بخش اول شكست نور:س: شكست نور چگونه است؟
ج: تعريف: هنگامي كه پرتو نوري به طور مايل از يك محيط شفاف (مثل هوا)وارد محيط شفاف ديگري (مثل آب ) مي شود، در سطح جدا كننده دو محيط مسير آن تغيير مي كند، اين پديده را شكست نور مي گويند. در شكل بالاپرتو AC پرتو تابش و پرتو CB پرتو شكست ناميده مي شود و نيز محيطي را كه نور در آن حركت مي كند محيط اول و محيطي را كه در آن شكست مي يابد محيط دوم مي گويند.موارد ساده اي از اين پديده را در شكل زير مشاهده مي كنيد . وسيله هاي آزمايش : ورقه ي مقواي گلاسه يا تلق - چند عدد سنجاق - پرگار - خط کش - ظرف آب - نقاله . الف - بر روي يک ورقه مقواي نسبتاً ضخيم دايره اي با دو قطر عمود بر هم مطابق شکل (٥-١- الف) رسم کنيد. سپس سنجاقي در مرکز دايره و عمود بر مقوا و سنجاق ديگري به همان ترتيب روي محيط دايره درنقطه ي A بر آن فرو کنيد.شکل ٥-١ ب -مطابق شکل (٥-١-ب) مقوا را تانيمه در آب فرو ببريد. به طوري که قطر M M'بر سطح آب مماس شود در اين حالت سنجاق ديگري را عمود بر سطح مقوا بين M ظˆ N جابه جا کنيد تا هر سه سنجاق را در يک راستا ببينيد. در اين حالت سنجاق سوم را بر مقوا فرو کنيد.پ - مقوا را از آب خارج کنيد و نقطه هاي A و B و C را به هم وصل کنيد. چرا سنجاقهاي A و B و C روي يک خط راست نيستند؟ در حالي که وقتي سنجاق A در درون آب قرار داشت هر سه سنجاق در يک راستا به نظر رسيدند.جواب: مطابق شكل مقابل اين پديده به دليل شكست نور سنجاق A وقتي كه از آب خارج مي شود اتفاق مي افتد. هنگامي كه مقوا در داخل آب قرار دارد به دليل پديده شكست نور اندكي بالاتر از محل واقعي ديده مي شود و سه سنجاق A و B و C در يك راستا قرار مي گيرند. اما وقتي كه مقوا را از آب خارج مي كنيم ديگر پرتوهاي تابشي و شكست در يك راستا قرار نمي گيرند. آزمايش شماره ي ١ را براي زاويه هاي تابش١٠؛ و٢٠؛ و٣٠؛ و ٤٠؛ تکرار کنيد. زاويه هاي شکست r در هر آزمايش نسبت به زا ويه تابش i چه تغييري مي كند؟جواب: چون در آزمايش قبل نور سنجاق A از آب( محيط غليظ) وارد محيط رقيق ( هوا) مي شود براي تمام زاويه هاي تابشي زاويه شكست بيشتر خواهد بود.س: تعريف زاويه تابش؟ج: زاويه بين پرتو تابش و خط عمود بر سطح جداكننده دو محيط در نقطه تابش را زاويه تابش مي نامند و با حرف( i) نشان مي دهند. س: تعريف زاويه شكست؟ج: زاويه بين پرتو شكست و خط عمو بر سطح جداكننده دو محيط درنقطه تابش را زاويه شكست مي نامند و با حرف (r) نشان مي دهند.شكل مقابل ، گذر نور از سطح مرزي بين يك محيط شفاف رقيق ، مانند هوا و يك محيط شفاف غليظ مانند شيشه يا آب را نشان مي دهد .زاويه بين باريكه نور وخط عمود بر سطح ، در محيط غليظ تر ، كمتر از محيط رقيق تر است .Eتذكر هاي مهم:1- محيطي كه پرتو تابش در آن قرار دارد محيط اول و محيطي كه پرتو شكست در آن است محيط دوم در نظر گرفته مي شود.2- هرگاه پرتوي بطور عمود بر سطح جدا كننده دو محيط شفاف بتابد، بدون شكست عبور مي كند.3- هرگاه محيط شفاف دوم غليظ تر از محيط شفاف اول باشد، پرتو شكست به خط عمود نزديكتر مي شود و برعكس اگر محيط اول غليظتر از محيط دوم باشد، پرتو شكست از خط عمود دورر مي شود.1- شكست نور در تيغه شيشه اي:مطابق شكل مقابل پرتو (I ) بطور مايل از وجه كناري يك تيغه شيشه اي كلفت به آن مي تابد و هنگام ورود به تيغه در نقطه X مي شكند. سپس به صورت پرتو (R) در داخل تيغه حركت مي كند و يكبار ديگر هنگام خروج از آن در نقطهY مي شكند و به صورت پرتو (E ) از تيغه خارج مي شود. ملاحظه مي كنيدكه پرتو (E ) نسبت به پرتو( I ) جابه جا شده استاما با آن موازي مي باشد. قانون هاي شكست نورپرتو تابش ، خط عمود بر سطح جدا كننده دو محيط در نقطه تابش و پرتو شكست ، در يك صفحه واقعند.نسبت سينوس زاويه تابش به سينوس زاويه شكست ، براي پرتو هايي كه از يك محيط شفاف وارد محيط شفاف ديگري مي شوند مقداري ثابت است.ضريب شكست يك محيط نسبت به خلا (يا بطور تقريبي هوا ) را ضريب شكست مطلق آن محيط گويند. 2- شكست چوب در آب: در شكل زير چوبي در آب نشان داده شده است. وقتي از بالا به آن نگاه مي كنيم، شكسته به نظر مي رسد. زيرا پرتوهايي كه از نقطه B به سطح آب مي رسند، پس از شكست در سطح آب به چشم مي رسند و به نظر مي رسد كه اين پرتوها از نقطه به چشم رسيده اند و انتهاي چوب به جاي B در به نظر مي رسد. به همين ترتيب مي توان نشان داد كه نقطه هاي ديگر چوب هم كه درون آب قرار دارند، بالاتر از جاي واقعي شان ديده مي شوند و به اين سبب چوب شكسته به نظر مي رسد. اگر نور از يك محيط شفاف با ضريب شكست n1 وارد محيط شفاف ديگري با ضريب شكست n2 شود ، بگونه اي كه n1>n2 ، رابطه (5-1) چگونه نوشته مي شود؟n1=sin iهوا /sin Eمحيط 1n2=sin gهوا / sin fمحيط 2n=n1/n2=(sin iهوا /sin Eمحيط 1)/(sin gهوا / sin محيط 2)=sin Eمحيط 1/ sin fمحيط 2 وسيله هاي آزمايش : قطعه شيشه ي ضخيم - وسيله ي توليد باريکه ي نور - يک تکه مقوا - خط کش ١- مطابق شکل (٥-٥) قطعه شيشه ي ضخيم را روي مقوا قرار دهيد و باريکه ي نور را طوري به قطعه شيشه بتابانيد که مسيرنور بر سطح مقوا ديده شود. مسير پرتو تابش SI را براي ورود به اين محيط شفاف و پس از خارج شدن از آن رسم کنيد. ٢- پرتو تابش ورودي به شيشه و پرتو خروجي از شيشه نسبت به هم چگونه اند؟شکل ٥-٥جواب 1:2- پرتو خروجي با پرتو ورودي موازي است. عمق ظاهري و واقعيچرا در نواحي كه ماهي با نيزه شكار مي شود . هميشه شكارچيان نيزه را به موقعيتي پائين تر از محلي كه ماهي را مشاهده مي كنند ، مي زنند ؟ چرا درشكل زير مسير ني در آب شكسته به نظرمي آيد و به ظاهر كمي بالاتر به نظر مي رسد ؟به مدل سازي زير توجه كنيد.قسمت روشن ، ناحيه رقيق و قسمت تيره ، ناحيه غليظ مي باشد.در سمت چپ ناظر قرار دارد . بر روي صفحه تيره رنگ تقه زده و موشواره را به حرکت در آوريد.نقطه زرد رنگ موقعيت عمق ظاهري را نشان ميدهد.در اين پديده پرتوهاي نور از آب وارد هوا شده لذا طوري منحرف مي شوند كه از خط عمود بر سطح دور شوند . اما چشم هميشه عادت دارد اجسام را در مسير مستقيم مشاهده كند . لذا شي آبي رنگ كمي بالاتر به نظر مي آيد . به فيلم زير توجه كنيد . چرا كارت بالاتر به نظر مي رسد؟اگر ماهي از داخل آب به دنياي بيرون نگاه كند اشياء اطراف خود را چگونه مي بيند؟ براي سادگي اشياءي بيرون آب را يك مستطيل در نظر گرفته ايم . سعي كنيد شي(object)را جابجا كنيد و از ديد ماهي به دنياي اطراف نگاه كنيد ! (آنچه که ماهي مشاهده مي کند (image) مي باشد.)همان طور كه مشاهده مي كنيدتصوير دورتر از شي به نظر مي رسد و همچنين تغيير شكل نيز مي يابد. در ضمن شما مي توانيد فاصله چشمهاي ماهي را نيز تغيير دهيد. با رسم حدا قل دو پرتو نشان دهيد كه چرا گربه ، ماهي را نزديكتر و ماهي گربه را دورتر از سطح آب مي بيند؟جواب : از آنجاييكه شكل كتاب كمي شلوغ است ، ما چگونگي نز ديك ديدن سكه زير را به تصوير كشيده ايم . شما مي توانيد با الهام از اين شكل پاسخ اي فعاليت را بدهيد. رابطه (5-2) را براي حالتي كه ناظر در محيط شفاف (1) با ضريب شكست n1 به جسمي در محيط شفاف (2) با ضريب شكست n2 مي نگرد بنويسيد.جواب:رابطه شكست نور با تغيير سرعت نور در دو محيطس: اصل برگشت پذيري نور چگونه است؟ج: در پديده هاي بازتابش يا شكست نور، هرگاه جهت تابش نور عوض شود نور همان مسير قبلي را طي خواهد كرد. به عبارت ديگر مسير نور به جهت تابش آن بستگي ندارد. اين خاصيت را اصل برگشت پذيري نور مي گويند.س: علت شكست نور چيست؟ج: سرعت نور در محيط هاي شفاف مختلف يكسان نيست، بطوريكه بيشترين سرعت آن در خلاء ( يا تقريباً هوا) بوده و برابر 300000 كيلومتر بر ثانيه است. در محيطهتي ديگر مثل آب و شيشه و غيره سرعت نور كمتر از اين مقدار است. لذا هنگامي كه محيط حركت نور از نظر غلظت تغيير ميكند سرعت آن نيز تغيير مي نمايد و با افزايش غلظت سرعت كاهش پيدا مي كندو بر عكس. به اين ترتيب علت شكست نور تغيير سرعت آن هنگام وارد شدن به محيط شفاف دوم است.مادهي شفافسرعت نور به کيلومتر برثانيههواآبشيشهالماس٣٠٠,٠٠٠٢٢٥,٠٠٠٢٠٠,٠٠٠١٢٥,٠٠٠ س: ضريب شكست چيست؟ج: تعريف: نسبت سرعت نور در هوا به سرعت نور در يك محيط شفاف را ضريب شكست آن محيط مي نامند وبا نماد n نشان مي دهيم.اگر سرعت نور در هو ا C و سرعت نور در ماده شفاف V باشد داريم:هر قدر ضريب شكست ماده شفاف بيشتر باشد ( n بزرگتر باشد) نور بيشتر شكسته مي شود يعني زاويه انحراف بيشتر ميشود و به همان ميزان سرعت نور بيشتر كاهش پيدا مي كند.Eتذكر مهم: ضريب شكست هوا ( يا خلاء) برابر 1 در نطر گرفته ميشود. دانستنيها:مقدار سرعت نور - اندازه گيری سرعت نور- آيا ميتوان سرعت نور را تغيير داد؟پاسخ اين پرسشها را در اين مقاله بخوانيد : دانشمندان در سرعت نور دخالت مى كنند سرعت نور در آب است. ضريب شكست آب را تعيين كنيد. سرعت نور در هوا را در نظر بگيريد.جواب: =(3*108)/(2.3*108)=1.3 سرعت نور در شيشه اي است. ضريب شكست اين شيشه را تعيين كنيد.جواب: =(3*108)/(1.8*108)=1.6Eتذكر: نسبت ضريب شكست دو محيط بر هم را ضريب شكست نسبي دو محيط مي نامند.n2= ضريب شكست نسبي-------n1چون ضريب شكست با سرعت نور نسبت وارونه دارد رابطه بين ضريب شكست دو محيط و سرعت نور در آن دو محيط به صورت زير خواهد بود: n2V1-------=-------n1V2سرعت نور درآب ودر نفت 2*108 است. اگر ضريب شكست آب 3/1 باشد ضريب شكست نفت را تعيين كنيد.جواب:n2V1-------=-------n1V22.3*108n2 2.3*108*1.3 -------=------- ==>n2=----------- ==>n2=1.52*1081.3 2*108 تمرين 1با توجه به رابطه سرعت نور در يك محيط شفاف و ضريب شكست آن ، مكانهاي خالي جدول (5-2) را كامل كنيد : سرعت نور km/sضريب شكستيخ2291821.309بنزن1998671.501كربن دي سولفات1842751.628پلي استيرن2013421.49سديم كلرايد1943001.544گلسيرين2036661.473هوا3000001آب2250001.333شيشه1973681.520الماس1250002.4 پاسخ دهيد 1: با استفاده از جدول( 5-2) پاسخ دهيد.الف- ضريب شكست شيشه و آب را با هم مقايسه كنيد.جواب : ضريب شكست شيشه از آب كمتر است .ب- نور يك بار با زاويه تابش( i) از هوا به آب و بار ديگر با همين زاويه تابش به شيشه مي تابد. در كدام مورد زاويه انحراف بزرگتر است و پرتو شكست به خط عمود نزديك تر است؟ چرا؟جواب: هنگامي كه نور به شيشه مي تابد زاويه انحراف آن بيشتر از هنگامي است كه به آب مي تابد و به خط عمود نزديك تر مي شود. زيرا ضريب شكست شيشه از ضريب شكست آب بيشتر است. ب) با افزايش سرعت ، ضريب شكست چگونه تغيير مي كند ؟جواب : كاهش مي يابد.س: زاويه حد چگونه است؟ج: تعريف: در پديده شكست نور هرگاه زاويه شكست به 90 درجه برسد، ( يعني پرتو شكست بر سطح جدايي دو محيط مماس شود) زاويه تابش به مقداري مي رسد كه آنرا زاويه حد دو محيط مي نامند.هر محيط شفاف داراي زاويه حد معيني است. مثلاًزاويه حد آب تقريباً 48 درجه و زاويه حد شيشه در حدود 42 درجه است.Eتذكر مهم: زاويه حد هنگامي به وجود مي آيد كه نور از محيط غليظ وارد محيط رقيق شود.اينجا را كليك كنيد تا بهتر با مفهوم زا ويه حد آشنا شويد اگر نوري از يك محيط شفاف با ضريب شكست n1 وارد محيط شفاف ديگري با ضريب شكست n2 شود ، به گونه اي كهn1>n2 باشد ، رابطه (5-4-ب) چگونه نوشته مي شود ؟جواب : n2=sin ic----- n1س: پديده بازتابش كلي چگونه است؟