X
تبلیغات
سکه 24

فصل ۴- نور + پاسخ پرسش ها

چهارشنبه 13 بهمن‌ماه سال 1389 ساعت 01:45 ب.ظ

 

 نور چیست؟

 نور صورتی از انرژی است که توسط اجسام داغ تابش می شود.

 نور چگونه منتشر می شود؟

 در یک محیط یکنواخت مثل هوا، نور در همه جهت ها به صورت خط راست منتشر می شود. دلیل حرکت مستقیم نور تشکیل سایه در پشت اجسام کدی است.

برای دین مطلب به ادامه مطلب مراجعه فرمایید


 

 نور چیست؟

 نور صورتی از انرژی است که توسط اجسام داغ تابش می شود.

 نور چگونه منتشر می شود؟

 در یک محیط یکنواخت مثل هوا، نور در همه جهت ها به صورت خط راست منتشر می شود. دلیل حرکت مستقیم نور تشکیل سایه در پشت اجسام کدی است.

 

 

پاسخ دهید1:

1- چرا از بیرون یک جعبه فلزی یا تخته ای، اشیای درون آن دیده نمی شود، اما درون یک ظرف شیشه ای از بیرون دیده می شود؟

2- چند ماده شفاف و چند ماده غیر شفاف را که می شناسید نام ببرید.

پاسخ 1: جعبه فلزی یا تخته ای اجسام کدر هستند و نمی توانند نور را از خود عبور دهند، اما ظرف شیشه ای جسم شفاف است و می تواند نور را از خود عبور دهد.

پاسخ 2: شیشه، آب، نفت، هوا ماده های شفاف و فلز، چوب، قیر ماده های غیر شفاف یا کدر هستند.

 چشمه نور چیست؟

 محلی که از آنجا نور تابیده می شود، منبع یا چشمه نور می نامند.

 چشمه های نور چند نوعند؟

 دو نوع: چشمه نقطه ای - چشمه گسترده.

 چشمه نقطه ای نور چگونه است؟

 هرگاه منبع تابش نور به صورت روزنه ای کوچک باشد، آنرا چشمه نقطه ای نور می نامند.

 چشمه گسترده نور چگونه است؟

 هرگاه منبع تابش نور بزرگ باشد چشمه گسترده نور نامیده می شود. در واقع هر چشمه گسترده شامل تعداد زیادی چشمه نقطه ای است. مانند خورسید یا یک لامپ روشن.

باریکه نور

 پرتو نور چیست و چگونه نشان داده می شود؟

 یک باریکه خیلی نازک نور را پرتو می نامند. پرتو نور توسط یک خط راست با پیکانی که جهت انتشار نور را نشان می دهد، نمایش داده می شود.

جهت تابش نور    

 

وسیله های آزمایش: چراغ قوه - یک تکه مقوای نسبتاً ضخیم - پرگار - قیچی - تیغ - نوارچسب.
١- از مقوا دایره ای به اندازه ی سطح شیشه چراغ قوه ببرید.
٢- شکافی به عرض یک تا دو میلیمتر مطابق شکل (٤-٢-الف) بر روی مقوا ایجاد کنید.

شکل ٤-٢

٣- مقوا را بر دهانه ی چراغ قوه طوری نصب کنید که آن را به طور کامل بپوشاند و از اطراف دهانه ، نور بیرون نیاید.
٤- در مکانی که خیلی روشن نباشد، چراغ قوه را مطابق شکل (٤-٢-ب) در لبه ی میز ، نگهدارید.
٥- چراغ قوه را روشن کنید، باریکه ی نور را بر سطح میز خواهید دید.

جواب: ازمایش را مطابق دستور کار انجام می دهیم. مشاهده می شود باریکه نور به خط مستقیم حرکت می کند.

 

 

 ١- برای نشان دادن انتشار نور به خط راست آزمایشی را طراحی و اجرا کنید.
٢- گزارشی از کار خود را به کلاس ارائه دهید.

جواب: مطابق شکل مقابل در وسط سه مقوا سوراخ های کوچکی ایجاد می کنیم و یک وجه آنها را طوری تا می کنیم که بتوانند بطور قائم بایستند. سپس شمعی را روشن می کنیم و مقوا هارا طوری در مقابل شمع پشت سر هم ردیف می کنیم که وقتی از طرف دیگر نگاه میکنیم. شمع روشن را ببینیم. در صورتیکه یکی از مقواها را اندکی جابجا کنیم دیگر شمع را نخواهیم دید. این آزمایش نشان می دهد کهنور به خط مستقیم حرکت می کند.

 

 سایه چگونه تشکیل می شود و بر چند نوع است؟

 هرگاه جسم کدری را در مقابل چشمه نوری قرار دهیم در پشت جسم فضای تاریکی پدید می آید که آنرا سایه می نامند. سایه به دو صورت توسط چشمه های نقطه ای و گسترده ایجاد می شود. در چشمه نقطه ای فقط سایه تشکیل می شود اما در چشمه گسترده علاوه بر سایه نیم سایه نیز ظاهر می شود.

شکل ٤-٣- انتشار نور از چشمه ی نقطه ای به خط راست و وجود جسم کدر در مسیر نور، سبب تشکیل سایه در طرف دیگر جسم کدر شده است.



 

 

با توجه به شکل ( 4-3) توضیح دهید:

 1) سایه چگونه تشکیل شده است؟

2) اگر نور به خط راست منتشر نمی شد چه اتفاقی می افتاد؟

پاسخ: 1) با توجه به اینکه نور به خط مستقیم حرکت می کند و نیز از اجسام کدر عبور نمی کند، هرگاه جسم کدری مقابل یک چشمه نور قرار گیرد، نور به قسمت پشت جسم نمی رسد و سایه ایجاد می شود.

2) اگر نور به خط مستقیم حرکت نکند سایه تشکیل نمی شود و یا در صورت تشکیل مشابه جسم نخواهد بود.

