Опустите прямой карандаш наискось в прозрачный стакан с водой и посмотрите на него сбоку сверху: часть, погружённая в воду, словно смещается у поверхности воды. Выньте карандаш — он по-прежнему прямой. Переместите взгляд в другое положение — и картина смещения тоже изменится.
С чего начать объяснение? Можно сначала выбрать в воде одну точку кончика карандаша и задать вопрос: как должен пройти отражённый от неё свет, чтобы попасть в глаз. В разделе оптики курса физики 8 класса такие повседневные наблюдения шаг за шагом превращают в проверяемые схемы хода лучей.
Ищем свет в обратном направлении от положения глаза
Урок 4 сначала рассказывает об источниках света, тени и отражении, а затем знакомит с изображением в плоском зеркале. Когда вы смотрите на себя в зеркало, в глаз попадает свет, отражённый от поверхности зеркала. Продлив направление отражённого луча за зеркало, на схеме можно найти положение изображения. Если обозначить предмет и изображение, видно, что они симметричны относительно плоскости зеркала. Урок 4 «Световые явления, их отражение и преломление»
Решая такие задачи, можно сначала отметить положение глаза на схеме, а затем построить, какой луч может пройти через зеркало и дойти до этой точки. Даже если пока не удаётся вычислить углы, схема поможет проверить, не нарисовано ли направление распространения света наоборот.
На поверхности воды направление света меняется
Свет, отражённый от подводного кончика карандаша, падает наискось из воды в воздух и преломляется. Принимая преломлённый свет, глаз мысленно прослеживает его в обратном направлении, и видимое положение кончика оказывается смещённым относительно его действительного положения под водой. В уроке 4 с помощью похожей схемы хода лучей объясняется, почему при взгляде сверху дно чистого пруда кажется мельче.
Чтобы увидеть явление яснее, поставьте стакан и карандаш устойчиво, сохраняйте уровень воды и понаблюдайте с двух разных углов, зарисовывая видимое положение кончика карандаша. Затем сделайте упрощённый эскиз, оставив на нём только кончик карандаша, поверхность воды и глаз. Дойдя до поверхности воды, сначала постройте нормаль, перпендикулярную границе раздела, а затем проверьте, больше ли угол преломления угла падения, когда луч уходит из воды в воздух под наклоном.
Переносим преломление на стекло с изогнутой поверхностью
Урок 5 переносит эту идею на линзы. У выпуклой линзы середина толще краёв, и лучи, параллельные главной оптической оси, после преломления в ней собираются в одну точку. Материалы урока идут от формы линзы к главной оптической оси, фокусу и фокусному расстоянию, а затем к оптическим приборам, в которых несколько линз изменяют возможности наблюдения. После того как вы построили один излом луча на поверхности воды, можно проследить путь света до линзы и после неё и, двигаясь по каждому отрезку, понять, откуда берётся фокус. Урок 5 «Действие линз и исследование космоса»
После наблюдения дополните картину схемой, которая объясняет явление
Этот курс на упрощённом китайском языке предназначен для учащихся 8 класса и охватывает также механическое движение, звуковые явления, изменения агрегатных состояний и массу. Изучая физику через бытовой вопрос, можно сначала записать, что вы увидели, затем изменить условие наблюдения и в конце объяснить изменение с помощью схемы или измерения. Первой тренировочной схемой в разделе оптики вполне может стать тот самый карандаш в стакане. Попробуйте показать соседу по парте, где именно сворачивает свет и где глаз видит кончик карандаша. Перейти к курсу PHYS801A-PEP-CN