ج: در پديده شكست نور، اگر زاويه تابش از زاويه حد بيشتر شود، پرتو تابش نمي تواند از محيط غليظ خارج شود و تمام نور از سطح جداكننده دومحيط به درون محيط غليظ باز مي تابد. يعني سطح جداكننده دو محيط مانند يك آينه عمل مي كند. به اين پديده بازتابش كلي ميگويند.به مدل سازي زير توجه كنيد. جنس محيط ها را طوري قرار دهيد تا نور از محيط غليظ وارد محيط رقيق شود .(البته شما در اين مدل سازي پرتوي بازتاب جزيي را نيز مشاهده مي کنيد)سعي كنيد زاويه تابش را به آرامي زياد كنيد ، آيا زاويه شكست بزرگتر از زاويه تابش است؟ آيا مي توانيد زاويه شكست را روي ٩٠ تنظيم كنيد؟اگر زاويه تابش از حالت فوق بيشتر شود آيا پرتويي وارد محيط رقيق خواهد شد ؟س: پديده سراب چگونه است؟ج: پديده سراب معمولاً در بيابان ها و جاده ها در روزهاي گرم اتفاق مي افتد. هر چه به سطح زمين نزديك تر مي شويم دماي لايه هاي هوا بيشتر و در نتيجه رقيق تر مي شود. پرتو هاي نور كه از يك شئي دور مانند درخت به طور مايل به سطح زمين مي تابند، در اثر عبور از لايه هاي غليظ تر به لايه هاي رقيق تر به تدريج به طرف بالا شكست مي يابند تا اين كه در لايه هاي نزديك به سطح زمين زاويه تابش آنها از زاويه حد اين لايه ها بزرگتر شده و بازتاب كلي صورت مي گيرد. پرتوهاي بازتاب پس از شكست هاي متوالي( از لايه هاي رقيق تر به غليظ تر ) به چشم ما مي رسند، در اين صورت لايه هاي نزديك به سطح زمين كه نور را باز مي تابانند مانند سطح آب به نظر مي رسند. فن آوري و كاربرد:س: تار نوري يا لوله نوري چگونه است؟ج: تار نوري ميله شيشه اي بلندي است كه ضخامت آن در حدود كسري از ميلي متر تا 50 ميلي متر است. نور مي تواند درون ميله شيشه اي جلو رود حتي اگر ميله خميده شده باشد. هنگامي كه پرتو نوري از درون ميله به سطح آن بتابد، اگر زاويه ي تابش بزرگتر از زاويه حد باشد، بازتابش كلي نور روي مي دهد و به اين ترتيب نور نمي تواند از ميله خارج شود چنان كه گويي سطح دروني ميله نقره اندود است، در حالي كه چنين نيشت. ميله ي شيشه اي توپر، از درون، يك سطح بازتابنده ي كامل دارد. از كاربرد اين تارها در آندوسكوپي و صنعت مخابرات مي توان نام برد.الف ـ يک تار نوري يا لوله نور، که در آن پرتو نور چند بار باز تابش داخلي پيدا کرده است. ب ـ دسته اي از تارهاي شيشه اي که براي انتقال تصوير استفاده مي شود.س: منشور چيست؟ج: منشور جسم شفاف و سختي است كه معمولاً قاعده آن به شكل مثلث بوده و داراي دو وجه غير موازي است. هرگاه پرتو نور تك رنگي را به يكي از وجه هاي آن بتابانيم، شكسته شده و به طرف قاعده ضخيم منشور منحرف مي شود. با رسم مسير پرتو نور در منشورزاويه انحراف را نشان دهيد.جواب: وسيله هاي آزمايش : چراغ قوه - منشور - يک ورق کاغذ سفيد.در اتاق نسبتاً تاريکي ، باريکه ي نوري را که به وسيله ي يک چراغ قوه پرنور تشکيل داده ايد به يک وجه منشور بتابانيد. (از آويز بلوري چلچراغ ها مي توانيد به جاي منشور استفاده کنيد) در طرف ديگر منشور ، ورق کاغذ سفيدي را در مسير پرتوهاي خروجي قرار دهيد. اگر آزمايش را با دقت انجام دهيد روي سطح کاغذ نورهاي رنگيني را مشاهده خواهيد کرد. در شکل (٥-١٠) ترتيب انجام آزمايش نشان داده شده است. الف - نام اين رنگها را به ترتيب بنويسيد. ب - از اين آزمايش چه نتيجه اي مي گيريد. جواب الف) جواب ب) از اين آزمايش نتيجه مي شود:1- نور سفيد تركيبي از هفت رنگ مختلف است.2- طيف نور سفيد پيوسته است.3- ضريب شكست منشور براي نورهاي مختلف يكسان نيست.4- ضريب شكست منشور براي نور قرمز كمترين و براي نور بنفش بيشترين مقدار را دارد. به اين علت نور قرمز در منشور كمتر از ساير نورها و نور بنفش بيشتر از همه شكست پيدا مي كنند. س: پاشيدگي نور توسط منشور چگونه است؟ج: تعريف: جداسازي رنگهاي نور سفيد به وسيله منشور را پاشيدگي نور مي گويند.س: تعريف طيف نور؟ج: رنگهاي تشكيل دهنده نور سفيد را كه به ترتيب عبارتند از: قرمز، نارنجي، زرد، سبز، آبي، نيلي، بنفش طيف نور سفيد مي نامند. شکل ٥-١١- پاشندگي نور سفيد به وسيله ي منشورس: علت پاشيدگي نور سفيد چيست؟ متفاوت بوده و از هم جدا مي شوند. بطوريكه نور بنفش بيشترين انحراف و قرمز كمترين انحراف را پيدا مي كنند. زيرا ضريب شكست منشور براي نور بنفش از رنگهاي ديگر نور سفيد بيشتر و براي نور قرمز كمتر است. س: كاربرد هاي منشور كدامند؟ج: از منشورها معمولا براي بازتابش كلي و پاشيدگي نور استفاده مي شود.س: منشورهاي بازتابش كلي چه مشخصاتي دارند؟ج: اين منشورها از شيشه اي كه زاويه حد آن 42 درجه است ساخته مي شوند و قاعده آنها به شكل مثلث قائم الزاويه متساوي الساقين است.س: بازتابش كلي در منشورها به چند صورت انجام مي گيرد؟ج: به دو صورت:الف )يك بار بازتابش كلي و انحراف پرتو نوربه اندازه 90 درجه.ب) دو بار بازتابش كلي و انحراف پرتو به اندازه 180 درجه. در شكل مقابل مقطع منشور قائم الزاويه اي متساوي الساقين نشان داده شده است. زاويه حد منشور 42 درجه است. پرتو نور تكرنگي( نوري كه به وسيله منشور پاشيده نمي شود) عمود بر يك وجه آن تابيده است.شکل ٥-19الف- مسير اين پرتو را تا رسيدن به وجه مقابل رسم كنيد.ب- زاويه تابش در داخل منشور چقدر است؟ اين زاويه را با زاويه حد منشور مقايسه كنيد و مسير پرتو را كامل كنيد.2- در شكل مقابل زاويه حدمنشور 42 درجه است مسير پرتو تكرنگ SI را كامل كنيد. جواب الف:چون پرتو SI به طور عمود بر وجه قائم مشور مي تابد، پس بدون شكست وارد منشور مي شود: جواب ب: با توجه به اينكه مجموع زاويه هاي داخلي يك مثلث برابر 180 است براي زاويه تابش در داخل منشور خواهيم داشت:a=180-(45+90)=45i=90-a =90-45=45 چون زاويه تابش در منشور از زاويه حد منشور يعني 42 درجه بيشتر است، پس بازتابش كلي پيدا مي كند و به صورت شكل مقابل از منشور خارج مي گردد. 2- زاويه تابش در داخل منشور برابر است با:a=180-(90+30)=60i=90-60=30چون زاويه تابش در داخل منشور از زاويه حد آن كمتر است، نمي تواند بازتابش كلي پيدا كند لذا از منشور خارج شود و از خط عمود دور مي گردد. بخش دوم، عدسي ها:س: عدسي چيست و در مقابل نور چگونه عمل مي كند؟ج: عدسي جسم شفافي است كه دو طرف آن مقطعي از يك كره يا استوانه مي باشد. عدسي ها ميتوانند پرتوهاي نور را جمع يا باز كنند.س: عدسي ها چند نوعند و تفاوت ظاهري آنها چگونه است؟ج: معمولاً عدسي ها دو نوعند:الف- عدسي هاي همگرا: اين عدسي ها پرتوهاي نور را به يكديگر نزديك مي كنند. از نظر شكل، لبه عدسي نازكتر از وشط آن است و در سه نوع مقابل مي تواند ساخته شود: به دليل برجسته بودنقسمت مياني عدسي هاي همگرا، آنها را محدب يا محدب نيز مي نامند.الف ـ دوکوژب ـ کوژ تختپ ـ هلالي همگرا ب- عدسي هاي واگرا: اين عدسي ها پرتوهاي نور را از هم دور ميكنند .از نظر شكل، لبه عدسي كلفتر از وسط آن است و در سه نوع مقابل مي تواند ساخته شود.الف ـ دو کاوب ـ کاو تختپ ـ هلالي واگرا به دليل گود بودن قسمت مياني عدسي هاي واگرا، آنها را مقعر يا مقعر نيز مي نامند.Eتذكر:1- توجه نماييد كه شكل عدسي ها نمي تواند در همه موارد تعيين كننده نوع آنها باشد.2- براي راحتي در رسم شكل عدسي ها، از علائم مقابل نيز براي نشان دادن نوع عدسي استفاده مي شود: س: دليل همگرايي و يا واگرايي عدسي ها چيست؟ج: هر عدسي همگرا يا واگرا رامي توان تركيبي از چند منشور در نظر گرفت كه روي هم قرار گرفته اند و پرتوهاي نور را به طرف قاعده ضخيم خود منحرف مي كنند.فعاليت 13 :عدسي هاي دو كوژ و دو كاو را بصورت مجموعه اي از منشورها رسم كنيد.روي شكل فوق كليك كنيدروي شكل فوق كليك كنيدس: تصوير يك شئي در يك عدسي همگرا چگونه تشكيل مي شود؟ج: پرتوهايي كه از بالا و پايين يك جسم كه در مقابل عدسي قرار دارد، به عدسي مي رسند، پس از شكست در عدسي و خروج از آن به هم رسيده و تصوير جسم را ايجاد مي كنند. به همين ترتيب پرتوهايي كه از تقاط ديگر به عدسي مي رسند پساز خروج از عدسي در تقاط متناظر آنها در محل تشكيل تصوير به هم مي رسند.س: مشخصات يك عدسي كدامند؟ج: عبارتند از: مركز نوري، مركز انحنا، محور اصلي، كانون اصلي، فاصله كانوني و شعاع عدسي.س: تعريف مركز نوري عدسي؟ج: نقطه اي است بر روي محور اصلي عدسي كه بين دو سطح عدسي قرار دارد. پرتوهايي كه از مركز نوري مي گذرند، منحرف يا شكسته نمي شوند. س: تعريف مركز انحناي عدسي؟ج: مركز كره اي است كه سطح عدسي بخشي از آن است.س: تعريف محور اصلي عدسي؟ج: محور اصلي عدسي خطي است كه مركز انحناي دو سطح عدسي را به هم وصل مي كند.وسيله هاي آزمايش : عدسي همگرا - يک صفحه کاغذ. ١- يک عدسي همگرا را مطابق شکل (٥-26) طوري مقابل خورشيد بگيريد که سطح عدسي روبروي خورشيد باشد. در اين حال يک صفحه ي کاغذ را در طرف ديگر عدسي به آرامي جابه جا کنيد. در وضعي که لکه ي نوراني در سطح کاغذ کوچکترين اندازه را دارد، صفحه را ثابت نگه داريد. محل تشکيل لکه ي روشن را کانون عدسي همگرا مي ناميم. فاصله ي کانون تا مرکز نوري عدسي را ، فاصله ي کانوني عدسي مي ناميم و آن را با f نشان مي دهيم. ٢- همين آزمايش را با طرف ديگر عدسي انجام دهيد و فاصله کانوني عدسي را اندازه گيري کنيد. نتيجه مشاهده خود را در گزارش کار بنويسيد. شکل٥-26- مشاهده ي محل کانون روي صفحه ي کاغذ جواب 1: با انجام اين آزمايش مطابق دستور، محل كانون عدسي مشخص مي شود، اندازه گيري فاصله صفحه كاغذ( كانون عدسي) تا عدسي نيز فاصله كانوني آن( f) معلوم مي گردد.2- اگر آزمايش را با طرف ديگر عدسي تكرار كنيم همان نتيجه حالت قبل به دست مي آيد. نتيجه مي شود يك عدسي داراي دو مانون است كه در طرفين آن و به يك فاصله از عدسي قرار دارند. وسيله هاي آزمايش : عدسي همگرا با پايه ، شمع ، کبريت ، يک ورق کاغذ. اين آزمايش بايد در يک اتاق نسبتاً تاريک انجام شود. ١- به ترتيبي که در آزمايش کنيد 5 شرح داده شد فاصله ي کانوني عدسي را اندازه گيري کنيد. ٢- عدسي را روي پايه نصب کنيد و شمع را روشن کنيد و آنرا مطابق شکل (٥-29) در فاصله اي دورتر از فاصله ي کانوني عدسي، مقابل عدسي قرار دهيد. ورق کاغذ را در طرف ديگر عدسي جابه جا کنيد تا تصوير واضح شمع روي ورق کاغذ مشاهده شود. ٣- شمع روشن را به کانون عدسي نزديک يا از آن دور کنيد و درهريک از اين حالتها تصوير را برروي ورق کاغذ مشاهده کنيد و نتيجه را در گزارشي که تهيه مي کنيد بنويسيد.شکل ٥-29جواب: در اين حالت تصوير ايجاد شده از شمع مطابق تصوير زيرخواهد بود.4- در چه فاصله اي از عدسي اندازه تصوير برابر اندازه جسم است ؟ اين فاصله را با فاصله كانوني عدسي مقايسه كنيد.جواب : زماني كه جسم بر روي مركز عدسي قرار دارد. اين فاصله از فاصله كانوني عدسي بزرگتر است.س: تعريف كانون اصلي عدسي همگرا؟ج: نقطه اي استكه همه پرتوهاي تابش موازي با محور اصلي، پس از شكست به وسيله عدسي در آن نقطه به هم مي رسند. اين كانون حقيقي است و آنرا با حرف F نشان مي دهند. س: تعريف كانون اصلي عدسي واگرا؟ج: نقطه اي است كه همه پرتوهاي تابش موازي با محور اصلي، پس از شكست به وسيله عدسي، ظاهراً از آن نقطه مي آيند. اين كانون مجازي است و آنرا با حرف F نشان مي دهند. س: تعريف فاصله كانوني عدسي؟ج: فاصله بين كانون اصلي و مركز نوري عدسي است و آنرا با حرف f نشان مي دهند.Eتذكر:هر عدسي داراي دو كانون اصلي است كه هر كدام در يك طرف عدسي قرار دارند. هر عدسي نازك داراي دوفاصله كانوني مساوي است و در كتاب درسي فقط اين نوع عدسي ها مطالعه مي شوند.س: تعريف شعاع عدسي؟