 مشخصات سایه در چشمه نور نقطه ای نور کدامند؟

 1- تاریکی در تمام سطح آن یکنواخت است. این سایه را سایه کامل میگویند.

2- مرز مشخصی بین سایه و قسمت روشن پرده وجود دارد. این مرز تأیید می کند که نور به خط راست منتشر می شود.

 

 مشخصات سایه در چشمه گسترده نور کدامند؟

1- قسمت مرکزی سایه، تاریکی یکنواخت دارد، اما از حالت قبل کوچکتر است، این قسمت از سایه، یعنی سایه کامل، نوری از چشمه دریافت نمی کند.

2- اطراف سایه کامل دارای روشنایی کمی است که با دور شدن از سایه کامل به تدریج روشنایی زیاد می شود. قسمت بین سایه کامل و روشنایی کامل را نیمسایه می گویند.

 

وسیله های آزمایش : شمع - کبریت - یک تکه مقوای ضخیم.
١- با یک چشمه ی نور نقطه ای ، سایه ی مقوا را بر روی دیوار یا پرده ای تشکیل دهید.
٢- چشمه ی نور را قدری به مقوا نزدیک و بار دیگر قدری از آن دور کنید.
٣-مقوا را به دیوار نزدیک یا قدری از آن دور کنید.

٤- تغییری را که در اندازه ی سایه مشاهده می کنید بنویسید.
آیا می توانید رابطه ای بین قطر مقوا و قطر سایه پیدا کنید. رابطه ای که به دست آورده اید با کمک معلم خود تصحیح وتکمیل کنید.

جواب 1و2: به طور کلی اگر فاصله جسم و چشمه نور نقطه ای کاهش یابد، قطر سایه آن بزرگتر می شود و برعکس اگر فاصله آنها افزایش یابد.قطر سایه کوچکتر می گردد.

3و4: بطور کلی وقتی که محل چشمه نور نقطه ای ثابت است. اگر جسم را به پرده( یا دیوار) نزدیک کنیم سایه آن کوچکتر و برعکس اگر ازآن دور کنیم سایه بزرگتر می شود.برای بدست آوردن رابطه بین  قطر جسم و قطر سایه از شکل مقابل استفاده می کنیم. قطر جسم را AB و فاصله آن از چشمه نور را P و قطر سایه را و فاصله آن ازچشم را با q نشان میدهیم. دو مثلث OAB و با هم متشابه اند از نوشتن نسبت اضلاع و ارتفاعهای متناظر نتیجه می شود:

 

 

 

 

خورشید گرفتگی (کسوف) زمانی رخ می دهد که ماه بین زمین و خورشید قرار گیرد، در این صورت سایه ی ماه روی زمین می افتد و ناحیه ای از زمین که در سایه ی ماه قرار میگیرد تاریک می شود. این پدیده را با رسم یک شکل ساده نشان دهید.

خورشید گرفتگی

ماه گرفتگی

 

 

 

    با توجه به توضیحی که در مورد خورشیدگرفتگی (کسوف) داده شد، توضیح دهید که ماه گرفتگی (خسوف) در چه صورت رخ می دهد؟ این پدیده را با رسم یک شکل ساده نشان دهید.

پاسخ: هنگامی که زمین بین ماه و خورشیدو هر سه در یک راستا قرار می گیرند، نور خورشیدبه ماه نمی رسد و سایه زمین بر روی ماه می افتد. این پدیده را ماه گرفتگی می گویند.

 

 

 وسیله های آزمایش : شمع ٢ عدد - کبریت .
١- دست خود را مقابل یک شمع روشن نگهدارید به طوری که سایه ی دستتان روی دیوار تشکیل شود.
٢- همین آزمایش را با دو شمع روشن انجام دهید.
٣- با مشاهده و مقایسه ی سایه ی دست در دو حالت نتیجه را بنویسید.

جواب1: وقتی که دست خود را در مقابل یک شمع روشن قرار میدهیم تقریباً سایه کاملی از آن بر روی دیوار تشکیل می شود.

2- اگر دست خود را در مقابل شمع روشن قرار دهیم دو سایه  از آن تشکیل می شود.

3- از مقایسه سایه ها در دو حالت معلوم می شود علاوه برافزایش تعداد سایه ها نیمسایه دست نیز در حالت دوم ظاهر می گردد.

 تعریف بازتابش نور؟

 برگشت نوراز سطح اشیاء را بازتابش نور می گویند.

 اشیاء چگونه دیده می شوند؟

 اشیایی که از خود نور تابش نمی کنند، هنگامی دیده می شوند که نور یک چشمه مانند خورشید یا لامپ از سطح آنها باز تابیده شده و به چشم ما برسد.

Eتذکر 1: شیئی که هیچ نوری را باز نمی تاباند دیده نمی شود. عنی رنگ نوری سیاه خواهد بود.
Eتذکر2: اگر شیئی هر  نوری را که به آن می رسدباز بتاباند به رنگ نوری دیده می شود که به آن تابیده است.

٤-٥- تصویر در آینه های تخت

آینه چیست و چند نوع است؟

ج: آینه سطح صیقلی و بازتابنده ای است که می تواند تقریباً تمام پرتوهای تابشی را بازبتاباند. آینه ها بردو نوع تخت و کروی هستند و می توانند از جنس شیشه یا فلز باشند.

Eتذکر: آینه جسمی شفاف نیست یعنی نور نمی تواند از آن عبور نمید.

 آینه تخت چگونه است؟

ج: سطح صافی است که می تواند نور را بطور منظم بازتابش نماید.

 در آینه تخت تصویر چگونه دیده می شود؟

ج: مطابق شکل مقابل پرتوهای نوری که ازجسم به آینه می رسند بعد از بازتابش به چشم ناظر می رسند و ناظر تصویر جسم را در امتداد پرتو هایی که به چشم او می رسند مشاهده می کند.

