشيدبه ماه نمي رسد و سايه زمين بر روي ماه مي افتد. اين پديده را ماه گرفتگي مي گويند.

وسيله هاي آزمايش : شمع ٢ عدد - کبريت .
١- دست خود را مقابل يک شمع روشن نگهداريد به طوري که سايه ي دستتان روي ديوار تشکيل شود.
٢- همين آزمايش را با دو شمع روشن انجام دهيد.
٣- با مشاهده و مقايسه ي سايه ي دست در دو حالت نتيجه را بنويسيد.

جواب1: وقتي كه دست خود را در مقابل يك شمع روشن قرار ميدهيم تقريباً سايه كاملي از آن بر روي ديوار تشكيل مي شود.

2- اگر دست خود را در مقابل شمع روشن قرار دهيم دو سايه از آن تشكيل مي شود.

3- از مقايسه سايه ها در دو حالت معلوم مي شود علاوه برافزايش تعداد سايه ها نيمسايه دست نيز در حالت دوم ظاهر مي گردد.

تعريف بازتابش نور؟

برگشت نوراز سطح اشياء را بازتابش نور مي گويند.

اشياء چگونه ديده مي شوند؟

اشيايي كه از خود نور تابش نمي كنند، هنگامي ديده مي شوند كه نور يك چشمه مانند خورشيد يا لامپ از سطح آنها باز تابيده شده و به چشم ما برسد.

Eتذكر 1: شيئي كه هيچ نوري را باز نمي تاباند ديده نمي شود. عني رنگ نوري سياه خواهد بود.

Eتذكر2: اگر شيئي هر نوري را كه به آن مي رسدباز بتاباند به رنگ نوري ديده مي شود كه به آن تابيده است.

٤-٥- تصوير در آينه هاي تخت

آينه چيست و چند نوع است؟

ج: آينه سطح صيقلي و بازتابنده اي است كه مي تواند تقريباً تمام پرتوهاي تابشي را بازبتاباند. آينه ها بردو نوع تخت و كروي هستند و مي توانند از جنس شيشه يا فلز باشند.

Eتذكر: آينه جسمي شفاف نيست يعني نور نمي تواند از آن عبور نميد.

آينه تخت چگونه است؟

ج: سطح صافي است كه مي تواند نور را بطور منظم بازتابش نمايد.

در آينه تخت تصوير چگونه ديده مي شود؟

ج: مطابق شكل مقابل پرتوهاي نوري كه ازجسم به آينه مي رسند بعد از بازتابش به چشم ناظر مي رسند و ناظر تصوير جسم را در امتداد پرتو هايي كه به چشم او مي رسند مشاهده مي كند.

شخصي تصوير شما را در آينه مي بيند. آيا شما هم در همان حال تصوير او را در آن آينه مي بينيد؟ در باره جواب خود توضيح دهيد.

پاسخ: آري شما هم مي توانيد مطابق شكا مقابل در همان حال تصوير او رادر آينه ببينيد زيرا مسير تابش و بازتابش نور در آينه برگشت پذير است. يعني از همان مسيري كه نور شخص به آينه مي تابد و بعد از بارتاب به چشم شما مي رسد، نور شما هم به آينه مي تابد و بعد از بازتاب به چشم شخص مي رسد.

وسيله هاي آزمايش : شيشه - دو قوطي کبريت - چسب - مقوا - شمع ٢ عدد.
    ١- يک شيشه را مطابق شکل (٤-١١) روي ميز نصب کنيد. (براي اين کار مي توانيد دو قوطي کبريت خالي را به فاصله اي برابر ضخامت شيشه روي قطعه اي مقوا چسبانده و شيشه را بين آنها قرار دهيد و مقوا را روي ميز بگذاريد).
    ٢- دو شمع مشابه را در طرفين شيشه روي ميز نصب کنيد و پس از آنکه يکي از شمع ها را روشن کرديد، از طرف شمع روشن به شيشه نگاه کنيد.
    ٣- شمع خاموش و تصوير شمع روشن را در شيشه خواهيد ديد.