ج: شعاع عدسي برابر شعاع كرهاي است كه سطح عدسي بخشي از آن كره است. شعاع عدسي را با حرف r نشان مي دهند.Eتذكر: در عدسي هاي نازك شعاع عدسي تقريباً دو برابر فاصله كانوني است: در عدسي هاي نازك شعاع عدسي ، دو برابرفاصله كانوني آن است .R = ٢fس: رسم تصوير در عدسي ها چگونه انجام مي شود؟ج: براي بدست آوردن تصوير در عدسي ها از پرتوهاي راهنما استفاده مي شود.س: پرتوهاي راهنما در عدسي ها كدامند؟ج: از بين بي نهايت پرتوي كه از جسم به عدسي مي رسند، سه عدد از آنها به عنوان پرتو راهنما انتخاب مي شوند كه عبارتند از:1- پرتوي كه موازي محور اصلي به عدسي مي تابد و پس از شكست در عدسي خود يا امتداد كانون عدسي مي گذرد.2- پرتوي كه خود يا امتداد آن از كانون اصلي عدسي مي گذرد و پس از شكست در عدسي به موازات محور اصلي خارج مي شود.3- پرتوي كه از مركز نوري عدسي مي گذرد و بدون شكست خارج مي شود.Eتذكر: براي بدست آوردن تصوير در عدسي ها فقط رسم دو پرتو راهنما كافي است. تصوير در محلي كه اين دو پرتو يا امتداد آنها همديگر را قطع مي كنند، ايجاد مي شود.س: در عدسي همگرا چند نوع تصوير تشكيل مي شود؟ج: عدسي همگرا بر حسب فاصله و محل جسمي كه در مقابل آن قرار دارد، شش نوع تصوير ايجاد مي كند كه مشخصات و كاربرد هر يك در شكلهاي زير مشاهده مي شود:شئ : خارج از مركزتصوير : بين مركز و كانون كوچكتر وارون حقيقيشئ : روي مركزتصوير : روي مركز هم اندازه وارون حقيقيشئ : بين مركز و كانون تصوير : خارج از مركزبزرگتر وارون حقيقيشئ : روي كانونتصوير : تشكيل نمي شود ( واقع در بينهايت )شئ : بين عدسي و كانونتصوير : پشت عدسيبزرگتر مستقيم مجازيشکل٥-32 ١- با توجه به شکل (٥-32) توضيح دهيد اگر نيمه ي بالايي يا پاييني عدسي به وسيله ي کاغذ کدري پوشانده شود آيا تصوير تشکيل مي شود؟ چرا؟ ٢- روشنايي تصوير نسبت به حالتي که نور به تمام سطح عدسي مي تابد چه تفاوتي دارد؟پاسخ الف:با توجه به شكل زير هرگاه نصف عدسي را با كاغذ كدر بپوشانيم تصوير همچنان تشكيل مي شود:پاسخ ب:با پوشاندن نصف عدسي از روشنايي تصوير كاسته مي شود.س: در عدسي واگرا چند نوع تصوير تشكيل مي شود؟ج: در عدسي واگرا از جسمي كه در مقابل آن قرار دارد هميشه يك نوع تصوير كوچكتر، مستقيم و مجازي ايجاد مي كند.به مدل سازي زير توجه كنيد . سعي كنيد موقعيت شئ را جابجا كنيد . تصوير در چه ناحيه اي تشكيل مي شود و داراي چه ويژگي است؟ . شئ : در مقابل عدسي مقعرتصوير : بين عدسي و كانون ( پشت عدسي )كوچكتر مستقيم مجازيEتذكر: در رسم پرتوهاي نور در عدسي ها به نكته هاي زير توجه كنيد:1- تمام پرتوهاي حقيقي به صورت خط هاي ممتد رسم مي شوند.2- پرتوهاي مجازي و تصويرهاي مجازي به صورت خط هاي نقطه چين رسم مي شوند.س: فرمول عدسي ها چگونه است؟ج: در عدسي ها نيز همچون آينه هاي كروي بين فاصله جسم تا عدسي( p) و فاصله تصوير تا عدسي( q) و فاصله كانوني عدسي( f) رابطه زير برقرار است:Eتذكر: به منظور انجام محاسبات در عدسي ها از همان قراردادهايي كه در مورد آينه كروي بكار برديم نيز استفاده مي كنيم، كه عبارتند از:1- مركز نوري عدسي مبدأ اندازه گيري تمام فاصله ها است.2- اگر تصوير و كانون، حقيقي باشند فاصله آنها از عدسي با علامت مثبت و اگر هر يك از آنها مجازي باشند فاصله آن از عدسي، منفي فرض مي شود.جسمي در فاصله 20 سانتي متري يك عدسي همگرا قرار داده شده است. اگر شعاع عدسي 30 سانتي متر باشد، فاصله تصوير تا عدسي و نوع تصوير را تعيين كنيد.جواب: چون q مثبت است پس تصوير حقيقي مي باشد. جسمي در فاصله 12 سانتي متري از يك عدسي قرار دارد و تصوير مجازي و بزرگتر از آن در فاصله 60 سانتي متري عدسي ايجاد شده است. نوع عدسي و فاصله كانوني آنراتعيين كنيد.جواب: از مجازي بودن تصوير نمي توان به نوع عدسي پي برد زيرا تصوير در عدسي واگرا هميشه مجازي است و عدسي همگرا نيز مي تواند تصوير مجازي ايجاد كند. اما چون تصوير مجازي بزرگتر از جسم است پس عدسي همگرا مي باشد زيرا عدسي واگرا تصوير هميشه كوچكتر از جسم است.مثال 2: جسمي به فاصله 25 سانتي متر در مقابل يك عدسي قراردارد و تصوير مجازي و كوچكتر آن به فاصله 18 سانتي متر از جسم ايجاد شده است. نوع عدسي و فاصله كانوني آنرا تعيين كنيد.جواب:چون تصوير مجازي كوچكتر از جسم است پس عدسي واگرا مي باشد. زيرا در عدسي همگرا تصوير مجازي هميشه از جسم بزرگتر است. با توجه به چگونگي ايجاد تصوير در عدسي واگرا خواهيم داشت: س: تعريف بزرگنمايي خطي در عدسي ها؟ج: بزرگنمايي خطي در عدسي ها برابر نسبت اندازه تصوير به اندازه شئي است و آنرا با حرف mنشان مي دهد. در شكل مقابل ، شئ AB در مقابل يك عدسي محدب قرار گرفته و عدسي ، تصويري بزرگتر از خود شئ ايجاد كرده است . در اين شكل ، طول تصوير ، دو برابر طول شئ است بنابراين بزرگنمايي تصوير برابر ٢ است .رابطه ساده زير بين بزرگنمايي تصوير و فاصله هاي شئ و تصوير از عدسي وجود دارد .بنابر اين در مثال شكل فوق ، فاصله تصوير از عدسي نيز ٢ برابر فاصله شئ از عدسي است .هرچه تصوير دورتر ايجاد شود ، اندازه آن بزرگتر است .به مدل سازي زير توجه كنيد . بزرگنمايي در اين مدل سازي برابر Mمي باشد . سعي كنيد موقعيت شي را تغيير دهيد آيا بزرگنمايي تغيير مي كند؟ با تقه زدن بر روي )( نوع عدسي را تغيير دهيد.بزرگنمايي در چه تغييري ميکند؟س: توان عدسي چگونه است؟ج: تعريف: توانايي عدسي در همگرا و يا واگرا كردن پرتوها را توان عدسي مي گويند و بنا به تعريف برابر معكوس فاصله كانوني عدسي است. توان عدسي را با حرف D نشان مي دهند و يكاي آن ديوپتر( d) است. توان عدسيEتذكر: 1- دقت نماييد در اين رابطه مقدار f ( فاصله كانوني عدسي) را حتماً بايد بر حسب متر قرار داد.2- توان عدسي همگرا مثبت وتوان عدسي واگرا منفي است.3- از توان عدسي و يكاي آن ديوپتر، بيشتر در چشم پزشكي وعينك سازي استفاده مي شود.براي مشخص كردن (عدسي) يك عينك از «نمره» استفاده ميكنند . شايد شنيده باشيد كه نمره عينك مثلاً ٥/٠ يا ١ يا ٢ . . . ٨ باشد . همچنين مشاهده نموده ايد كه هرچه نمره عينك زياد باشد ، عدسي استفاده شده در عينك قطورتر مي باشد و اصطلاحاً به آن "ته استكاني" مي گويند . با توجه به اين مطلب و درس گذشته مي توان نتيجه گرفت كه هر چه نمره عدسي عينك بيشتر باشد عدسي قطورتر و هر چه عدسي قطورتر باشد فاصله كانوني آن كمتر مي باشد .به مدل سازي زير توجه كنيد : پس نمره عينك رابطه عكس با فاصله كانوني دارد . اصطلاحاً به نمره عدسي (كه عكس فاصله كانوني است) توان عدسي گفته ميشود .س: تعريف يك ديوپتر؟ج: يك ديوپتر توان يك عدسي با فاصله كانوني يك متر است.فاصله كانوني هر يك از يك از عدسي هايي كه شكل آنها در جدول زير آمده را با اعداد داده شده مقايسه و سپس جدول را كامل كنيد .( عدسي ها هم جنس اند)-15 Cm , -5 Cm , 5 Cm , 20 Cmعدسي هافاصله كانوني15-5-205توان عدسي6.6D20D5D20Dيك عدسي همگرا به توان+2.5 d براي اصلاح بينايي يك شخص دوربين به كار مي رود حساب كنيد:الف) فاصله كانوني اين عدسي را.ب) محل و نوع تصوير جسمي را كه در فاصله يك متري از اين عدسي قرار دارد.جواب: الف) ب) چون جسم در خارج از C قرار دارد، تصوير آن حقيقي، كوچكتر از جسم، وارونه و در پشت عدسي تشكيل مي شود. چرا در آب نمي توان اجسام اطراف خود را خوب ديد؟جواب: با توجه به شكستي كه آب در پرتوهاي دريافتي از اجسام به عدسي چشم ايجاد ميكند ، تصوير اجسام دقيقا بر روي شبكيه تشكيل نشده ، لذا اجسام مات بنظر مي رسند. تحقيق كنيد كه چرا روي صفحه تلويزيون و يا پرده سينما تصاوير را بطور پيوسته مي بينيد؟جواب : چون سرعت پخش فريمها بالاست لذا امكان تشخيص ناپيوسته گي تصاوير براي چشم نمي باشد.س: ابزارهاي نوري چگونه اند؟ج: ابزارهاي نوري وسايلي هستند كه توانايي چشمان ما را افزايش مي دهند. برخي از اين ابزارها عبارتند از: ذره بين، دوربين دو چشمي، دوربين نجومي و ميكروسكوپ.س: ذره بين چگونه است؟ج: ساده ترين ابزار نوري يك عدسي همگرا با فاصله كانوني چند سانتي متر است كه براي ايجاد تصويري مستقيم، بزرگتر و مجازي از اشياي كوچك بكار مي رود. عدسي همگرا با اين كاربرد، ذره بين ناميده مي شود. در اين حالت شئي بايد بين كانون( F ) و عدسي قرار گيرد. س: ساختمان و طرز كار يك ميكروسكوپ ساده چگونه است؟ج: يك ميكروسكوپ ساده از دو عدسي همگرا تشكيل مي شود. عدسي نزديك به شئي كه آنرا عدسي شئي مي نامند، داراي فاصله كانوني كم( حدود چند ميلي متر) است(F1 ) . اين عدسي از شئي ريزي كه بين F1 و2F1 قرار دارد، تصويري حقيقي، وارونه و بزرگتر(I1) را ايجاد مي كند. عدسي ديگر مقابل چشم قرار دارد و عدسي چشمي ناميده مي شود. فاصله كانوني اين عدسي ( F2) از فاصله كانوني عدسي شئي بزرگتر است( حدود چند سانتي متر). عدسي چشمي مثل يك ذره بين عمل مي كند و براي بزرگ كردن تصوير اول I1 به كار مي رود. بنابراين تصوير اول براي عسي چشمي مثل يك شئي محسوب مي شود و بايد در داخل فاصله f2 قرار مي گيرد. به اين ترتيب تصوير نهايي2 I به صورت مجازي و بزرگتر و وارونه نسبت به شئي مطابق شكل زير ايجاد مي شود: س: ساختمان و طرز كار يك دوربين نجومي ساده( تلسكوپ) چگونه است؟ج: در ساختمان يك دوربين نجومي ساده نيز همچون ميكروسكوپ از دو عدد عدسي همگرا استفاده مي شود. اما برعكس ميكروسكوپ، عدسي شئي تلسكوپ داراي فاصله كانوني بزرگ و گشودگي (قطر) زياد است. اين قطر زياد باعث مي شود پرتوهاي بيشتري وارد دوربين گردد. اين عدسي از شئي دور تصوير حقيقي، وارونه و كوچكتر I1 را در كانوناصلي خود( F1) تشكيل مي دهد. عدسي چشمي نيز داراي فاصله كانوني كوچك است، مثل ذره بين عمل مي كند. براي تشكيل تصوير نهايي، عدسي چشمي را چنان تنظيم مي كنند كه كانون آن (F2 ) تقريباً به كانون عدسي شئي ( F1) منطبق شود. در اين صورت تصوير I1 براي عدسي چشمي مثل يك شئي حقيقي محسوب شده و تصوير نهايي I2 در بي نهايت تشكيل مي شود. پرتوهايي كه به چشم مي رسند موازي هستند و به نظر مي رسند از يك تصوير مجازي نهايي و وارونه در بي نهايت مي آيند. خلاصه فصل1- تغيير مسير پرتو نور در مرز دو محيط شفاف، شكست نور ناميده مي شود.2- بنا به اصل برگشت پذيري نور، مسير پرتوهاي نور به جهت تابش آنها بستگي ندارد. يعني اگر در پديده شكست نور جهت تابش پرتو نور عوض شود، نور همان مسير قبلي را طي خواهد نمود.3- علت شكست نور تغيير سرعت آن در مرز دو محيط شفاف است.4- نسبت سرعت نور در هوا( C ) به سرعت نور در يك محيط شفاف( V) را ضريب شكست آن محيط مي نامند و با نماد n نشان مي دهند.C سرعت نور در خلاء( يا تقريباً هوا) است كه برابر مي باشد.5- هر چقدر ضريب شكست يك محيط شفاف بيشتر باشد، نور در آن بيشترمي شكند و نيز سرعت نور در آن كمتر مي شود.6- ضريب شكست خلاء( يا تقريباً هوا) برابر يك در نظر گرفته مي شود.7- نسبت ضريب شكست دو محيط برهم را ضريب شكست نسبي دو محيط مي نامند.8- رابطه بين ضريب شكستها و سرعتهاي نور در دو محيط شفاف به صورت زير است:9- در پديده شكست نور، هرگاه زاويه شكست 90 درجه باشد زاويه تابش را زاويه حد دو محيط مي نامند.10- در پديده شكست نور، هرگاه زاويه تابش نور در محيط غليظ از زاويه حد بيشتر باشد، پديده بازتابش كلي اتفاق مي افتد. در اين حالت تمامي پرتوهاي نور از سطح جداكننده دو محيط به محيط غليظ باز تابيده مي شوند. 11- منشور جسم شفاف و سختي است كهمعمولاً قاعده آن به شكل مثلث بوده و داراي دو وجه غير موازي است. هرگاه پرتو نور يك رنگي به يكي از وجه هاي آن بتابد، شكسته شده و به طرف قاعده ضخيم منشور منحرف مي شود. از منشورها معمولاً براي بازتابش كلي و پاشيدگي نور استفاده مي شود.12- منشورهاي بازتابش كلي از شيشه اي با زاويه حد 42 درجه و قاعده اي به شكل مثلث قائم الزاويه متساوي الساقين ساخته مي شوند. اين منشورها مي توانند پرتوهاي نور را به دو صورت بازتابش كلي و منحرف نمايند:الف) يك بار بازتابش كلي و انحراف به اندازه 90 درجه.