 

 

 

 

 

 

 

شخصی تصویر شما را در آینه می بیند. آیا شما هم در همان حال تصویر او را در آن آینه می بینید؟ در باره جواب خود توضیح دهید.

پاسخ: آری شما هم می توانید مطابق شکا مقابل در همان حال تصویر او رادر آینه ببینید زیرا مسیر تابش و بازتابش نور در آینه برگشت پذیر است. یعنی از همان مسیری که نور شخص به آینه می تابد و بعد از بارتاب به چشم شما می رسد، نور شما هم به آینه می تابد و بعد از بازتاب به چشم شخص می رسد.

 

 

 

 

وسیله های آزمایش : شیشه - دو قوطی کبریت - چسب - مقوا - شمع ٢ عدد.
    ١- یک شیشه را مطابق شکل (٤-١١) روی میز نصب کنید. (برای این کار می توانید دو قوطی کبریت خالی را به فاصله ای برابر ضخامت شیشه روی قطعه ای مقوا چسبانده و شیشه را بین آنها قرار دهید و مقوا را روی میز بگذارید).
    ٢- دو شمع مشابه را در طرفین شیشه روی میز نصب کنید و پس از آنکه یکی از شمع ها را روشن کردید، از طرف شمع روشن به شیشه نگاه کنید.
    ٣- شمع خاموش و تصویر شمع روشن را در شیشه خواهید دید.

شکل ٤-١١

    ٤- در همین حال شمع روشن را جابه جا کنید، با این کار، تصویر آن نیز جابه جا خواهد شد. این کار را آنقدر ادامه دهید که تصویر شمع روشن بر شمع خاموش منطبق شود. در این صورت در شیشه فقط یک شمع و آن هم روشن دیده می شود.
   ٥- فاصله ی شمع روشن و شمع خاموش را تا شیشه اندازه بگیرید. آیا فاصله های آنها یکسان است؟
    ٦- اگر شمع روشن را قدری به شیشه نزدیک یا از آن دور کنید، برای اینکه در شیشه فقط یک شمع و آن هم روشن دیده شود، چه باید کرد؟ از این آزمایش چه نتیجه ای می گیرید؟

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

6- اگر شمع روشن را قدری به شیشه نزدیک یا از آن دور کنیم، باید شمع خاموش را نیز به همان اندازه جابه جا کنیم تا بر تصویر شمع روشن منطبق شود.

از این آزمایش نتیجه می شود در آینه تخت فاصله جسم تا آینه برابر فاصله تصویر آن تا آینه است.

 

ویژگیهای تصویر در آینه تخت کدامند؟

ج: تصویر در آینه های تخت دارای ویژگیهای زیر است:

1- مجازی است.

2- مستقیم است ولی دارای وارونی جانبی می باشد.

3- اندازه آن با اندازه جسم برابر است.

4- در پشت آینه و در فاصله ای مساوی با فاصله جسم تا آینه قرار دارد.

س: تصویر حقیقی چگونه است؟

ج: تعریف: تصویری را که از تلاقی پرتوهای بازتابشی و در جلو آینه تشکیل می شود و میتوان آن را بر روی پرده مشاهده کرد، تصویر حقیقی می نامند.

س: تصویر مجازی چگونه است؟

ج: تعریف:  تصویری را که از امتداد پرتوهای بازتابشی و در پشت آینه تشکیل می شود و نمی توان آن را بر روی پرده مشاهده کرد، تصویر مجازی می نامند.


 آینه کاو( مقعر) چگونه است؟

ج: آینه خمیده ای است که سطح داخلی آن نور را باز می تاباند.

 

 

 

 

 

 آینه کوژ( محدب) چگونه است؟

ج: آینه خمیده ای است که سطح خارجی آن نور را باز می تاباند.

 

 

 

 

 

وسیله های آزمایش : آینه ی مقعر ، یک ورق کوچک کاغذ
    ١- یک آینه ی مقعر را مقابل خورشید بگیرید.
    ٢- یک صفحه ی کاغذ را در جلوی آینه به آرامی جابه جا کنید تا دایره ی کوچک روشنی روی صفحه مشاهده کنید.
    توجه داشته باشید که صفحه ی کاغذ را طوری بگیرید که مانع رسیدن نور خورشید به سطح آینه نشود. در وضعی که لکه ی نورانی بیشترین درخشندگی و کوچکترین اندازه را دارد، صفحه را ثابت نگه دارید. محل تشکیل لکه ی روشن درخشان را کانون اصلی آینه می نامیم.

 

٤-٨- رسم پرتوهای بازتاب در آینه ی مقعر

 آینه مقعر پرتوهای نور را چگونه باز می تاباند؟

ج: پرتوهای تابیده شده به آینه مقعر پس از بازتابش به هم نزدیک شده و در یک نقطه جمع می شوند. به این علت آینه های مقعر را همگرا نیز می نامند.

    وسیله های آزمایش : آینه ی مقعر با پایه ، شمع ، کبریت ، یک ورق کوچک کاغذ.
    این آزمایش باید در یک اتاق نسبتاً تاریک انجام شود.
    ١- به ترتیبی که در آزمایش ٦ شرح داده شد محل کانون آینه ی مقعر را تعیین و فاصله ی آن را تا آینه اندازه بگیرید.
   ٢- آینه را روی پایه ثابت کنید و شمع را روشن کنید و آن را مطابق شکل (٤-١٨) در فاصله ای بین مرکز و کانون آینه ، در مقابل آینه قرار دهید. ورق کاغذ را مقابل آینه جابه جا کنید تا تصویر واضح شمع روی ورقه ی کاغذ مشاهده شود. دقت کنید که ورقه ی کاغذ مانع رسیدن نور شمع به آینه نشود.