شکل ٤-١١

    ٤- در همين حال شمع روشن را جابه جا کنيد، با اين کار، تصوير آن نيز جابه جا خواهد شد. اين کار را آنقدر ادامه دهيد که تصوير شمع روشن بر شمع خاموش منطبق شود. در اين صورت در شيشه فقط يک شمع و آن هم روشن ديده مي شود.
   ٥- فاصله ي شمع روشن و شمع خاموش را تا شيشه اندازه بگيريد. آيا فاصله هاي آنها يکسان است؟
    ٦- اگر شمع روشن را قدري به شيشه نزديک يا از آن دور کنيد، براي اينکه در شيشه فقط يک شمع و آن هم روشن ديده شود، چه بايد کرد؟ از اين آزمايش چه نتيجه اي مي گيريد؟

جواب1 تا 5: از مقايسه فاصله شمع روشن و شمع خاموش معلوم مي شود با هم برابرند.

6- اگر شمع روشن را قدري به شيشه نزديك يا از آن دور كنيم، بايد شمع خاموش را نيز به همان اندازه جابه جا كنيم تا بر تصوير شمع روشن منطبق شود.

از اين آزمايش نتيجه مي شود در آينه تخت فاصله جسم تا آينه برابر فاصله تصوير آن تا آينه است.

ويژگيهاي تصوير در آينه تخت كدامند؟

ج: تصوير در آينه هاي تخت داراي ويژگيهاي زير است:

1- مجازي است.

2- مستقيم است ولي داراي واروني جانبي مي باشد.

3- اندازه آن با اندازه جسم برابر است.

4- در پشت آينه و در فاصله اي مساوي با فاصله جسم تا آينه قرار دارد.

س: تصوير حقيقي چگونه است؟

ج: تعريف: تصويري را كه از تلاقي پرتوهاي بازتابشي و در جلو آينه تشكيل مي شود و ميتوان آن را بر روي پرده مشاهده كرد، تصوير حقيقي مي نامند.

س: تصوير مجازي چگونه است؟

ج: تعريف: تصويري را كه از امتداد پرتوهاي بازتابشي و در پشت آينه تشكيل مي شود و نمي توان آن را بر روي پرده مشاهده كرد، تصوير مجازي مي نامند.

آينه كاو( مقعر) چگونه است؟

ج: آينه خميده اي است كه سطح داخلي آن نور را باز مي تاباند.

آينه كوژ( محدب) چگونه است؟

ج: آينه خميده اي است كه سطح خارجي آن نور را باز مي تاباند.

وسيله هاي آزمايش : آينه ي مقعر ، يک ورق کوچک کاغذ
    ١- يک آينه ي مقعر را مقابل خورشيد بگيريد.
    ٢- يک صفحه ي کاغذ را در جلوي آينه به آرامي جابه جا کنيد تا دايره ي کوچک روشني روي صفحه مشاهده کنيد.
    توجه داشته باشيد که صفحه ي کاغذ را طوري بگيريد که مانع رسيدن نور خورشيد به سطح آينه نشود. در وضعي که لکه ي نوراني بيشترين درخشندگي و کوچکترين اندازه را دارد، صفحه را ثابت نگه داريد. محل تشکيل لکه ي روشن درخشان را کانون اصلي آينه مي ناميم.

٤-٨- رسم پرتوهاي بازتاب در آينه ي مقعر

آينه مقعر پرتوهاي نور را چگونه باز مي تاباند؟

ج: پرتوهاي تابيده شده به آينه مقعر پس از بازتابش به هم نزديك شده و در يك نقطه جمع مي شوند. به اين علت آينه هاي مقعر را همگرا نيز مي نامند.

    وسيله هاي آزمايش : آينه ي مقعر با پايه ، شمع ، کبريت ، يک ورق کوچک کاغذ.
    اين آزمايش بايد در يک اتاق نسبتاً تاريک انجام شود.
    ١- به ترتيبي که در آزمايش ٦ شرح داده شد محل کانون آينه ي مقعر را تعيين و فاصله ي آن را تا آينه اندازه بگيريد.
   ٢- آينه را روي پايه ثابت کنيد و شمع را روشن کنيد و آن را مطابق شکل (٤-١٨) در فاصله اي بين مرکز و کانون آينه ، در مقابل آينه قرار دهيد. ورق کاغذ را مقابل آينه جابه جا کنيد تا تصوير واضح شمع روي ورقه ي کاغذ مشاهده شود. دقت کنيد که ورقه ي کاغذ مانع رسيدن نور شمع به آينه نشود.