ب) دو بار بازتابش كلي و انحراف به اندازه 180درجه. 13- جدا سازي رنگهاي نور سفيد به وسيله منشور را پاشيدگي نور مي نامند.14- رنگهاي تشكيل دهنده نور سفيد را طيف نور سفيد مي نامند. اين رنگها به ترتيب عبارتند از : قرمز، نارنجي، زرد، سبز، آبي، نيلي، بنفش.15- علت پاشيدگي نور توسط منشور آن است كه ضريب شكست منشور براي نورهاي مختلف يكسان نيست و به همين دليل انحراف آنها پس از خروج از منشور متفاوت بوده و از هم جدا مي شوند. در اين پديده نور بنفش بيشترين انحراف و نور قرمز كمترين انحراف را پيدا مي كنند.16- عدسي ها اجسام شفافي هستند كه مي توانند پرتوهاي موازي نور را بعد از عبور از خود در يك نقطه جمع كنند يااز هم دور نمايند. به اين جهت به دو نوع همگرا يا واگرا تقسيم مي شوند.17- در عدسي هاي همگرا معمولاً لبه عدسي نازكتراز قسمت مياني است و به اين خاطر آنها را كوژ يا محدب نيز مي نامند. همچنين در عدسي هاي واگرا معمولاً قسمت مياني نازكتر از لبه عدسي است و به اين خاطر آنها را كاو يا مقعر نيز مي نامند.18- علت همگرايي يا واگرايي عدسي ها آنست كه هر عدسي را مي توان تركيبي از چند منشور در نظر گرفت كه روي هم قرار گرفته اند و پرتوهاي نور را به طرف قاعده ضخيم خودمنحرف مي كنند.19- يك عدسي با موارد زير مشخص مي شود:مركز نوري، مركز انحنا، محور اصلي، كانون اصلي و شعاع عدسي.ـ براي تعريف هر يك از اين موارد به متن درس مراجعه نماييد).20- هر عدسي داراي دو كانون اصلي است كه در طرفين آن قرار دارند و بين فاصله كانوني عدسي ( f) و شعاع آن(r) رابطه زير برقرار است:21- براي رسم تصوير در عدسي ها از پرتوهاي راهنما استفاده مي شود. اين پرتوها عبارتند از:الف) پرتوي كه موازي محور اصلي به عدسي مي تابد و پس از شكست در عدسي خود يا امتداد كانون عدسي مي گذرد.ب) پرتوي كه خود يا امتداد آن از كانون اصلي عدسي مي گذرد و پس از شكست در عدسي به موازات محور اصلي خارج مي شود.پ) پرتوي كه از مركز نوري عدسي مي گذرد و بدون شكست خارج مي شود.22- در عدسي همگرا بر حسب فاصله و محل جسمي كه در مقابل آن قرار دارد، شش نوع تصوير ايجاد مي شود. هنگامي كه جسم در داخل فاصله كانوني عدسي قرار دارد تصوير آن مجازي و مستقيم است. اما در بقيه موارد تصويرها هميشه حقيقي و وارونه هستند.33- عدسي واگرا از جسمي كه در مقابل آن قرار دارد هميشه يك نوع تصوير كوچكتر،مستقيم و مجازي ايجاد مي كند.24- در عدسي ها، بين فاصله جسم تا عدسي( p ) و فاصله تصوير تا عدسي( q ) و فاصله كانوني عدسي(f )رابطه زير برقرار است:در اين رابطه هرگاه كانون يا تصوير مجازي باشد، علامت آنرا منفي در نظر مي گيريم.25- بزرگنمايي خطي در عدسي ها برابر نسبت اندازه تصوير( A'B') به اندازه جسم(AB) است، و آنرا با حرفm نشان مي دهند:m=A'B'/AB=q/p26- توانايي عدسي در همگرا يا واگرا كردن پرتوهاي نور را توان عدسي مي نامند و بنا به تعريف برابر معكوس فاصله كانوني عدسي( بر حسب متر) است. توان عدسي را با حرف D نشان مي دهند و يكاي آن ديوپتر( d) است:توان عدسي همگرا مثبت و توان عدسي واگرا منفي است.27- يك ديوپتر توان عدسي است كه فاصله كانوني آن يك متر باشد.28- ابزارهاي نوري وسايلي هستند كه توانايي چشمان ما را افزايش مي دهند. برخي از اين ابزارها عبارتند از: ذره بين، دوربين دوچشمي، دوربين نجومي، يا تلسكوپ و ميكروسكوپ.29- ذره بين يك عدسي همگرا با فاصله كانوني چند سانتي متر است و از اشيايي كه در داخل فاصله كانوني آن قرار مي گيرند، تصويري مستقيم، بزرگتر و مجازي ايجاد مي كند.30- يك ميكروسكوپ ساده از دو عدسي همگرا تشكيل مي شود. عدسي كه در مقابل جسم ريز قرار دارد و داراي فاصله كانوني كوچكي است، عدسي شئي ناميده مي شود و عدسي را كه در مقابل چشم قرار دارد و داراي فاصله كانوني بزرگتري است، عدسي چشمي مي نامند. عدسي ها را طوري تنظيم ميك نند كه تصوير عدسي شئي در داخل فاصله كانوني عدشي چشمي قرار گيرد، در اين صورت تصوير نهاييدر ميكروسكوپ به صورت مجازي، بزرگتر و وارونه نسبت به شئي تشكيل مي شود.31- يك تلسكوپ ساده از دو عدسي همگرا تشكيل مي شود. عدسي كه در مقابل جسم دور قرار دارد و داراي قطر و فاصله كانوني بزرگي است. عدسي شئي ناميده مي شود و عدسي را كه در مقابل چشم قرار دارد و داراي فاصله كانوني كوچكي است، عدسي چشمي مي نامند. عدسي ها را طوري تنظيم مي كنند كه تصوير عدسي شئي كه در محل كانون آنست تقريباً بر روي كانون عدسي چشمي نيز قرار گيرد( در اين حالت تقريباً دو كانون بر هم منطبق هستند). در اين صورت تصوير نهايي در بي نهايت تشكيل مي شود و پرتوهاي نوري كه بر چشم مي رسند، به نظر مي آيند كه از يك تصوير مجازي و وارونه در بي نهايت مي آيند.پاسخ تمرين هاي فصل پنجم1- شكل زير مسير نور را در دو محيط نشان مي دهد. با توجه به شكل،به پرسش هاي زير پاسخ دهيد.الف- سرعت نور در كدام يك از دو محيط بيشتر است؟ب- زاويه تابش و زاويه شكست چقدر است؟جواب الف: چون پرتو شكست نسبت به پرتو تابش از خط عمود دورتر شده است، نتيجه مي شود محيط(2) از محيط(1) رقيق تر است(يعني ) لذا سرعت نور در محيط (2) بيشتر از سرعت نور در محيط(1) خواهد بود.جواب ب: مطابق شكل مقابل نتيجه مي شود:2- شكل مقابل مسير نور را هنگام گذر از يك محيط شفاف به هوا نشان مي دهد.عبارت هاي زير را كامل كنيد.الف- از اين شكل معلوم مي شود زاويه...........در محيط شفاف 45 درجه است.ب- هرگاه نور با زاويه تابش ............. از 45 درجه بتابد از اين محيط............. مي شود.پ- هرگاه نور با زاويه تابش...............از 45 درجه بتابد.............رخ مي دهد.جواب الف- از اين شكل معلوم مي شود زاويه.تابش در محيط شفاف 45 درجه است.جواب ب- هرگاه نور با زاويه تابش كمتر از 45 درجه بتابد از اين محيط.خارج مي شود.جواب پ- هرگاه نور با زاويه تابش.بيشتر از 45 درجه بتابد.بازتابش كلي رخ مي دهد.3- پرتو هاي تابش با زاويه يكسان از هوا به سه محيط با ضريب شكست متفا وت تابيده است. با رسم شكل توضيح دهيد:پ:الماسالف :شيشه ب:آب همانگونه كه ميدانيد : هرچه قدر ضريب شكست بيشتر باشد ، پرتو شكسته شده به خط عمود نزديكتر مي شود. لذا همانند اشكال بالا مي بينيد كه الماس بشترين شكست و آب كمترين شكست را در پرتو تابيده شده ايجاد نموده است .4- در شكل مقابل زاويه حد منشور 42 درجه است و پرتو SI عمود بر وجه AB تابيده است. مسير نور را پس از ورود به منشور و خارج شدن از آن رسم كنيد.جواب: مطابق جواب تمرين 2 داخل درس نتيجه مي شود: 5- الف- ظرفي ( با بدنه غير شفاف) را روي ميز بگذاريد و سكه اي را در كف ظرف قرار دهيد.ب- در فاصله اي از ميز بايستيد كه اگر قدري نزديك تر شويد سكه ديده مي شود. ولي در جايي كه شما ايستاده ايد ديده نشود.پ- در همان حال از كسي( مثلاً از يكي از دوستان خود) بخواهيد كه به آرامي درون ظرف آب بريزد. آنچه مشاهده مي كنيد و علت آنرا توضيح دهيد.جواب: اين امر به دليل پديده عمق ظاهري اتفاق مي افتد به شكل مقابل توجه كنيد. 6- تحقيق كنيد كه معمولاً از چه نوع عدسي به عنوان ذره بين استفاده مي شود. چرا؟ چگونگي استفاده را توضيح دهيد.جواب: از عدسي همگرا با فاصله كانوني كم به عنوان ذره بين استفاده مي شود. براي استفاده جسم ريز را بايد در داخل فاصله كانوني عدسي قرار دهيم، در اين صورت تصوير نجازي و بزرگتر از جسم تشكيل مي شود. 7- الف- جسمي را يك بار در فاصله 15 سانتي متري و ب) بارديگر آن را در فاصله 5 سانتي متري عدسي همگرايي به فاصله كانوني 10cm قرار مي دهيم. فاصله تصوير و بزرگنمايي عدسي را در هر يك ازدو حالت حساب كنيد.جواب: الف- چون q1 مثبت است در اين حالت تصوير حقيقي است.ب) چون q2 منفي است در اينحالت تصوير مجازي است.8-الف- توان عدسي همگرايي 10 ديوپتر است. جسمي به طول 5/1 سانتي متر را به فاصله 5 سانتي متري اين عدسي قرار ميدهيم. محل تصوير و طول تصوير را بدست آوريد.ب) شكل آنرا رسم كنيد.جواب: (الف چون A'B'منفي است، تصوير مجازي مي باشد.ب) 9- جسمي به طول 4cm در فاصله 24 سانتي متري عدسي واگرايي به فاصله كانوني 8 سانتيمتر قرار دارد.الف- فاصله تصوير از عدسي و طول تصوير را بدست آوريد.ب- توان عدسي را محاسبه كنيد پ- شكل را با مقياس4/1 رسم كنيد.جواب:(الف ب) پ)10- شكل زير ساختمان يك دوربين عكاسي را نشان مي دهد كه فاصله ي فيلم (پرده) از عدسي آن برابر 5cm است. هرگاه فاصله ي شئي از عدسي برابر 100cm باشد تصوير واضحي از آن بر روي فيلم ايجاد مي شود.الف- طول تصوير روي فيلم چند برابر جسم است؟ب- فاصله كانوني عدسي را حساب كنيد. جواب: با توجهبه اينكه تصوير روي فيلم ايجاد مي شود خواهيم داشت:الف) پس طول تصوير20/1طول جسم است. (ب 11-تحقيق كنيد كه براي توليد هريك از تصويرها يا حالتهاي زير ، جسم نوراني بايد در چه فاصله اي از عدسي همگرا قرار گيرد؟محل جسم بين كانون و عدسيروي كانونبين f و 2fروي2fخارج از2fفاصله اي دورتصوير سينمايي روي پرده درست تصوير كوچك روي فيلم عكاسي درست توليد پرتوهاي موازي نور درست توليد لكه نوراني كوچك درستتوليد تصوير روي شبكيه چشم درست 12-الف : شكل (5-53-الف) طيف پيوسته ايجاد شده توسط يك منشور را نشان ميدهد . نام نوارهاي مختلف را مشخص كنيد.جواب:ب: شكل (5-53-ب) نحوه تشكيل رنگين كمان توسط يك قطره باران را نشان ميدهد.ب-1- براي ديدن رنگين كمان بايد رو به خورشيد ايستاد يا پشت به آن ؟جواب : پشت به خورشيدب-2- تركيب نوارهاي رنگي بر روي اين شكل نيز مشخص كنيد .جواب : چون نور خورشيد نور سفيد است ، لذا پرتو هاي آن همان پرتو هاي نشان داده شده در قسمت الف مي باشد.ب-3 - در هر يك از نقاط 1و2و3 ، كدام پديده نوري (بازتابش يا شكست) رخ ميدهد؟جواب :شكستبازتابششكست13 - شكل (5-54) دو ميله شيشه اي هم جنس كه در هوا قرار گرفته اند را نشان ميدهد. اين دو ميله شبيه تارهي نوري هستندالف ) پرتو نوري اي كه از A وارد ميله شده است ، به B مي رسد . ولي پرتو نوري كه از نقطه C وارد مي شود به D نمي رسد . علت را توضيح دهيد .جواب :بعلت وجود بازتابش كلي در مسير C به D. زيرا جنس ميله از شيشه است كه مي توان آنرا منشور در نظر گرفت.ب) مسير پرتو از A تا B را رسم كنيد .جواب : مسير پرتو ها در امتداد طول ميله مي باشند . همانند شكل مقابل: ج) اگر تار نوري برابر2.5*106 m باشد ،نور طول آنرا در مدت زمان 3-10 ثانيه طي خواهد كرد . سرعت نور در شيشه را محاسبه كنيد .x=vt --> v= (2.5*106)/10-3 = 2.5*109د) سرعت نور در خلا 3*108 متر بر ثانيه است . هرگونه اختلافي بين اين عدد و سرعنت نور در شيشه را توضيح دهيد .جواب :از مقايسه عدد بدست آمده بالا با سرعت نور در شيشه كه حدودا 200 هزار كيلومتر بر ثانيه ملاحظه مي شود كه عدد بالا 10 برابر سرعت نور در شيشه است كه بنظر غلط مي آيد. احتمالا در داده هاي قسمت ج بايد اشتباهي شده باشد.
موضوعات مرتبط: فیزیک1