 

شکل ٤-١٨

        ٣- شمع روشنی را به کانون آینه نزدیک یا از آن دور کنید طوری که فاصله ی آن تا آینه از فاصله ی مرکز تا آینه بیشتر شود و در هر یک از این فاصله ها تصویر را بر روی ورق کاغذ مشاهده کنید و نتیجه را در گزارشی که تهیه می کنید بنویسید.

جواب: مطابق دستور آزمایش را انجام می دهیم و محل کانون آینه را تعیین می کنیم. با اندازه گیری فاصله صفحه کاغذ تا رأس آینه نیز فاصله کانونی آن به دست می آید.

جواب: آزمایش را مطابق دستور انجام می دهیم  و بزرگنمایی  خطی را از دو رابطه به دست می آوریم. ملاحظه می شود هر دو یکی است. یعنی

این امر را بطریق ریاضی نیز مطابق شکل مقابل می توان ثابت کرد.

دو مثلی قائم الزاویه OAB و با هم متشابه اند. از نوشتن نسبت اضلاع و ارتفاعهای متناظر نتیجه می شود:

                           

 

 

 

1-  در طول روز که آفتاب به درون اتاق نمی تابد چگونه اشیاء درون اتاق دیده می شود؟

2- برای دیدن اشیاء چه شرایطی لا زم است؟

پاسخ 1: هوا خاصیتی داردکه می تواند نور خورشید را در همه جهت ها پراکنده کند. مقداری از این نور پراکنده شده به درون اتاق می رسد و از روی اشیاء داخل آن باز تابیده می شود. به این ترتیب این اشیاء قابل مشاهده می گردند.

پاسخ 2: باید در محلی که جسم قرار دارد نوری برای بازتابش وجود داشته باشد. دیگر آنکه جسم بتواند مقداری از نور تابیده شده بر روی خود را بازتابش نماید. تا از طریق رسیدن این نور بازتابیده شده به چشم قابل رؤیت شود.

 

 بازتاب آینه ای چگونه است؟

ج: بازتاب نور از روی اجسام صیقلی مثل آینه یا یک سطح صاف و براق فلزی را بازتاب آینه ای می نامند.

 

 

وسیله های آزمایش: مقوای ضخیم - نقاله - آینه ی کوچک - چراغ قوه.
    ١- روی یک ورقه ی مقوایی نسبتاً ضخیم و کاملاً صاف و تخت مطابق شکل (٤-٧-الف) نقاله ای رسم کنید، پس از آن آینه ای را روی یک میز قرار دهید. مقوا را مطابق شکل (٤-٧-ب) عمود بر سطح آینه و بر لبه ی آینه نصب کنید.
    ٢- با یک چراغ قوه یا چراغ لیزر کوچک ، باریکه ی نور را به روشی که پیش تر شرح داده شد با زاویه ی تابش معلومی به آینه بتابانید به طوری که پرتو بازتابش بر سطح مقوا دیده شود. در این وضعیت، اندازه ی زاویه ی بازتاب را که روی نقاله مشخص است ، با زاویه ی تابش مقایسه کنید.

الف

ب

شکل ٤-٧

    ٣- آیا این دو زاویه با هم برابرند؟
    ٤- آزمایش را برای زاویه هایی که در شکل الف مشخص شده انجام دهید.

جواب: در این آزمایش نور را با هر زاویه ای که به آینه بتابانیم مشاهده می کنیم با همان زاویه بازتابش می نماید که بیانگر قانون دوم بازتابش نور است.در شکل زیر بر روی پرتو تابیده شده کلیک کرده و آنرا بکشید، تا زاویه بازتابش را ملاحظه کنید.

 

 قانون های بازتابش نور چگونه اند؟

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

2- پرتو تابشی و پرتو بازتابشی و خط عمود در نقطه تابش هر سه در یک صفحه قرار دارند.

 

 

 

Eتذکر: هرگاه پرتو نوری به طور عمود بر سطح صافی بتابد، بر روی خودش بازتابیده می شود، زیرا در این حالت زاویه تابش برابر صفر است، پس زاویه بازتابش نیز صفر خواهد بود.

 

 

 

 

 

در شکل های زیر با مشخص کردن اندازه زاویه تابش و زاویه بازتابش، پرتو بازتاب مربوط به هر یک از سطح های صیقلی را رسم کنید.

پاسخ: در شکل (الف ) زاویه تابش 60 درجه و بازتاب نیز 60 درجه، در شکل (ب) زاویه تابش و بازتابش هر دو صفر و در شکل(پ) زاویه تابش 20 درجه و زاویه بازتاب نیز 20 درجه است.

 

 

 

 

1- در شکل (٤ـ٩) زاویه ی تابش هر پرتو را تعیین کنید.
٢- پرتوهای تابش نسبت به هم چگونه اند؟ چرا؟
٣- پرتوهای بازتاب را رسم کنید و توضیح دهید این پرتوها نسبت به هم چگونه اند؟ چرا؟
 

شکل ٤ـ٩

 

جواب الف: زاویه بین پرتو تابش و خط عمود بر سطح در نقطه تابش را زاویه تابش میگوییم، بنابراین زاویه تابش پرتوهای بالا 50 درجه است.

 

جواب ب: پرتو های تابش با هم موازی هستند زیرا تابش همگی آنها با هم برابرند.

جواب پ: پرتو های باز تاب نیز مثل پرتو های تابشی با هم موازی هستند زیرا زاویه های بازتاب همگی با هم برابرند.در شکل زیر بر روی پرتوهای تابیده شده کلیک کرده و آنرا بکشید، تا زاویه بازتابش را ملاحظه کنید.

 

Eتذکر: برای رسم تصویر در آینه های کروی، تنها استفاده از دو پرتو راهنما که مناسبتر باشند کافی است.