شکل ٤-١٨

٣- شمع روشني را به کانون آينه نزديک يا از آن دور کنيد طوري که فاصله ي آن تا آينه از فاصله ي مرکز تا آينه بيشتر شود و در هر يک از اين فاصله ها تصوير را بر روي ورق کاغذ مشاهده کنيد و نتيجه را در گزارشي که تهيه مي کنيد بنويسيد.

جواب: مطابق دستور آزمايش را انجام مي دهيم و محل كانون آينه را تعيين مي كنيم. با اندازه گيري فاصله صفحه كاغذ تا رأس آينه نيز فاصله كانوني آن به دست مي آيد.

جواب: آزمايش را مطابق دستور انجام مي دهيم و بزرگنمايي خطي را از دو رابطه به دست مي آوريم. ملاحظه مي شود هر دو يكي است. يعني

اين امر را بطريق رياضي نيز مطابق شكل مقابل مي توان ثابت كرد.

دو مثلي قائم الزاويه OAB و با هم متشابه اند. از نوشتن نسبت اضلاع و ارتفاعهاي متناظر نتيجه مي شود:

1- در طول روز كه آفتاب به درون اتاق نمي تابد چگونه اشياء درون اتاق ديده مي شود؟

2- براي ديدن اشياء چه شرايطي لا زم است؟

پاسخ 1: هوا خاصيتي داردكه مي تواند نور خورشيد را در همه جهت ها پراكنده كند. مقداري از اين نور پراكنده شده به درون اتاق مي رسد و از روي اشياء داخل آن باز تابيده مي شود. به اين ترتيب اين اشياء قابل مشاهده مي گردند.

پاسخ 2: بايد در محلي كه جسم قرار دارد نوري براي بازتابش وجود داشته باشد. ديگر آنكه جسم بتواند مقداري از نور تابيده شده بر روي خود را بازتابش نمايد. تا از طريق رسيدن اين نور بازتابيده شده به چشم قابل رؤيت شود.

قانون هاي بازتابش نور چگونه اند؟

ج:1- زاويه تابش (i ) و زاويه بازتابش( r ) با هم برابرند.

2- پرتو تابشي و پرتو بازتابشي و خط عمود در نقطه تابش هر سه در يك صفحه قرار دارند.

Eتذكر: هرگاه پرتو نوري به طور عمود بر سطح صافي بتابد، بر روي خودش بازتابيده مي شود، زيرا در اين حالت زاويه تابش برابر صفر است، پس زاويه بازتابش نيز صفر خواهد بود.

در شكل هاي زير با مشخص كردن اندازه زاويه تابش و زاويه بازتابش، پرتو بازتاب مربوط به هر يك از سطح هاي صيقلي را رسم كنيد.

پاسخ: در شكل (الف ) زاويه تابش 60 درجه و بازتاب نيز 60 درجه، در شكل (ب) زاويه تابش و بازتابش هر دو صفر و در شكل(پ) زاويه تابش 20 درجه و زاويه بازتاب نيز 20 درجه است.

1- در شکل (٤ـ٩) زاويه ي تابش هر پرتو را تعيين کنيد.
٢- پرتوهاي تابش نسبت به هم چگونه اند؟ چرا؟
٣- پرتوهاي بازتاب را رسم کنيد و توضيح دهيد اين پرتوها نسبت به هم چگونه اند؟ چرا؟


شکل ٤ـ٩

جواب الف: زاويه بين پرتو تابش و خط عمود بر سطح در نقطه تابش را زاويه تابش ميگوييم، بنابراين زاويه تابش پرتوهاي بالا 50 درجه است.

جواب ب: پرتو هاي تابش با هم موازي هستند زيرا تابش همگي آنها با هم برابرند.

جواب پ: پرتو هاي باز تاب نيز مثل پرتو هاي تابشي با هم موازي هستند زيرا زاويه هاي بازتاب همگي با هم برابرند.در شكل زير بر روي پرتوهاي تابيده شده كليك كرده و آنرا بكشيد، تا زاويه بازتابش را ملاحظه كنيد.

Eتذكر: براي رسم تصوير در آينه هاي كروي، تنها استفاده از دو پرتو راهنما كه مناسبتر باشند كافي است.