ج: تعريف: هنگامي كه پرتو نوري به طور مايل از يك محيط شفاف (مثل هوا)وارد محيط شفاف ديگري (مثل آب ) مي شود، در سطح جدا كننده دو محيط مسير آن تغيير مي كند، اين پديده را شكست نور مي گويند. در شكل بالاپرتو AC پرتو تابش و پرتو CB پرتو شكست ناميده مي شود و نيز محيطي را كه نور در آن حركت مي كند محيط اول و محيطي را كه در آن شكست مي يابد محيط دوم مي گويند.موارد ساده اي از اين پديده را در شكل زير مشاهده مي كنيد . وسيله هاي آزمايش : ورقه ي مقواي گلاسه يا تلق - چند عدد سنجاق - پرگار - خط کش - ظرف آب - نقاله . الف - بر روي يک ورقه مقواي نسبتاً ضخيم دايره اي با دو قطر عمود بر هم مطابق شکل (٥-١- الف) رسم کنيد. سپس سنجاقي در مرکز دايره و عمود بر مقوا و سنجاق ديگري به همان ترتيب روي محيط دايره درنقطه ي A بر آن فرو کنيد.شکل ٥-١ ب -مطابق شکل (٥-١-ب) مقوا را تانيمه در آب فرو ببريد. به طوري که قطر M M'بر سطح آب مماس شود در اين حالت سنجاق ديگري را عمود بر سطح مقوا بين M ظˆ N جابه جا کنيد تا هر سه سنجاق را در يک راستا ببينيد. در اين حالت سنجاق سوم را بر مقوا فرو کنيد.پ - مقوا را از آب خارج کنيد و نقطه هاي A و B و C را به هم وصل کنيد. چرا سنجاقهاي A و B و C روي يک خط راست نيستند؟ در حالي که وقتي سنجاق A در درون آب قرار داشت هر سه سنجاق در يک راستا به نظر رسيدند.جواب: مطابق شكل مقابل اين پديده به دليل شكست نور سنجاق A وقتي كه از آب خارج مي شود اتفاق مي افتد. هنگامي كه مقوا در داخل آب قرار دارد به دليل پديده شكست نور اندكي بالاتر از محل واقعي ديده مي شود و سه سنجاق A و B و C در يك راستا قرار مي گيرند. اما وقتي كه مقوا را از آب خارج مي كنيم ديگر پرتوهاي تابشي و شكست در يك راستا قرار نمي گيرند. آزمايش شماره ي ١ را براي زاويه هاي تابش١٠؛ و٢٠؛ و٣٠؛ و ٤٠؛ تکرار کنيد. زاويه هاي شکست r در هر آزمايش نسبت به زا ويه تابش i چه تغييري مي كند؟جواب: چون در آزمايش قبل نور سنجاق A از آب( محيط غليظ) وارد محيط رقيق ( هوا) مي شود براي تمام زاويه هاي تابشي زاويه شكست بيشتر خواهد بود.س: تعريف زاويه تابش؟ج: زاويه بين پرتو تابش و خط عمود بر سطح جداكننده دو محيط در نقطه تابش را زاويه تابش مي نامند و با حرف( i) نشان مي دهند. س: تعريف زاويه شكست؟ج: زاويه بين پرتو شكست و خط عمو بر سطح جداكننده دو محيط درنقطه تابش را زاويه شكست مي نامند و با حرف (r) نشان مي دهند.شكل مقابل ، گذر نور از سطح مرزي بين يك محيط شفاف رقيق ، مانند هوا و يك محيط شفاف غليظ مانند شيشه يا آب را نشان مي دهد .زاويه بين باريكه نور وخط عمود بر سطح ، در محيط غليظ تر ، كمتر از محيط رقيق تر است .Eتذكر هاي مهم:1- محيطي كه پرتو تابش در آن قرار دارد محيط اول و محيطي كه پرتو شكست در آن است محيط دوم در نظر گرفته مي شود.2- هرگاه پرتوي بطور عمود بر سطح جدا كننده دو محيط شفاف بتابد، بدون شكست عبور مي كند.3- هرگاه محيط شفاف دوم غليظ تر از محيط شفاف اول باشد، پرتو شكست به خط عمود نزديكتر مي شود و برعكس اگر محيط اول غليظتر از محيط دوم باشد، پرتو شكست از خط عمود دورر مي شود.1- شكست نور در تيغه شيشه اي:مطابق شكل مقابل پرتو (I ) بطور مايل از وجه كناري يك تيغه شيشه اي كلفت به آن مي تابد و هنگام ورود به تيغه در نقطه X مي شكند. سپس به صورت پرتو (R) در داخل تيغه حركت مي كند و يكبار ديگر هنگام خروج از آن در نقطهY مي شكند و به صورت پرتو (E ) از تيغه خارج مي شود. ملاحظه مي كنيدكه پرتو (E ) نسبت به پرتو( I ) جابه جا شده استاما با آن موازي مي باشد. قانون هاي شكست نورپرتو تابش ، خط عمود بر سطح جدا كننده دو محيط در نقطه تابش و پرتو شكست ، در يك صفحه واقعند.نسبت سينوس زاويه تابش به سينوس زاويه شكست ، براي پرتو هايي كه از يك محيط شفاف وارد محيط شفاف ديگري مي شوند مقداري ثابت است.ضريب شكست يك محيط نسبت به خلا (يا بطور تقريبي هوا ) را ضريب شكست مطلق آن محيط گويند. 2- شكست چوب در آب: در شكل زير چوبي در آب نشان داده شده است. وقتي از بالا به آن نگاه مي كنيم، شكسته به نظر مي رسد. زيرا پرتوهايي كه از نقطه B به سطح آب مي رسند، پس از شكست در سطح آب به چشم مي رسند و به نظر مي رسد كه اين پرتوها از نقطه به چشم رسيده اند و انتهاي چوب به جاي B در به نظر مي رسد. به همين ترتيب مي توان نشان داد كه نقطه هاي ديگر چوب هم كه درون آب قرار دارند، بالاتر از جاي واقعي شان ديده مي شوند و به اين سبب چوب شكسته به نظر مي رسد. اگر نور از يك محيط شفاف با ضريب شكست n1 وارد محيط شفاف ديگري با ضريب شكست n2 شود ، بگونه اي كه n1>n2 ، رابطه (5-1) چگونه نوشته مي شود؟n1=sin iهوا /sin Eمحيط 1n2=sin gهوا / sin fمحيط 2n=n1/n2=(sin iهوا /sin Eمحيط 1)/(sin gهوا / sin محيط 2)=sin Eمحيط 1/ sin fمحيط 2 وسيله هاي آزمايش : قطعه شيشه ي ضخيم - وسيله ي توليد باريکه ي نور - يک تکه مقوا - خط کش ١- مطابق شکل (٥-٥) قطعه شيشه ي ضخيم را روي مقوا قرار دهيد و باريکه ي نور را طوري به قطعه شيشه بتابانيد که مسيرنور بر سطح مقوا ديده شود. مسير پرتو تابش SI را براي ورود به اين محيط شفاف و پس از خارج شدن از آن رسم کنيد. ٢- پرتو تابش ورودي به شيشه و پرتو خروجي از شيشه نسبت به هم چگونه اند؟شکل ٥-٥جواب 1:2- پرتو خروجي با پرتو ورودي موازي است. عمق ظاهري و واقعيچرا در نواحي كه ماهي با نيزه شكار مي شود . هميشه شكارچيان نيزه را به موقعيتي پائين تر از محلي كه ماهي را مشاهده مي كنند ، مي زنند ؟ چرا درشكل زير مسير ني در آب شكسته به نظرمي آيد و به ظاهر كمي بالاتر به نظر مي رسد ؟به مدل سازي زير توجه كنيد.قسمت روشن ، ناحيه رقيق و قسمت تيره ، ناحيه غليظ مي باشد.در سمت چپ ناظر قرار دارد . بر روي صفحه تيره رنگ تقه زده و موشواره را به حرکت در آوريد.نقطه زرد رنگ موقعيت عمق ظاهري را نشان ميدهد.در اين پديده پرتوهاي نور از آب وارد هوا شده لذا طوري منحرف مي شوند كه از خط عمود بر سطح دور شوند . اما چشم هميشه عادت دارد اجسام را در مسير مستقيم مشاهده كند . لذا شي آبي رنگ كمي بالاتر به نظر مي آيد . به فيلم زير توجه كنيد . چرا كارت بالاتر به نظر مي رسد؟اگر ماهي از داخل آب به دنياي بيرون نگاه كند اشياء اطراف خود را چگونه مي بيند؟ براي سادگي اشياءي بيرون آب را يك مستطيل در نظر گرفته ايم . سعي كنيد شي(object)را جابجا كنيد و از ديد ماهي به دنياي اطراف نگاه كنيد ! (آنچه که ماهي مشاهده مي کند (image) مي باشد.)همان طور كه مشاهده مي كنيدتصوير دورتر از شي به نظر مي رسد و همچنين تغيير شكل نيز مي يابد. در ضمن شما مي توانيد فاصله چشمهاي ماهي را نيز تغيير دهيد. با رسم حدا قل دو پرتو نشان دهيد كه چرا گربه ، ماهي را نزديكتر و ماهي گربه را دورتر از سطح آب مي بيند؟جواب : از آنجاييكه شكل كتاب كمي شلوغ است ، ما چگونگي نز ديك ديدن سكه زير را به تصوير كشيده ايم . شما مي توانيد با الهام از اين شكل پاسخ اي فعاليت را بدهيد. رابطه (5-2) را براي حالتي كه ناظر در محيط شفاف (1) با ضريب شكست n1 به جسمي در محيط شفاف (2) با ضريب شكست n2 مي نگرد بنويسيد.جواب:رابطه شكست نور با تغيير سرعت نور در دو محيطس: اصل برگشت پذيري نور چگونه است؟ج: در پديده هاي بازتابش يا شكست نور، هرگاه جهت تابش نور عوض شود نور همان مسير قبلي را طي خواهد كرد. به عبارت ديگر مسير نور به جهت تابش آن بستگي ندارد. اين خاصيت را اصل برگشت پذيري نور مي گويند.س: علت شكست نور چيست؟ج: سرعت نور در محيط هاي شفاف مختلف يكسان نيست، بطوريكه بيشترين سرعت آن در خلاء ( يا تقريباً هوا) بوده و برابر 300000 كيلومتر بر ثانيه است. در محيطهتي ديگر مثل آب و شيشه و غيره سرعت نور كمتر از اين مقدار است. لذا هنگامي كه محيط حركت نور از نظر غلظت تغيير ميكند سرعت آن نيز تغيير مي نمايد و با افزايش غلظت سرعت كاهش پيدا مي كندو بر عكس. به اين ترتيب علت شكست نور تغيير سرعت آن هنگام وارد شدن به محيط شفاف دوم است.مادهي شفافسرعت نور به کيلومتر برثانيههواآبشيشهالماس٣٠٠,٠٠٠٢٢٥,٠٠٠٢٠٠,٠٠٠١٢٥,٠٠٠ س: ضريب شكست چيست؟ج: تعريف: نسبت سرعت نور در هوا به سرعت نور در يك محيط شفاف را ضريب شكست آن محيط مي نامند وبا نماد n نشان مي دهيم.اگر سرعت نور در هو ا C و سرعت نور در ماده شفاف V باشد داريم:هر قدر ضريب شكست ماده شفاف بيشتر باشد ( n بزرگتر باشد) نور بيشتر شكسته مي شود يعني زاويه انحراف بيشتر ميشود و به همان ميزان سرعت نور بيشتر كاهش پيدا مي كند.Eتذكر مهم: ضريب شكست هوا ( يا خلاء) برابر 1 در نطر گرفته ميشود. دانستنيها:مقدار سرعت نور - اندازه گيری سرعت نور- آيا ميتوان سرعت نور را تغيير داد؟پاسخ اين پرسشها را در اين مقاله بخوانيد : دانشمندان در سرعت نور دخالت مى كنند سرعت نور در آب است. ضريب شكست آب را تعيين كنيد. سرعت نور در هوا را در نظر بگيريد.جواب: =(3*108)/(2.3*108)=1.3 سرعت نور در شيشه اي است. ضريب شكست اين شيشه را تعيين كنيد.جواب: =(3*108)/(1.8*108)=1.6Eتذكر: نسبت ضريب شكست دو محيط بر هم را ضريب شكست نسبي دو محيط مي نامند.n2= ضريب شكست نسبي-------n1چون ضريب شكست با سرعت نور نسبت وارونه دارد رابطه بين ضريب شكست دو محيط و سرعت نور در آن دو محيط به صورت زير خواهد بود: n2V1-------=-------n1V2سرعت نور درآب ودر نفت 2*108 است. اگر ضريب شكست آب 3/1 باشد ضريب شكست نفت را تعيين كنيد.جواب:n2V1-------=-------n1V22.3*108n2 2.3*108*1.3 -------=------- ==>n2=----------- ==>n2=1.52*1081.3 2*108 تمرين 1با توجه به رابطه سرعت نور در يك محيط شفاف و ضريب شكست آن ، مكانهاي خالي جدول (5-2) را كامل كنيد : سرعت نور km/sضريب شكستيخ2291821.309بنزن1998671.501كربن دي سولفات1842751.628پلي استيرن2013421.49سديم كلرايد1943001.544گلسيرين2036661.473هوا3000001آب2250001.333شيشه1973681.520الماس1250002.4 پاسخ دهيد 1: با استفاده از جدول( 5-2) پاسخ دهيد.الف- ضريب شكست شيشه و آب را با هم مقايسه كنيد.جواب : ضريب شكست شيشه از آب كمتر است .ب- نور يك بار با زاويه تابش( i) از هوا به آب و بار ديگر با همين زاويه تابش به شيشه مي تابد. در كدام مورد زاويه انحراف بزرگتر است و پرتو شكست به خط عمود نزديك تر است؟ چرا؟جواب: هنگامي كه نور به شيشه مي تابد زاويه انحراف آن بيشتر از هنگامي است كه به آب مي تابد و به خط عمود نزديك تر مي شود. زيرا ضريب شكست شيشه از ضريب شكست آب بيشتر است. ب) با افزايش سرعت ، ضريب شكست چگونه تغيير مي كند ؟جواب : كاهش مي يابد.س: زاويه حد چگونه است؟ج: تعريف: در پديده شكست نور هرگاه زاويه شكست به 90 درجه برسد، ( يعني پرتو شكست بر سطح جدايي دو محيط مماس شود) زاويه تابش به مقداري مي رسد كه آنرا زاويه حد دو محيط مي نامند.هر محيط شفاف داراي زاويه حد معيني است. مثلاًزاويه حد آب تقريباً 48 درجه و زاويه حد شيشه در حدود 42 درجه است.Eتذكر مهم: زاويه حد هنگامي به وجود مي آيد كه نور از محيط غليظ وارد محيط رقيق شود.اينجا را كليك كنيد تا بهتر با مفهوم زا ويه حد آشنا شويد اگر نوري از يك محيط شفاف با ضريب شكست n1 وارد محيط شفاف ديگري با ضريب شكست n2 شود ، به گونه اي كهn1>n2 باشد ، رابطه (5-4-ب) چگونه نوشته مي شود ؟جواب : n2=sin ic----- n1س: پديده بازتابش كلي چگونه است؟