    وسیله های آزمایش : آینه ی مقعر با پایه ، شمع ، کبریت ، یک ورق کوچک کاغذ.
    این آزمایش باید در یک اتاق نسبتاً تاریک انجام شود.
    ١- به ترتیبی که در آزمایش ٦ شرح داده شد محل کانون آینه ی مقعر را تعیین و فاصله ی آن را تا آینه اندازه بگیرید.
   ٢- آینه را روی پایه ثابت کنید و شمع را روشن کنید و آن را مطابق شکل (٤-١٨) در فاصله ای بین مرکز و کانون آینه ، در مقابل آینه قرار دهید. ورق کاغذ را مقابل آینه جابه جا کنید تا تصویر واضح شمع روی ورقه ی کاغذ مشاهده شود. دقت کنید که ورقه ی کاغذ مانع رسیدن نور شمع به آینه نشود.
 
شکل ٤-١٨

        ٣- شمع روشنی را به کانون آینه نزدیک یا از آن دور کنید طوری که فاصله ی آن تا آینه از فاصله ی مرکز تا آینه بیشتر شود و در هر یک از این فاصله ها تصویر را بر روی ورق کاغذ مشاهده کنید و نتیجه را در گزارشی که تهیه می کنید بنویسید.

1- تصویر شمع مطابق شکل مقابل خواهد بود.

ب- شیء بین مرکز و  کانون، تصویر دورتر از مرکز، حقیقی، بزرگتر از شیء و وارونه

2- تصویر شمع مطابق شکل مقابل خواهد بود.

 

الف- شیء در فاصله ای دورتر از مرکز آینه ،تصویر حقیقی کوچکتر از جسم و وارونه بین مرکز و کانون

 

٤-٩- چگونگی تشکیل تصویر درآینه های مقعر (کاو)

 تصویر در آینه مقعر چند حالت دارد؟

ج: بسته به فاصله جسم تا آینه 6 نوع تصویر در آینه مقعر می تواند ایجاد شود. این تصویرها به صورت زیر هستند:

1-  شیء‌ بین F و P ( در فاصله کانونی)

تصویر: 1)  پشت آینه            2) مجازی

          3) مستقیم            4) بزرگتر از شیء

 

2- شیء در کانون                   

تصویر: در بی نهایت

 

 

3-شیء بین F (کانون) و C (مرکز آینه)

تصویر:

1) خارج از فاصله CP(بین مرکز و بی نهایت)                2) حقیقی  

 3) وارونه                                                            4) بزرگتر از شیء

 

4-شیء در مرکز C

تصویر:

 1) در مرکز                2) حقیقی           

 3) وارونه             4) برابر خود شیء

5-شیء خارج از فاصله CP

تصویر:

 1) بین مرکز و کانون   2) حقیقی           

3) وارونه            4)کوچکتر از شیء

 

6-شیء در بی نهایت( خیلی دور)

تصویر:

1) در کانون     2) حقیقی           

 3) وارون        4) کوچکتر از شیء

 

Eتذکر: از دقت در شکل های بالا نتیجه می شود

1- در آینه مقعر هر چقدر فاصله جسم از آینه بیشتر شود، تصوبر آن به آینه نزدیکتر خواهد شد.

2- کوچکترین فاصله تصویر حقیقی در آینه مقعر، برابر فاصله کانونی آینه است.

3- هنگامی که جسم از C تا بی نهایت تغییر فاصله می دهد، محل تصویر آن از C به طرف F جابه جا می شود.

4- آینه مقعر فقط در یک حالت تصویر نجازی و مستقیم ایجاد می کند، و آن هنگامی است که جسم در داخل فاصله کانونی آینه یعنی بین F و P باشد( تصویر الف)، در بقیه حالتها تمام تصویرها حقیقی و وارونه هستند.

 تصویر در آینه محدب چند حالت دارد؟

ج: فقط یک حالت دارد، آینه محدب از جسمی که در مقابل آن قرار دارد، همیشه تصویری مجازی و مستقیم و کوچکتر از جسم، در پشت آینه و در داخل فاصله کانون مجازی تشکیل می دهد.

Eتذکر: 1-با دور شدن جسم از آینه محدب اندازه تصویر نیز کوچکتر می شود و برعکس، اما تصویر همیشه از جسم کوچکتر است.

2- در آینه محدب فاصله تصویر تا آینه همیشه کوچکتر از  است.

3- در آینه محدب فاصله تصویر تا آینه( q ) همیشه کوچکتر از فاصله جسم تا آینه( p) است.

 مزیت آینه محدب چیست؟

ج: به دلیل کوچکتر بودن تصویر در آینه محدب میدان دید آن( یعنی فضایی که یم نفر در آینه، پشت سر خود را می بیند) بزرگتر از سایر آینه هاست، لذا از آینه محدب در وسایل نقلیه، در پیچ تند جاده ها، فروشگاههای بزرگ و در بالای پلکان اتوبوسهای دو طبقه استفاده می شود.

 در آینه های کروی فاصله تصویر تا آینه چگونه محاسبه می شود؟

ج:  در آینه های کروی بین فاصله کانونی آینه( f ) و فاصله جسم از آینه( p) و فاصله تصویر از آینه ( q) رابطه زیر وجود دارد:

در رابطه بالا فاصله ها باید بر حسب متر یا سانتیمتر قرار داده شوند.

Eتذکر مهم:  برای آنکه بتوان این فرمول را در تمام حالتها در مورد آینه های مقعر و محدب بکار برد از قراردادهای زیر استفاده می کنیم:

1- رأس آینه مبدأ سنجش تمام فاصله هاست.

2- اگر تصویر و کانون حقیقی باشد، فاصله آن از آینه منفی در نظر گرفته می شود. به این ترتیب در فرمول فوق فاصله کانونی آینه مقعر را با علامت مثبت و فاصله کانونی آینه محدب و فاصله تصویر آنرا با علامت منفی قرارمی دهیم.

3-از فرمول آینه ها می توان هر یک از کمیت های p و  qو  f را بر حسب کمیت های دیگر بدست آورد. در این صورت رابطه هایی به دست می آیند که حل بیشتر مسائل آینه های کروی را آسانتر می کنند.بطوریکه:

توجه کنید هرگاه کانون یا تصویر مجازی باشد، علامت f یا  q را باید در رابطه های فوق منفی قرار دهیم.

( برای تمرین ریاضی، رابطه های بالا را به دست آورید).

جسمی در فاصله 25 سانتیمتری یک آینه مقعر قرار دارد. اگر فاصله کانونی آینه 20 سانتیمتر باشد:

الف- فاصله تصویر تا آینه و نوع تصویر را تعیین کنید:

ب- چگونگی تشکیل تصویر را رسم کنید.

         

چون q مثبت است، پس تصویر حقیقی می باشد و در فاصله ای دورتر از مرکز انحنای آینه قرار دارد.

ب)

 

 

 

جسمی در فاصله 10 سانتیمتری از یک آینه مقعر قرار داده شده است، اگر شعاع آینه 30 سانتیمتر باشد:

الف- فاصله تصویر تا آینه و نوع تصویر را تعیین کنید.

ب- چگونگی تشکیل تصویر را با رسم شکل نشان دهید.

(الف                                                                                 

چون q منفی است پس تصویر مجازی می باشد.

ب)

جسمی را در فاصله 15 سانتیمتری از یک آینه مقعر قرار می دهیم.آینه از جسم تصویری مجازی در فاصله 60 سانتیمتری پشت خود تشکیل می دهد شعاع آینه را حساب کنید.

 

چون تصویر مجازی است علامت مقدار q یعنی 60cm را منفی در نظر می گیریم . نتیجه می شود:

      

 

 

 جسمی در فاصله 30 سانتیمتری از یک آینه محدب به شعاع 20 سانتیمتر قرار دارد تصویر آن در چه فاصله ای از آینه ایجاد می شود؟

 

               

چون آینه محدب است پس در فرمول بالا مقدار فاصله کانونی یعنی f را با علامت منفی قرار می دهیم نتیجه می شود:

 

 

 

 یک آینه واگرا( محدب) به شعاع 50 سانتیمتر از جسمی که در مقابل آن قرار دارد، تصویری در پشت خود تشکیل داده است. اگر فاصله تصویر تا آینه 10 سانتیمتر باشد، فاصله جسم از آینه را تعیین کنید.

           

چون آینه محدب و تصویر مجازی است، پس مقادیر f و q را                                       

با علامت منفی در نظر می گیریم. نتیجه می شود:

 تعریف بزرگنمایی خطی

ج: نسبت طول تصویر() به طول جسم( AB ) را بزرگنمایی خطی آینه می نامند و با حرف m نشان می دهند.

Eتذکر: بزرگنمایی خطی در آینه های کروی با نسبت فاصله تصویر تا آینه( q) به فاصله جسم تا آینه( p) نیز برابر است یعنی:

m=q/P

Eتذکر: در صورتی که تصویر مجازی باشد، بکار بردن علامت منفی برای qدر فرمول بزرگنمایی ضروری نیست.

جسمی به طول 5 سانتیمتر را در فاصله 20 سانتیمتر از یک آینه مقعر قرار می دهیم، تصویر حقیقی آن در فاصله 60 سانتیمتری از آینه تشکیل می شود. بزرگی تصویر را حساب کنید.

 

جواب:                                                                                                 

        

 

 

 جسمی را در مقابل یک آینه محدب و به فاصله 30 سانتیمتر از آن قرار می دهیم. اگر شعاع آینه 30 سانتیمتر باشد، بزرگنمایی آینه را تعیین کنید.

       

یعنی طول تصویر   طول جسم است.

 

 

 جسمی به طول 2 سانتی متر را در چه فاصله ای از یک آینه مقعر به فاصله کانونی 6 سانتی متر قرار دهیم تا طول تصویر حقیقی آن 8 سانتی متر شود. 

              


 تعریف کانون حقیقی

در آینه مقعر نقطه ای را که پرتوهای بازتابشی به هم می رسند، کانون حقیقی می نامند. این نقطه به صورت یک لکه روشن مشاهده می شود.

 

 

 

 

 تعریف کانون مجازی

 در آینه محدب نقطه ای را که امتداد پرتوهای بازتابشی به هم می رشند، کانون مجازی می نامند و قابل مشاهده نیست.

 
شکل ٤-٢٣- کانون در آینه ی محدب

 مشخصات آینه کروی کدامند؟

ج: عبارتند از:

1- مرکز انحنای آینه( C) ،مرکز کره ای است که آینه قسمتی از آن می باشد.

 

2- رأس آینه ( P )، مرکز سطح بازتابنده آینه است.

3- محور اصلی آینه، خطی است که از رأس و مرکز انحنای آینه  می گذرد.

4- شعاع انحنای آینه( r )، شعاع کره ای است که آینه قسمتی از آن می باشد، این اندازه در شکل زیر(الف) برابر PC است.

5- کانون اصلی آینه مقعر(F )، نقطه ای است که همه پرتوهای موازی محور اصلی و نزدیک به این محور، پس از بازتابش از این نقطه می گذرند، کانون آینه مقعر حقیقی است.

6- کانون اصلی آینه محدب( F)، نقطه ای است که همه پرتوهای موازی محور اصلی و نزدیک به این محور پس از بازتابش به نظر می رسند که از این نقطه می آیند، کانون آینه محدب مجازی است.

7- فاصله کانونی آینه( f )، فاصله بین رأس و کانون اصلی آینه است(f=PF )

 

Eتذکر1: فاصله کانونی آینه تقریباً نصف شعاع انحنای آن است، یعنی:

Eتذکر 2: قانون های بازتابش نور در آینه های کروی نیز صدق می کنند، بطوریکه در شکل های زیر مشاهده می کنید، زاویه های تابش و بازتابش در هر دو آینه با هم برابرند.