ج: در پديده شكست نور، اگر زاويه تابش از زاويه حد بيشتر شود، پرتو تابش نمي تواند از محيط غليظ خارج شود و تمام نور از سطح جداكننده دومحيط به درون محيط غليظ باز مي تابد. يعني سطح جداكننده دو محيط مانند يك آينه عمل مي كند. به اين پديده بازتابش كلي ميگويند.به مدل سازي زير توجه كنيد. جنس محيط ها را طوري قرار دهيد تا نور از محيط غليظ وارد محيط رقيق شود .(البته شما در اين مدل سازي پرتوي بازتاب جزيي را نيز مشاهده مي کنيد)سعي كنيد زاويه تابش را به آرامي زياد كنيد ، آيا زاويه شكست بزرگتر از زاويه تابش است؟ آيا مي توانيد زاويه شكست را روي ٩٠ تنظيم كنيد؟اگر زاويه تابش از حالت فوق بيشتر شود آيا پرتويي وارد محيط رقيق خواهد شد ؟س: پديده سراب چگونه است؟ج: پديده سراب معمولاً در بيابان ها و جاده ها در روزهاي گرم اتفاق مي افتد. هر چه به سطح زمين نزديك تر مي شويم دماي لايه هاي هوا بيشتر و در نتيجه رقيق تر مي شود. پرتو هاي نور كه از يك شئي دور مانند درخت به طور مايل به سطح زمين مي تابند، در اثر عبور از لايه هاي غليظ تر به لايه هاي رقيق تر به تدريج به طرف بالا شكست مي يابند تا اين كه در لايه هاي نزديك به سطح زمين زاويه تابش آنها از زاويه حد اين لايه ها بزرگتر شده و بازتاب كلي صورت مي گيرد. پرتوهاي بازتاب پس از شكست هاي متوالي( از لايه هاي رقيق تر به غليظ تر ) به چشم ما مي رسند، در اين صورت لايه هاي نزديك به سطح زمين كه نور را باز مي تابانند مانند سطح آب به نظر مي رسند. فن آوري و كاربرد:س: تار نوري يا لوله نوري چگونه است؟ج: تار نوري ميله شيشه اي بلندي است كه ضخامت آن در حدود كسري از ميلي متر تا 50 ميلي متر است. نور مي تواند درون ميله شيشه اي جلو رود حتي اگر ميله خميده شده باشد. هنگامي كه پرتو نوري از درون ميله به سطح آن بتابد، اگر زاويه ي تابش بزرگتر از زاويه حد باشد، بازتابش كلي نور روي مي دهد و به اين ترتيب نور نمي تواند از ميله خارج شود چنان كه گويي سطح دروني ميله نقره اندود است، در حالي كه چنين نيشت. ميله ي شيشه اي توپر، از درون، يك سطح بازتابنده ي كامل دارد. از كاربرد اين تارها در آندوسكوپي و صنعت مخابرات مي توان نام برد.الف ـ يک تار نوري يا لوله نور، که در آن پرتو نور چند بار باز تابش داخلي پيدا کرده است. ب ـ دسته اي از تارهاي شيشه اي که براي انتقال تصوير استفاده مي شود.س: منشور چيست؟ج: منشور جسم شفاف و سختي است كه معمولاً قاعده آن به شكل مثلث بوده و داراي دو وجه غير موازي است. هرگاه پرتو نور تك رنگي را به يكي از وجه هاي آن بتابانيم، شكسته شده و به طرف قاعده ضخيم منشور منحرف مي شود. با رسم مسير پرتو نور در منشورزاويه انحراف را نشان دهيد.جواب: وسيله هاي آزمايش : چراغ قوه - منشور - يک ورق کاغذ سفيد.در اتاق نسبتاً تاريکي ، باريکه ي نوري را که به وسيله ي يک چراغ قوه پرنور تشکيل داده ايد به يک وجه منشور بتابانيد. (از آويز بلوري چلچراغ ها مي توانيد به جاي منشور استفاده کنيد) در طرف ديگر منشور ، ورق کاغذ سفيدي را در مسير پرتوهاي خروجي قرار دهيد. اگر آزمايش را با دقت انجام دهيد روي سطح کاغذ نورهاي رنگيني را مشاهده خواهيد کرد. در شکل (٥-١٠) ترتيب انجام آزمايش نشان داده شده است. الف - نام اين رنگها را به ترتيب بنويسيد. ب - از اين آزمايش چه نتيجه اي مي گيريد. جواب الف) جواب ب) از اين آزمايش نتيجه مي شود:1- نور سفيد تركيبي از هفت رنگ مختلف است.2- طيف نور سفيد پيوسته است.3- ضريب شكست منشور براي نورهاي مختلف يكسان نيست.4- ضريب شكست منشور براي نور قرمز كمترين و براي نور بنفش بيشترين مقدار را دارد. به اين علت نور قرمز در منشور كمتر از ساير نورها و نور بنفش بيشتر از همه شكست پيدا مي كنند. س: پاشيدگي نور توسط منشور چگونه است؟ج: تعريف: جداسازي رنگهاي نور سفيد به وسيله منشور را پاشيدگي نور مي گويند.س: تعريف طيف نور؟ج: رنگهاي تشكيل دهنده نور سفيد را كه به ترتيب عبارتند از: قرمز، نارنجي، زرد، سبز، آبي، نيلي، بنفش طيف نور سفيد مي نامند. شکل ٥-١١- پاشندگي نور سفيد به وسيله ي منشورس: علت پاشيدگي نور سفيد چيست؟ متفاوت بوده و از هم جدا مي شوند. بطوريكه نور بنفش بيشترين انحراف و قرمز كمترين انحراف را پيدا مي كنند. زيرا ضريب شكست منشور براي نور بنفش از رنگهاي ديگر نور سفيد بيشتر و براي نور قرمز كمتر است. س: كاربرد هاي منشور كدامند؟ج: از منشورها معمولا براي بازتابش كلي و پاشيدگي نور استفاده مي شود.س: منشورهاي بازتابش كلي چه مشخصاتي دارند؟ج: اين منشورها از شيشه اي كه زاويه حد آن 42 درجه است ساخته مي شوند و قاعده آنها به شكل مثلث قائم الزاويه متساوي الساقين است.س: بازتابش كلي در منشورها به چند صورت انجام مي گيرد؟ج: به دو صورت:الف )يك بار بازتابش كلي و انحراف پرتو نوربه اندازه 90 درجه.ب) دو بار بازتابش كلي و انحراف پرتو به اندازه 180 درجه. در شكل مقابل مقطع منشور قائم الزاويه اي متساوي الساقين نشان داده شده است. زاويه حد منشور 42 درجه است. پرتو نور تكرنگي( نوري كه به وسيله منشور پاشيده نمي شود) عمود بر يك وجه آن تابيده است.شکل ٥-19الف- مسير اين پرتو را تا رسيدن به وجه مقابل رسم كنيد.ب- زاويه تابش در داخل منشور چقدر است؟ اين زاويه را با زاويه حد منشور مقايسه كنيد و مسير پرتو را كامل كنيد.2- در شكل مقابل زاويه حدمنشور 42 درجه است مسير پرتو تكرنگ SI را كامل كنيد. جواب الف:چون پرتو SI به طور عمود بر وجه قائم مشور مي تابد، پس بدون شكست وارد منشور مي شود: جواب ب: با توجه به اينكه مجموع زاويه هاي داخلي يك مثلث برابر 180 است براي زاويه تابش در داخل منشور خواهيم داشت:a=180-(45+90)=45i=90-a =90-45=45 چون زاويه تابش در منشور از زاويه حد منشور يعني 42 درجه بيشتر است، پس بازتابش كلي پيدا مي كند و به صورت شكل مقابل از منشور خارج مي گردد. 2- زاويه تابش در داخل منشور برابر است با:a=180-(90+30)=60i=90-60=30چون زاويه تابش در داخل منشور از زاويه حد آن كمتر است، نمي تواند بازتابش كلي پيدا كند لذا از منشور خارج شود و از خط عمود دور مي گردد. بخش دوم، عدسي ها:س: عدسي چيست و در مقابل نور چگونه عمل مي كند؟ج: عدسي جسم شفافي است كه دو طرف آن مقطعي از يك كره يا استوانه مي باشد. عدسي ها ميتوانند پرتوهاي نور را جمع يا باز كنند.س: عدسي ها چند نوعند و تفاوت ظاهري آنها چگونه است؟ج: معمولاً عدسي ها دو نوعند:الف- عدسي هاي همگرا: اين عدسي ها پرتوهاي نور را به يكديگر نزديك مي كنند. از نظر شكل، لبه عدسي نازكتر از وشط آن است و در سه نوع مقابل مي تواند ساخته شود: به دليل برجسته بودنقسمت مياني عدسي هاي همگرا، آنها را محدب يا محدب نيز مي نامند.الف ـ دوکوژب ـ کوژ تختپ ـ هلالي همگرا ب- عدسي هاي واگرا: اين عدسي ها پرتوهاي نور را از هم دور ميكنند .از نظر شكل، لبه عدسي كلفتر از وسط آن است و در سه نوع مقابل مي تواند ساخته شود.الف ـ دو کاوب ـ کاو تختپ ـ هلالي واگرا به دليل گود بودن قسمت مياني عدسي هاي واگرا، آنها را مقعر يا مقعر نيز مي نامند.Eتذكر:1- توجه نماييد كه شكل عدسي ها نمي تواند در همه موارد تعيين كننده نوع آنها باشد.2- براي راحتي در رسم شكل عدسي ها، از علائم مقابل نيز براي نشان دادن نوع عدسي استفاده مي شود: س: دليل همگرايي و يا واگرايي عدسي ها چيست؟ج: هر عدسي همگرا يا واگرا رامي توان تركيبي از چند منشور در نظر گرفت كه روي هم قرار گرفته اند و پرتوهاي نور را به طرف قاعده ضخيم خود منحرف مي كنند.فعاليت 13 :عدسي هاي دو كوژ و دو كاو را بصورت مجموعه اي از منشورها رسم كنيد.روي شكل فوق كليك كنيدروي شكل فوق كليك كنيدس: تصوير يك شئي در يك عدسي همگرا چگونه تشكيل مي شود؟ج: پرتوهايي كه از بالا و پايين يك جسم كه در مقابل عدسي قرار دارد، به عدسي مي رسند، پس از شكست در عدسي و خروج از آن به هم رسيده و تصوير جسم را ايجاد مي كنند. به همين ترتيب پرتوهايي كه از تقاط ديگر به عدسي مي رسند پساز خروج از عدسي در تقاط متناظر آنها در محل تشكيل تصوير به هم مي رسند.س: مشخصات يك عدسي كدامند؟ج: عبارتند از: مركز نوري، مركز انحنا، محور اصلي، كانون اصلي، فاصله كانوني و شعاع عدسي.س: تعريف مركز نوري عدسي؟ج: نقطه اي است بر روي محور اصلي عدسي كه بين دو سطح عدسي قرار دارد. پرتوهايي كه از مركز نوري مي گذرند، منحرف يا شكسته نمي شوند. س: تعريف مركز انحناي عدسي؟ج: مركز كره اي است كه سطح عدسي بخشي از آن است.س: تعريف محور اصلي عدسي؟ج: محور اصلي عدسي خطي است كه مركز انحناي دو سطح عدسي را به هم وصل مي كند.وسيله هاي آزمايش : عدسي همگرا - يک صفحه کاغذ. ١- يک عدسي همگرا را مطابق شکل (٥-26) طوري مقابل خورشيد بگيريد که سطح عدسي روبروي خورشيد باشد. در اين حال يک صفحه ي کاغذ را در طرف ديگر عدسي به آرامي جابه جا کنيد. در وضعي که لکه ي نوراني در سطح کاغذ کوچکترين اندازه را دارد، صفحه را ثابت نگه داريد. محل تشکيل لکه ي روشن را کانون عدسي همگرا مي ناميم. فاصله ي کانون تا مرکز نوري عدسي را ، فاصله ي کانوني عدسي مي ناميم و آن را با f نشان مي دهيم. ٢- همين آزمايش را با طرف ديگر عدسي انجام دهيد و فاصله کانوني عدسي را اندازه گيري کنيد. نتيجه مشاهده خود را در گزارش کار بنويسيد. شکل٥-26- مشاهده ي محل کانون روي صفحه ي کاغذ جواب 1: با انجام اين آزمايش مطابق دستور، محل كانون عدسي مشخص مي شود، اندازه گيري فاصله صفحه كاغذ( كانون عدسي) تا عدسي نيز فاصله كانوني آن( f) معلوم مي گردد.2- اگر آزمايش را با طرف ديگر عدسي تكرار كنيم همان نتيجه حالت قبل به دست مي آيد. نتيجه مي شود يك عدسي داراي دو مانون است كه در طرفين آن و به يك فاصله از عدسي قرار دارند. وسيله هاي آزمايش : عدسي همگرا با پايه ، شمع ، کبريت ، يک ورق کاغذ. اين آزمايش بايد در يک اتاق نسبتاً تاريک انجام شود. ١- به ترتيبي که در آزمايش کنيد 5 شرح داده شد فاصله ي کانوني عدسي را اندازه گيري کنيد. ٢- عدسي را روي پايه نصب کنيد و شمع را روشن کنيد و آنرا مطابق شکل (٥-29) در فاصله اي دورتر از فاصله ي کانوني عدسي، مقابل عدسي قرار دهيد. ورق کاغذ را در طرف ديگر عدسي جابه جا کنيد تا تصوير واضح شمع روي ورق کاغذ مشاهده شود. ٣- شمع روشن را به کانون عدسي نزديک يا از آن دور کنيد و درهريک از اين حالتها تصوير را برروي ورق کاغذ مشاهده کنيد و نتيجه را در گزارشي که تهيه مي کنيد بنويسيد.شکل ٥-29جواب: در اين حالت تصوير ايجاد شده از شمع مطابق تصوير زيرخواهد بود.4- در چه فاصله اي از عدسي اندازه تصوير برابر اندازه جسم است ؟ اين فاصله را با فاصله كانوني عدسي مقايسه كنيد.جواب : زماني كه جسم بر روي مركز عدسي قرار دارد. اين فاصله از فاصله كانوني عدسي بزرگتر است.س: تعريف كانون اصلي عدسي همگرا؟ج: نقطه اي استكه همه پرتوهاي تابش موازي با محور اصلي، پس از شكست به وسيله عدسي در آن نقطه به هم مي رسند. اين كانون حقيقي است و آنرا با حرف F نشان مي دهند. س: تعريف كانون اصلي عدسي واگرا؟ج: نقطه اي است كه همه پرتوهاي تابش موازي با محور اصلي، پس از شكست به وسيله عدسي، ظاهراً از آن نقطه مي آيند. اين كانون مجازي است و آنرا با حرف F نشان مي دهند. س: تعريف فاصله كانوني عدسي؟ج: فاصله بين كانون اصلي و مركز نوري عدسي است و آنرا با حرف f نشان مي دهند.Eتذكر:هر عدسي داراي دو كانون اصلي است كه هر كدام در يك طرف عدسي قرار دارند. هر عدسي نازك داراي دوفاصله كانوني مساوي است و در كتاب درسي فقط اين نوع عدسي ها مطالعه مي شوند.س: تعريف شعاع عدسي؟ج: شعاع عدسي برابر شعاع كرهاي است كه سطح عدسي بخشي از آن كره است. شعاع عدسي را با حرف r نشان مي دهند.Eتذكر: در عدسي هاي نازك شعاع عدسي تقريباً دو برابر فاصله كانوني است: در عدسي هاي نازك شعاع عدسي ، دو برابرفاصله كانوني آن است .R = ٢fس: رسم تصوير در عدسي ها چگونه انجام مي شود؟ج: براي بدست آوردن تصوير در عدسي ها از پرتوهاي راهنما استفاده مي شود.س: پرتوهاي راهنما در عدسي ها كدامند؟ج: از بين بي نهايت پرتوي كه از جسم به عدسي مي رسند، سه عدد از آنها به عنوان پرتو راهنما انتخاب مي شوند كه عبارتند از:1- پرتوي كه موازي محور اصلي به عدسي مي تابد و پس از شكست در عدسي خود يا امتداد كانون عدسي مي گذرد.2- پرتوي كه خود يا امتداد آن از كانون اصلي عدسي مي گذرد و پس از شكست در عدسي به موازات محور اصلي خارج مي شود.3- پرتوي كه از مركز نوري عدسي مي گذرد و بدون شكست خارج مي شود.Eتذكر: براي بدست آوردن تصوير در عدسي ها فقط رسم دو پرتو راهنما كافي است. تصوير در محلي كه اين دو پرتو يا امتداد آنها همديگر را قطع مي كنند، ايجاد مي شود.س: در عدسي همگرا چند نوع تصوير تشكيل مي شود؟ج: عدسي همگرا بر حسب فاصله و محل جسمي كه در مقابل آن قرار دارد، شش نوع تصوير ايجاد مي كند كه مشخصات و كاربرد هر يك در شكلهاي زير مشاهده مي شود:شئ : خارج از مركزتصوير : بين مركز و كانون كوچكتر وارون حقيقيشئ : روي مركزتصوير : روي مركز هم اندازه وارون حقيقيشئ : بين مركز و كانون تصوير : خارج از مركزبزرگتر وارون حقيقيشئ : روي كانونتصوير : تشكيل نمي شود ( واقع در بينهايت )شئ : بين عدسي و كانونتصوير : پشت عدسيبزرگتر مستقيم مجازيشکل٥-32 ١- با توجه به شکل (٥-32) توضيح دهيد اگر نيمه ي بالايي يا پاييني عدسي به وسيله ي کاغذ کدري پوشانده شود آيا تصوير تشکيل مي شود؟ چرا؟ ٢- روشنايي تصوير نسبت به حالتي که نور به تمام سطح عدسي مي تابد چه تفاوتي دارد؟پاسخ الف:با توجه به شكل زير هرگاه نصف عدسي را با كاغذ كدر بپوشانيم تصوير همچنان تشكيل مي شود:پاسخ ب:با پوشاندن نصف عدسي از روشنايي تصوير كاسته مي شود.س: در عدسي واگرا چند نوع تصوير تشكيل مي شود؟ج: در عدسي واگرا از جسمي كه در مقابل آن قرار دارد هميشه يك نوع تصوير كوچكتر، مستقيم و مجازي ايجاد مي كند.به مدل سازي زير توجه كنيد . سعي كنيد موقعيت شئ را جابجا كنيد . تصوير در چه ناحيه اي تشكيل مي شود و داراي چه ويژگي است؟ . شئ : در مقابل عدسي مقعرتصوير : بين عدسي و كانون ( پشت عدسي )كوچكتر مستقيم مجازيEتذكر: در رسم پرتوهاي نور در عدسي ها به نكته هاي زير توجه كنيد:1- تمام پرتوهاي حقيقي به صورت خط هاي ممتد رسم مي شوند.2- پرتوهاي مجازي و تصويرهاي مجازي به صورت خط هاي نقطه چين رسم مي شوند.س: فرمول عدسي ها چگونه است؟ج: در عدسي ها نيز همچون آينه هاي كروي بين فاصله جسم تا عدسي( p) و فاصله تصوير تا عدسي( q) و فاصله كانوني عدسي( f) رابطه زير برقرار است:Eتذكر: به منظور انجام محاسبات در عدسي ها از همان قراردادهايي كه در مورد آينه كروي بكار برديم نيز استفاده مي كنيم، كه عبارتند از:1- مركز نوري عدسي مبدأ اندازه گيري تمام فاصله ها است.2- اگر تصوير و كانون، حقيقي باشند فاصله آنها از عدسي با علامت مثبت و اگر هر يك از آنها مجازي باشند فاصله آن از عدسي، منفي فرض مي شود.جسمي در فاصله 20 سانتي متري يك عدسي همگرا قرار داده شده است. اگر شعاع عدسي 30 سانتي متر باشد، فاصله تصوير تا عدسي و نوع تصوير را تعيين كنيد.جواب: چون q مثبت است پس تصوير حقيقي مي باشد. جسمي در فاصله 12 سانتي متري از يك عدسي قرار دارد و تصوير مجازي و بزرگتر از آن در فاصله 60 سانتي متري عدسي ايجاد شده است. نوع عدسي و فاصله كانوني آنراتعيين كنيد.جواب: از مجازي بودن تصوير نمي توان به نوع عدسي پي برد زيرا تصوير در عدسي واگرا هميشه مجازي است و عدسي همگرا نيز مي تواند تصوير مجازي ايجاد كند. اما چون تصوير مجازي بزرگتر از جسم است پس عدسي همگرا مي باشد زيرا عدسي واگرا تصوير هميشه كوچكتر از جسم است.مثال 2: جسمي به فاصله 25 سانتي متر در مقابل يك عدسي قراردارد و تصوير مجازي و كوچكتر آن به فاصله 18 سانتي متر از جسم ايجاد شده است. نوع عدسي و فاصله كانوني آنرا تعيين كنيد.جواب:چون تصوير مجازي كوچكتر از جسم است پس عدسي واگرا مي باشد. زيرا در عدسي همگرا تصوير مجازي هميشه از جسم بزرگتر است. با توجه به چگونگي ايجاد تصوير در عدسي واگرا خواهيم داشت: س: تعريف بزرگنمايي خطي در عدسي ها؟ج: بزرگنمايي خطي در عدسي ها برابر نسبت اندازه تصوير به اندازه شئي است و آنرا با حرف mنشان مي دهد. در شكل مقابل ، شئ AB در مقابل يك عدسي محدب قرار گرفته و عدسي ، تصويري بزرگتر از خود شئ ايجاد كرده است . در اين شكل ، طول تصوير ، دو برابر طول شئ است بنابراين بزرگنمايي تصوير برابر ٢ است .رابطه ساده زير بين بزرگنمايي تصوير و فاصله هاي شئ و تصوير از عدسي وجود دارد .بنابر اين در مثال شكل فوق ، فاصله تصوير از عدسي نيز ٢ برابر فاصله شئ از عدسي است .هرچه تصوير دورتر ايجاد شود ، اندازه آن بزرگتر است .به مدل سازي زير توجه كنيد . بزرگنمايي در اين مدل سازي برابر Mمي باشد . سعي كنيد موقعيت شي را تغيير دهيد آيا بزرگنمايي تغيير مي كند؟ با تقه زدن بر روي )( نوع عدسي را تغيير دهيد.بزرگنمايي در چه تغييري ميکند؟س: توان عدسي چگونه است؟ج: تعريف: توانايي عدسي در همگرا و يا واگرا كردن پرتوها را توان عدسي مي گويند و بنا به تعريف برابر معكوس فاصله كانوني عدسي است. توان عدسي را با حرف D نشان مي دهند و يكاي آن ديوپتر( d) است. توان عدسيEتذكر: 1- دقت نماييد در اين رابطه مقدار f ( فاصله كانوني عدسي) را حتماً بايد بر حسب متر قرار داد.2- توان عدسي همگرا مثبت وتوان عدسي واگرا منفي است.3- از توان عدسي و يكاي آن ديوپتر، بيشتر در چشم پزشكي وعينك سازي استفاده مي شود.براي مشخص كردن (عدسي) يك عينك از «نمره» استفاده ميكنند . شايد شنيده باشيد كه نمره عينك مثلاً ٥/٠ يا ١ يا ٢ . . . ٨ باشد . همچنين مشاهده نموده ايد كه هرچه نمره عينك زياد باشد ، عدسي استفاده شده در عينك قطورتر مي باشد و اصطلاحاً به آن "ته استكاني" مي گويند . با توجه به اين مطلب و درس گذشته مي توان نتيجه گرفت كه هر چه نمره عدسي عينك بيشتر باشد عدسي قطورتر و هر چه عدسي قطورتر باشد فاصله كانوني آن كمتر مي باشد .به مدل سازي زير توجه كنيد : پس نمره عينك رابطه عكس با فاصله كانوني دارد . اصطلاحاً به نمره عدسي (كه عكس فاصله كانوني است) توان عدسي گفته ميشود .س: تعريف يك ديوپتر؟ج: يك ديوپتر توان يك عدسي با فاصله كانوني يك متر است.فاصله كانوني هر يك از يك از عدسي هايي كه شكل آنها در جدول زير آمده را با اعداد داده شده مقايسه و سپس جدول را كامل كنيد .( عدسي ها هم جنس اند)-15 Cm , -5 Cm , 5 Cm , 20 Cmعدسي هافاصله كانوني15-5-205توان عدسي6.6D20D5D20Dيك عدسي همگرا به توان+2.5 d براي اصلاح بينايي يك شخص دوربين به كار مي رود حساب كنيد:الف) فاصله كانوني اين عدسي را.ب) محل و نوع تصوير جسمي را كه در فاصله يك متري از اين عدسي قرار دارد.جواب: الف) ب) چون جسم در خارج از C قرار دارد، تصوير آن حقيقي، كوچكتر از جسم، وارونه و در پشت عدسي تشكيل مي شود. چرا در آب نمي توان اجسام اطراف خود را خوب ديد؟جواب: با توجه به شكستي كه آب در پرتوهاي دريافتي از اجسام به عدسي چشم ايجاد ميكند ، تصوير اجسام دقيقا بر روي شبكيه تشكيل نشده ، لذا اجسام مات بنظر مي رسند. تحقيق كنيد كه چرا روي صفحه تلويزيون و يا پرده سينما تصاوير را بطور پيوسته مي بينيد؟جواب : چون سرعت پخش فريمها بالاست لذا امكان تشخيص ناپيوسته گي تصاوير براي چشم نمي باشد.س: ابزارهاي نوري چگونه اند؟ج: ابزارهاي نوري وسايلي هستند كه توانايي چشمان ما را افزايش مي دهند. برخي از اين ابزارها عبارتند از: ذره بين، دوربين دو چشمي، دوربين نجومي و ميكروسكوپ.س: ذره بين چگونه است؟ج: ساده ترين ابزار نوري يك عدسي همگرا با فاصله كانوني چند سانتي متر است كه براي ايجاد تصويري مستقيم، بزرگتر و مجازي از اشياي كوچك بكار مي رود. عدسي همگرا با اين كاربرد، ذره بين ناميده مي شود. در اين حالت شئي بايد بين كانون( F ) و عدسي قرار گيرد. س: ساختمان و طرز كار يك ميكروسكوپ ساده چگونه است؟ج: يك ميكروسكوپ ساده از دو عدسي همگرا تشكيل مي شود. عدسي نزديك به شئي كه آنرا عدسي شئي مي نامند، داراي فاصله كانوني كم( حدود چند ميلي متر) است(F1 ) . اين عدسي از شئي ريزي كه بين F1 و2F1 قرار دارد، تصويري حقيقي، وارونه و بزرگتر(I1) را ايجاد مي كند. عدسي ديگر مقابل چشم قرار دارد و عدسي چشمي ناميده مي شود. فاصله كانوني اين عدسي ( F2) از فاصله كانوني عدسي شئي بزرگتر است( حدود چند سانتي متر). عدسي چشمي مثل يك ذره بين عمل مي كند و براي بزرگ كردن تصوير اول I1 به كار مي رود. بنابراين تصوير اول براي عسي چشمي مثل يك شئي محسوب مي شود و بايد در داخل فاصله f2 قرار مي گيرد. به اين ترتيب تصوير نهايي2 I به صورت مجازي و بزرگتر و وارونه نسبت به شئي مطابق شكل زير ايجاد مي شود: س: ساختمان و طرز كار يك دوربين نجومي ساده( تلسكوپ) چگونه است؟ج: در ساختمان يك دوربين نجومي ساده نيز همچون ميكروسكوپ از دو عدد عدسي همگرا استفاده مي شود. اما برعكس ميكروسكوپ، عدسي شئي تلسكوپ داراي فاصله كانوني بزرگ و گشودگي (قطر) زياد است. اين قطر زياد باعث مي شود پرتوهاي بيشتري وارد دوربين گردد. اين عدسي از شئي دور تصوير حقيقي، وارونه و كوچكتر I1 را در كانوناصلي خود( F1) تشكيل مي دهد. عدسي چشمي نيز داراي فاصله كانوني كوچك است، مثل ذره بين عمل مي كند. براي تشكيل تصوير نهايي، عدسي چشمي را چنان تنظيم مي كنند كه كانون آن (F2 ) تقريباً به كانون عدسي شئي ( F1) منطبق شود. در اين صورت تصوير I1 براي عدسي چشمي مثل يك شئي حقيقي محسوب شده و تصوير نهايي I2 در بي نهايت تشكيل مي شود. پرتوهايي كه به چشم مي رسند موازي هستند و به نظر مي رسند از يك تصوير مجازي نهايي و وارونه در بي نهايت مي آيند. خلاصه فصل1- تغيير مسير پرتو نور در مرز دو محيط شفاف، شكست نور ناميده مي شود.2- بنا به اصل برگشت پذيري نور، مسير پرتوهاي نور به جهت تابش آنها بستگي ندارد. يعني اگر در پديده شكست نور جهت تابش پرتو نور عوض شود، نور همان مسير قبلي را طي خواهد نمود.3- علت شكست نور تغيير سرعت آن در مرز دو محيط شفاف است.4- نسبت سرعت نور در هوا( C ) به سرعت نور در يك محيط شفاف( V) را ضريب شكست آن محيط مي نامند و با نماد n نشان مي دهند.C سرعت نور در خلاء( يا تقريباً هوا) است كه برابر مي باشد.5- هر چقدر ضريب شكست يك محيط شفاف بيشتر باشد، نور در آن بيشترمي شكند و نيز سرعت نور در آن كمتر مي شود.6- ضريب شكست خلاء( يا تقريباً هوا) برابر يك در نظر گرفته مي شود.7- نسبت ضريب شكست دو محيط برهم را ضريب شكست نسبي دو محيط مي نامند.8- رابطه بين ضريب شكستها و سرعتهاي نور در دو محيط شفاف به صورت زير است:9- در پديده شكست نور، هرگاه زاويه شكست 90 درجه باشد زاويه تابش را زاويه حد دو محيط مي نامند.10- در پديده شكست نور، هرگاه زاويه تابش نور در محيط غليظ از زاويه حد بيشتر باشد، پديده بازتابش كلي اتفاق مي افتد. در اين حالت تمامي پرتوهاي نور از سطح جداكننده دو محيط به محيط غليظ باز تابيده مي شوند. 11- منشور جسم شفاف و سختي است كهمعمولاً قاعده آن به شكل مثلث بوده و داراي دو وجه غير موازي است. هرگاه پرتو نور يك رنگي به يكي از وجه هاي آن بتابد، شكسته شده و به طرف قاعده ضخيم منشور منحرف مي شود. از منشورها معمولاً براي بازتابش كلي و پاشيدگي نور استفاده مي شود.12- منشورهاي بازتابش كلي از شيشه اي با زاويه حد 42 درجه و قاعده اي به شكل مثلث قائم الزاويه متساوي الساقين ساخته مي شوند. اين منشورها مي توانند پرتوهاي نور را به دو صورت بازتابش كلي و منحرف نمايند:الف) يك بار بازتابش كلي و انحراف به اندازه 90 درجه.