                                 
 

 

 مشخصات تصویر در آینه های کروی کدامند؟

ج: در آینه های کروی برخلاف آینه تخت تصویر همیشه دارای ویژگیهای یکسانی نیست، بلکه بسته به فاصله جسم تا آینه تصویری با ویژگیهای متفاوت ایجاد می شود. در حالت کلی برای مشخص کردن ویژگیهای تصویر در آینه های کروی( و نیز عدسی ها) باید موارد زیر را در مورد آن تعیین نماییم:

1- حقیقی یا مجازی بودن تصویر.

2- وارونه یا مستقیم بودن تصویر.

3- بزرگتر یا کوچکتر بودن تصویر از جسم.

4- محل تصویر.

 در آینه های کروی تصویر چگونه رسم می شود؟

ج: به وسیله پرتوهای راهنما، این پرتوها از بین بی نهایت پرتوی که از جسم به آینه می تابند انتخاب می شوند. تصویر جسم در محل تقاطع پرتوهای بازتابشی در جلو آینه و یا در محل تقاطع امتداد آنها در پشت آینه تشکیل می شود.

 پرتوهای راهنما کدامند؟

ج: 1-  پرتوی که موازی محور اصلی به آینه می تابد و هنگام بازتابش خود یا امتداد آن از کانون اصلی آینه می گذرد:

         

2- پرتوی که هنگام تابش خود یا امتداد آن از کانون اصلی آینه می گذرد و موازی با محور اصلی باز تابش می نماید:

 

            

3- پرتوی که هنگام تابش خود یا امتداد آن از مرکز انحنای آینه می گذرد و چون بر سطح آینه عمود است بر روی خود باز تابیده می شود:

                 

 

4- پرتوی که به رأس آینه می تابد و با همان زاویه تابیده شده، باز تابیده می شود:

        

 

 

خلاصه فصل

1- نور صورتی از انرژی است که توسط اجسام داغ تابش می شود.چشمه های نور از نظر بزرگی به دو نوع نقطه ای و گسترده تقسیم می شوند.

به منبع نور نقطه‏ ای زیر توجه کنید نور به چه صورت از این منبع منتشر می‏شود. از این منبع چه تعداد پرتو تابش می‏شود؟

به لامپ زیر توجه کنید لامپ منبع نور گسترده است. بر روی کلید ‏‎‎‏ چندین بار تقه بزنید. چه رابطه‏ای بین نور لامپ (منبع نور گسترده) و ‏منبع نور نقطه‏ای وجود دارد؟

هر نقطه از یک چشمه گسترده را می توان یک چشمه نقطه ای به شمار آورد

2- پرتوهای نور در یک محیط یکنواخت به صورت خط راست منتشر می شوند و این امر باعث تشکیل سایه در پشت اجسام کدر می گردد.

در مدل سازی زیر، شما جسم کدری را مشاهده می‏کنید که بین منبع نور نقطه‏ای و پرده قرار گرفته است. جسم کدر چه اثری بر روی ‏پرتوهای نور دارد؟ ‏
ناحیه‏ای از پرده که نور به آن نمی‏رسد چه نام دارد؟
با موشواره جسم کدر را جابجا کنید و اثر آن را بر پرتو نور و پرده به دقت بررسی کنید.

3- پرتو نور را با یک خط فلش دار که جهت تابش نور را نشان می دهد، نمایش می دهند.

4- مشخصات سایه در چشمه نقطه ای نور عبارتند از:

الف) تاریکی در تمام سطح آن یکنواخت است، این سایه را سایه کامل می نامند.

ب) مرز مشخصی بین سایه و قسمت روشن وجود دارد، این مرز تأیید می کند که نور به خط راست منتشر می شود.

ج) سایه از جسم بزرگتر است.

 

 

 

5- مشخصات سایه در چشمه گسترده نور عبارتند از:

الف) قسمت مرکزی سایه تاریکی یکنواخت دارد، اما از حالت قبل کوچکتر است، این قسمت از سایه، یعنی سایه کامل نوری از چشمه دریافت نمی کند.

ب) اطراف سایه کامل دارای روشنایی کمی است که با دور شدن از سایه کامل به تدریج روشنایی زیاد می شود. قسمت بین سایه کامل و روشنایی کامل را نیمسایه می گویند.

 

 

 

6- خورشید گرفتگی هنگامی اتفاق می افتد که سایه ماه بر روی زمین بیافتد. برای کسانی که در سایه کامل ماه هستند خورشید گرفتگی کامل برای آنها که در نیمسایه ماه قرار دارند،خورشیدگرفتگی جزئی خواهد بود.

 

7- ماه گرفتگی هنگامی اتفاق می افتد که سایه زمین بر روی ماه بیافتد. در این حالت ماه در سایه کامل زمین قرار می گیرد و تاریک می شود.

 

8- برگشت نور از سطح اشیاء بازتابش نامیده می شود و در اثر آن اجسام قابل رؤیت می شوند.

9- بازتابش نور از سطح اجسام صاف و صیقلی مثل آینه را بازتابش آینه ای می گویند.

 

پاسخ تمرین های فصل چهارم

1- رسم کنید:

در شکل های زیر مسیر پرتو را در دو آینه M و N کامل کنید.

 

جواب:

 

2- آینه تختی را مطابق شکل مقابل روی میز به طور قائم نصب کنید( یا از دوست خود بخواهید آن را به طور قائم روی میز نگه دارد). پس از آن یک مداد یا خودکاررا طوری روی میز آینه قرار دهید که:

الف- تصویر آن با مداد در یک راستا باشند.

ب) تصویر آن با مداد بر هم عمود باشند.

زاویه بین راستای مداد و سطح آینه را در هر

مورد اندازه بگیرید و نتیجه را به کلاس گزارش کنید.

جواب الف- در این حالت  زاویه بین راستای مداد

و سطح آینه 90 درجه است.

جواب ب- در این حالت زاویه بین راستای مداد و

 سطح آینه 45 درجه است.

 

 

3- در شکل های زیر مسیر نور را پس از تابش به آینه،با رسم، کامل کنید.

 

جواب:

 

4- در هر یک از شکل های زیر پرتو های بازتاب را برای هر یک از پرتوهای تابش رسم کنید.

 

جواب:

 

5- شخصی در مقابل آینه تخت قائمی ایستاده است:

الف- اگر شخص 50cm به آینه نزدیک شود چند سانتی متر به تصویرش نزدیک می شود؟

ب- اگر سخص در جای خود ساکن بماند و فاصله آینه از او 10cm زیاد شود، تصویر او نسبت به تصویر اولیه چقدر جا به جا می شود؟

جواب الف: هنگامی که شخص 50cm به آینه نزدیک می شود، تصویر او نیز به همین اندازه به آینه نزدیک می شود زیرا فاصله جسم و تصویر آن تا آینه تخت همیشه با هم برابرند. پس در این حالت شخص به تصویر خود به اندازه  50+50=100cm  نزدیک خواهد شد.

 

جواب ب: در این حالت تصویر ثانویه به اندازه دو برابر جابه جایی آینه یعنی 20cm از تصویر اولیه دور خواهد شد. مثلاً اگر فاصله اولیه شخص از آینه 50cm باشد، بعد از جابه جایی آینه، فاصله شخص و نیز تصویرش از آینه 60cm و فاصله تصویر دوم از تصویر اول 20 cm خواهد بود:

 


6-الف- جسمی در فاصله 12 سانتی متری آینه مقعری به شعاع 16 سانتیمتر قرارداده شده است. فاصله تصویر تا آینه و نوع تصویر را مشخص کنید.

ب- شکل را با فاصله داده شده برای جسم و فاصله کانونی رسم کنید و فاصله تصویر تا آینه را با خط کش اندازه بگیرید و آن را با عدد به دست آمده از راه محاسبه مقایسه کنید.

جواب الف:

    

چون q مثبت است پس تصویر حقیقی می باشد.

جواب ب: چون فاصله ها بزرگ هستند برای جایگزینی شکل در این صفحه فاصله ها را با مقیاس کوچکتر رسم میکنیم:

 

7-الف- جسمی در مقابل یک آینه محدب که فاصله کانونی آن 10 سانتی متر است قرار دارد. اگر فاصله جسم تا آینه 20 سانتی متر باشد فاصله تصویر تا آینه را حساب کنید:

ب- اگر طول جسم 4 سانتی متر باشد طول تصویر چقدر است؟

پ- شکل را با توجه به فاصله های داده شده رسم کنید و پس از آن با اندازه گیری فاصله تصویر تا آینه و اندازه گیر طول تصویر(‌با خط کش) آنها را با عددهای بدست آمده در بند (الف) و (ب) مقایسه کنید و نتیجه را بنویسید.

(الف             

     

ب)

                                       

 

پ- فاصله ها را درمقیاس کوچکتررسم می کنیم نتیجه می شود:

8- تحقیق کنید:

الف- چرا در پیچ جاده ها آینه نصب می کنند؟

ب- این آینه از چه نوعی است؟

پ- معمولاً دندانپزشک ها برای دیدن دندانها از آینه کوچک دسته داری استفاده می کنند این آینه از چه نوعی است؟

جواب الف: نصب آینه در سر پیچ های تند به این خاطر است که در هنگام شب خودروهایی که در دو طرف پیچ به طرف هم در حرکت هستند با مشاهده نور چراغ های یکدیگر که از آینه بازتابیده شده است به وجود هم آگاه شده و احتیاط لازمرا به عمل آورند.

جواب ب: آینه سر پیچ جاده ها از نوع محدب است زیرا این آینه ها دید وسیعی دارند.

جواب پ: آینه مورد استفاده دندانپزشک ها از نوع مقعر است زیرا این آینه می  تواند از دندان تصویر بزرگتری را ایجاد کردهومشاهده عیوب آنرا آسانتر نماید.در این عمل دندان در داخل فاصله کانونی آینه قرار می گیرد و تصویری مجازی و بزرگتر از آن ایجاد می شود.

9- در یک آینه مقعر  فاصله جسم تا آینه 10cm و فاصله تصویر تا آینه 15cm است. فاصله کانونی و شعاع این آینه چقدر است؟

جواب:

         

10) با توجه به شکل 4-35

الف: اندازه تصویر و جسم را مشخص نمایید.

جواب:

 : 2*2.5=5 Cm      اندازه جسم

اندازه تصویر  :   2.5 Cm  

ب:نوع آینه را تعیین کنید.

جواب : مقعر

پ: فاصله کانونی آینه را با توجه به فاصله های جسم و تصویر از آینه بدست آورید . و یا اندازه آنرا بر روی شکل محاسبه نمایید .

جواب :

 

11) توپ کدر A و B را مطابق شکل 4-36 جلوی یک لامپ مهتابی روشن (S1S2 ) قرار داده بودیم . با رسم پرتو هایی که از لامپ به دیوار می رسند ، نقاط کاملا تاریک را مشخص نمایید .

جواب:

 

12 ) آزمایشی طراحی کنید که بکمک آن بتوانید ، کانون آینه مقعر را مشخص کنید .

جواب : آزمایش 6 کتاب درسی

13 ) تصویر ساعت در یک آینه تخت مطابق شکل 4-37 است . اگر بطور مستقیم به ساعت نگاه کنیم ، ساعت 10.25 را نشان می دهد.

del.icio.us  digg  newsvine  furl  Y!  smarking  segnalo