ب) دو بار بازتابش كلي و انحراف به اندازه 180درجه. 13- جدا سازي رنگهاي نور سفيد به وسيله منشور را پاشيدگي نور مي نامند.14- رنگهاي تشكيل دهنده نور سفيد را طيف نور سفيد مي نامند. اين رنگها به ترتيب عبارتند از : قرمز، نارنجي، زرد، سبز، آبي، نيلي، بنفش.15- علت پاشيدگي نور توسط منشور آن است كه ضريب شكست منشور براي نورهاي مختلف يكسان نيست و به همين دليل انحراف آنها پس از خروج از منشور متفاوت بوده و از هم جدا مي شوند. در اين پديده نور بنفش بيشترين انحراف و نور قرمز كمترين انحراف را پيدا مي كنند.16- عدسي ها اجسام شفافي هستند كه مي توانند پرتوهاي موازي نور را بعد از عبور از خود در يك نقطه جمع كنند يااز هم دور نمايند. به اين جهت به دو نوع همگرا يا واگرا تقسيم مي شوند.17- در عدسي هاي همگرا معمولاً لبه عدسي نازكتراز قسمت مياني است و به اين خاطر آنها را كوژ يا محدب نيز مي نامند. همچنين در عدسي هاي واگرا معمولاً قسمت مياني نازكتر از لبه عدسي است و به اين خاطر آنها را كاو يا مقعر نيز مي نامند.18- علت همگرايي يا واگرايي عدسي ها آنست كه هر عدسي را مي توان تركيبي از چند منشور در نظر گرفت كه روي هم قرار گرفته اند و پرتوهاي نور را به طرف قاعده ضخيم خودمنحرف مي كنند.19- يك عدسي با موارد زير مشخص مي شود:مركز نوري، مركز انحنا، محور اصلي، كانون اصلي و شعاع عدسي.ـ براي تعريف هر يك از اين موارد به متن درس مراجعه نماييد).20- هر عدسي داراي دو كانون اصلي است كه در طرفين آن قرار دارند و بين فاصله كانوني عدسي ( f) و شعاع آن(r) رابطه زير برقرار است:21- براي رسم تصوير در عدسي ها از پرتوهاي راهنما استفاده مي شود. اين پرتوها عبارتند از:الف) پرتوي كه موازي محور اصلي به عدسي مي تابد و پس از شكست در عدسي خود يا امتداد كانون عدسي مي گذرد.ب) پرتوي كه خود يا امتداد آن از كانون اصلي عدسي مي گذرد و پس از شكست در عدسي به موازات محور اصلي خارج مي شود.پ) پرتوي كه از مركز نوري عدسي مي گذرد و بدون شكست خارج مي شود.22- در عدسي همگرا بر حسب فاصله و محل جسمي كه در مقابل آن قرار دارد، شش نوع تصوير ايجاد مي شود. هنگامي كه جسم در داخل فاصله كانوني عدسي قرار دارد تصوير آن مجازي و مستقيم است. اما در بقيه موارد تصويرها هميشه حقيقي و وارونه هستند.33- عدسي واگرا از جسمي كه در مقابل آن قرار دارد هميشه يك نوع تصوير كوچكتر،مستقيم و مجازي ايجاد مي كند.24- در عدسي ها، بين فاصله جسم تا عدسي( p ) و فاصله تصوير تا عدسي( q ) و فاصله كانوني عدسي(f )رابطه زير برقرار است:در اين رابطه هرگاه كانون يا تصوير مجازي باشد، علامت آنرا منفي در نظر مي گيريم.25- بزرگنمايي خطي در عدسي ها برابر نسبت اندازه تصوير( A'B') به اندازه جسم(AB) است، و آنرا با حرفm نشان مي دهند:m=A'B'/AB=q/p26- توانايي عدسي در همگرا يا واگرا كردن پرتوهاي نور را توان عدسي مي نامند و بنا به تعريف برابر معكوس فاصله كانوني عدسي( بر حسب متر) است. توان عدسي را با حرف D نشان مي دهند و يكاي آن ديوپتر( d) است:توان عدسي همگرا مثبت و توان عدسي واگرا منفي است.27- يك ديوپتر توان عدسي است كه فاصله كانوني آن يك متر باشد.28- ابزارهاي نوري وسايلي هستند كه توانايي چشمان ما را افزايش مي دهند. برخي از اين ابزارها عبارتند از: ذره بين، دوربين دوچشمي، دوربين نجومي، يا تلسكوپ و ميكروسكوپ.29- ذره بين يك عدسي همگرا با فاصله كانوني چند سانتي متر است و از اشيايي كه در داخل فاصله كانوني آن قرار مي گيرند، تصويري مستقيم، بزرگتر و مجازي ايجاد مي كند.30- يك ميكروسكوپ ساده از دو عدسي همگرا تشكيل مي شود. عدسي كه در مقابل جسم ريز قرار دارد و داراي فاصله كانوني كوچكي است، عدسي شئي ناميده مي شود و عدسي را كه در مقابل چشم قرار دارد و داراي فاصله كانوني بزرگتري است، عدسي چشمي مي نامند. عدسي ها را طوري تنظيم ميك نند كه تصوير عدسي شئي در داخل فاصله كانوني عدشي چشمي قرار گيرد، در اين صورت تصوير نهاييدر ميكروسكوپ به صورت مجازي، بزرگتر و وارونه نسبت به شئي تشكيل مي شود.31- يك تلسكوپ ساده از دو عدسي همگرا تشكيل مي شود. عدسي كه در مقابل جسم دور قرار دارد و داراي قطر و فاصله كانوني بزرگي است. عدسي شئي ناميده مي شود و عدسي را كه در مقابل چشم قرار دارد و داراي فاصله كانوني كوچكي است، عدسي چشمي مي نامند. عدسي ها را طوري تنظيم مي كنند كه تصوير عدسي شئي كه در محل كانون آنست تقريباً بر روي كانون عدسي چشمي نيز قرار گيرد( در اين حالت تقريباً دو كانون بر هم منطبق هستند). در اين صورت تصوير نهايي در بي نهايت تشكيل مي شود و پرتوهاي نوري كه بر چشم مي رسند، به نظر مي آيند كه از يك تصوير مجازي و وارونه در بي نهايت مي آيند.پاسخ تمرين هاي فصل پنجم1- شكل زير مسير نور را در دو محيط نشان مي دهد. با توجه به شكل،به پرسش هاي زير پاسخ دهيد.الف- سرعت نور در كدام يك از دو محيط بيشتر است؟ب- زاويه تابش و زاويه شكست چقدر است؟جواب الف: چون پرتو شكست نسبت به پرتو تابش از خط عمود دورتر شده است، نتيجه مي شود محيط(2) از محيط(1) رقيق تر است(يعني ) لذا سرعت نور در محيط (2) بيشتر از سرعت نور در محيط(1) خواهد بود.جواب ب: مطابق شكل مقابل نتيجه مي شود:2- شكل مقابل مسير نور را هنگام گذر از يك محيط شفاف به هوا نشان مي دهد.عبارت هاي زير را كامل كنيد.الف- از اين شكل معلوم مي شود زاويه...........در محيط شفاف 45 درجه است.ب- هرگاه نور با زاويه تابش ............. از 45 درجه بتابد از اين محيط............. مي شود.پ- هرگاه نور با زاويه تابش...............از 45 درجه بتابد.............رخ مي دهد.جواب الف- از اين شكل معلوم مي شود زاويه.تابش در محيط شفاف 45 درجه است.جواب ب- هرگاه نور با زاويه تابش كمتر از 45 درجه بتابد از اين محيط.خارج مي شود.جواب پ- هرگاه نور با زاويه تابش.بيشتر از 45 درجه بتابد.بازتابش كلي رخ مي دهد.3- پرتو هاي تابش با زاويه يكسان از هوا به سه محيط با ضريب شكست متفا وت تابيده است. با رسم شكل توضيح دهيد:پ:الماسالف :شيشه ب:آب همانگونه كه ميدانيد : هرچه قدر ضريب شكست بيشتر باشد ، پرتو شكسته شده به خط عمود نزديكتر مي شود. لذا همانند اشكال بالا مي بينيد كه الماس بشترين شكست و آب كمترين شكست را در پرتو تابيده شده ايجاد نموده است .4- در شكل مقابل زاويه حد منشور 42 درجه است و پرتو SI عمود بر وجه AB تابيده است. مسير نور را پس از ورود به منشور و خارج شدن از آن رسم كنيد.جواب: مطابق جواب تمرين 2 داخل درس نتيجه مي شود: 5- الف- ظرفي ( با بدنه غير شفاف) را روي ميز بگذاريد و سكه اي را در كف ظرف قرار دهيد.ب- در فاصله اي از ميز بايستيد كه اگر قدري نزديك تر شويد سكه ديده مي شود. ولي در جايي كه شما ايستاده ايد ديده نشود.پ- در همان حال از كسي( مثلاً از يكي از دوستان خود) بخواهيد كه به آرامي درون ظرف آب بريزد. آنچه مشاهده مي كنيد و علت آنرا توضيح دهيد.جواب: اين امر به دليل پديده عمق ظاهري اتفاق مي افتد به شكل مقابل توجه كنيد. 6- تحقيق كنيد كه معمولاً از چه نوع عدسي به عنوان ذره بين استفاده مي شود. چرا؟ چگونگي استفاده را توضيح دهيد.جواب: از عدسي همگرا با فاصله كانوني كم به عنوان ذره بين استفاده مي شود. براي استفاده جسم ريز را بايد در داخل فاصله كانوني عدسي قرار دهيم، در اين صورت تصوير نجازي و بزرگتر از جسم تشكيل مي شود. 7- الف- جسمي را يك بار در فاصله 15 سانتي متري و ب) بارديگر آن را در فاصله 5 سانتي متري عدسي همگرايي به فاصله كانوني 10cm قرار مي دهيم. فاصله تصوير و بزرگنمايي عدسي را در هر يك ازدو حالت حساب كنيد.جواب: الف- چون q1 مثبت است در اين حالت تصوير حقيقي است.ب) چون q2 منفي است در اينحالت تصوير مجازي است.8-الف- توان عدسي همگرايي 10 ديوپتر است. جسمي به طول 5/1 سانتي متر را به فاصله 5 سانتي متري اين عدسي قرار ميدهيم. محل تصوير و طول تصوير را بدست آوريد.ب) شكل آنرا رسم كنيد.جواب: (الف چون A'B'منفي است، تصوير مجازي مي باشد.ب) 9- جسمي به طول 4cm در فاصله 24 سانتي متري عدسي واگرايي به فاصله كانوني 8 سانتيمتر قرار دارد.الف- فاصله تصوير از عدسي و طول تصوير را بدست آوريد.ب- توان عدسي را محاسبه كنيد پ- شكل را با مقياس4/1 رسم كنيد.جواب:(الف ب) پ)10- شكل زير ساختمان يك دوربين عكاسي را نشان مي دهد كه فاصله ي فيلم (پرده) از عدسي آن برابر 5cm است. هرگاه فاصله ي شئي از عدسي برابر 100cm باشد تصوير واضحي از آن بر روي فيلم ايجاد مي شود.الف- طول تصوير روي فيلم چند برابر جسم است؟ب- فاصله كانوني عدسي را حساب كنيد. جواب: با توجهبه اينكه تصوير روي فيلم ايجاد مي شود خواهيم داشت:الف) پس طول تصوير20/1طول جسم است. (ب 11-تحقيق كنيد كه براي توليد هريك از تصويرها يا حالتهاي زير ، جسم نوراني بايد در چه فاصله اي از عدسي همگرا قرار گيرد؟محل جسم بين كانون و عدسيروي كانونبين f و 2fروي2fخارج از2fفاصله اي دورتصوير سينمايي روي پرده درست تصوير كوچك روي فيلم عكاسي درست توليد پرتوهاي موازي نور درست توليد لكه نوراني كوچك درستتوليد تصوير روي شبكيه چشم درست 12-الف : شكل (5-53-الف) طيف پيوسته ايجاد شده توسط يك منشور را نشان ميدهد . نام نوارهاي مختلف را مشخص كنيد.جواب:ب: شكل (5-53-ب) نحوه تشكيل رنگين كمان توسط يك قطره باران را نشان ميدهد.ب-1- براي ديدن رنگين كمان بايد رو به خورشيد ايستاد يا پشت به آن ؟جواب : پشت به خورشيدب-2- تركيب نوارهاي رنگي بر روي اين شكل نيز مشخص كنيد .جواب : چون نور خورشيد نور سفيد است ، لذا پرتو هاي آن همان پرتو هاي نشان داده شده در قسمت الف مي باشد.ب-3 - در هر يك از نقاط 1و2و3 ، كدام پديده نوري (بازتابش يا شكست) رخ ميدهد؟جواب :شكستبازتابششكست13 - شكل (5-54) دو ميله شيشه اي هم جنس كه در هوا قرار گرفته اند را نشان ميدهد. اين دو ميله شبيه تارهي نوري هستندالف ) پرتو نوري اي كه از A وارد ميله شده است ، به B مي رسد . ولي پرتو نوري كه از نقطه C وارد مي شود به D نمي رسد . علت را توضيح دهيد .جواب :بعلت وجود بازتابش كلي در مسير C به D. زيرا جنس ميله از شيشه است كه مي توان آنرا منشور در نظر گرفت.ب) مسير پرتو از A تا B را رسم كنيد .جواب : مسير پرتو ها در امتداد طول ميله مي باشند . همانند شكل مقابل: ج) اگر تار نوري برابر2.5*106 m باشد ،نور طول آنرا در مدت زمان 3-10 ثانيه طي خواهد كرد . سرعت نور در شيشه را محاسبه كنيد .x=vt --> v= (2.5*106)/10-3 = 2.5*109د) سرعت نور در خلا 3*108 متر بر ثانيه است . هرگونه اختلافي بين اين عدد و سرعنت نور در شيشه را توضيح دهيد .جواب :از مقايسه عدد بدست آمده بالا با سرعت نور در شيشه كه حدودا 200 هزار كيلومتر بر ثانيه ملاحظه مي شود كه عدد بالا 10 برابر سرعت نور در شيشه است كه بنظر غلط مي آيد. احتمالا در داده هاي قسمت ج بايد اشتباهي شده باشد.
موضوعات مرتبط: فیزیک1
تاريخ : سه شنبه بیست و چهارم اردیبهشت ۱۳۹۲ | 17:24 | نویسنده : گلزار آذران |