جواب فعالیت های فصل ۱۵ علوم هشتم؛ شکست نور – صفحه ۱۳۷ تا ۱۴۳

هدف آزمایش: بررسی شکست نور در یک تیغهٔ شیشه‌ای
مواد و وسایل: چراغ قوه یا لیزر مدادی، تیغهٔ شیشه‌ای

روش اجرا

۱ـ تیغهٔ شیشه‌ای را روی سطح میز قرار دهید و باریکهٔ نور را به‌طور عمود بر یکی از وجوه آن بتابانید (شکل الف).

۲ـ با توجه به مسیر باریکهٔ نور پس از عبور از تیغهٔ شیشه‌ای، امتداد باریکهٔ نور را در شکل الف کامل کنید.

۳ـ آزمایش را برای حالتی که مطابق شکل ب تیغهٔ شیشه‌ای اندکی چرخیده است، انجام دهید. با توجه به نتیجهٔ آزمایش، امتداد باریکهٔ نور را روی شکل ب کامل کنید.

پاسخ و راهنمای رسم شکل الف: وقتی باریکه نور عمود بر سطح تیغه شیشه‌ای وارد می‌شود، مسیر آن تغییر جهت نمی‌دهد؛ بنابراین امتداد پرتو را به صورت یک خط راست در داخل تیغه و پس از خروج از آن رسم کنید.

پاسخ و راهنمای رسم شکل ب: وقتی تیغه کمی چرخانده می‌شود، نور به صورت مایل به سطح جدایی هوا و شیشه می‌تابد.

هنگام ورود از هوا، یعنی محیط رقیق‌تر، به شیشه، یعنی محیط غلیظ‌تر، پرتو به خط عمود نزدیک‌تر می‌شود.
هنگام خروج از شیشه و ورود دوباره به هوا، پرتو از خط عمود دورتر می‌شود.

در یک تیغه شیشه‌ای با دو سطح موازی، پرتوی خارج‌شده در نهایت با پرتوی اولیه موازی است، اما نسبت به مسیر اولیه مقداری جابه‌جایی جانبی دارد.

پاسخ: محیط شفاف دوم رقیق‌تر است.

در شکل، پرتو هنگام ورود از محیط اول به محیط دوم از خط عمود دور می‌شود. نور هنگام رفتن از محیط شفاف غلیظ‌تر به محیط شفاف رقیق‌تر به این صورت می‌شکند؛ بنابراین محیط اول غلیظ‌تر و محیط دوم رقیق‌تر است.

درون کاسه یا لیوان کدری که روی میز قرار دارد، سکه‌ای بیندازید. یکی از افراد گروه مطابق شکل الف آنقدر از میز دور شود تا بتواند سکه را درست از لبهٔ کاسه ببیند.

سپس از دوست خود بخواهید تا کمی عقب‌تر برود به‌طوری که سکهٔ درون کاسه را نبیند (شکل الف). اکنون به آرامی درون کاسه آب بریزید (شکل ب) تا دوستتان دوباره سکه را ببیند. علت دیده شدن سکه را در گروه خود به بحث بگذارید و نتیجه را به کلاس گزارش کنید.

پاسخ: پیش از ریختن آب، نور سکه در مسیر مستقیم حرکت می‌کند و به علت قرار گرفتن لبه کاسه در مسیر دید، به چشم ناظر نمی‌رسد؛ بنابراین سکه دیده نمی‌شود.

پس از ریختن آب، نور سکه هنگام عبور از آب به هوا در سطح آب می‌شکند و مسیرش تغییر می‌کند. بعضی از پرتوهای شکسته‌شده اکنون می‌توانند از بالای لبه کاسه عبور کنند و به چشم ناظر برسند؛ بنابراین سکه دوباره دیده می‌شود.

چشم امتداد پرتوهای رسیده را به صورت خط راست در نظر می‌گیرد؛ به همین دلیل سکه در آب بالاتر از محل واقعی خود به نظر می‌رسد.

هدف آزمایش: مسیر نور در منشور
مواد و وسایل: منشور، لیزر مدادی

پاسخ و راهنمای رسم: پرتو هنگام ورود از هوا به منشور شیشه‌ای به علت ورود از محیط رقیق‌تر به محیط غلیظ‌تر، به طرف خط عمود می‌شکند.

هنگام خروج از منشور و ورود به هوا، پرتو از خط عمود دور می‌شود.

چون دو وجه منشور نسبت به یکدیگر موازی نیستند، جهت نهایی پرتو پس از خروج از منشور با جهت اولیه آن متفاوت خواهد بود. امتداد پرتو خروجی را مطابق همین دو شکست روی شکل رسم کنید.

الف) جاهای خالی را با توجه به شکل ۵ و پدیدهٔ شکست نور پرکنید.

باریکهٔ نور هنگام ورود از هوا به منشور، طوری شکسته می‌شود که به خط عمود ……… شود.

همچنین هنگام خروج باریکهٔ نور از منشور به هوا، طوری شکسته می‌شود که از خط عمود ……… شود.

پاسخ:
باریکهٔ نور هنگام ورود از هوا به منشور، طوری شکسته می‌شود که به خط عمود نزدیک شود.همچنین هنگام خروج باریکهٔ نور از منشور به هوا، طوری شکسته می‌شود که از خط عمود دور شود.

الف) باریکهٔ نوری که توسط چراغ قوه تشکیل داده‌اید به یک وجه منشور بتابانید. در طرف دیگر منشور، پرده یا یک ورق کاغذ سفید را در مسیر نور خروجی از منشور قرار دهید (مطابق شکل صفحهٔ بعد). نتیجهٔ فعالیت را در گروه خود به بحث بگذارید.

توجه: بهتر است این فعالیت در محیطی نسبتاً تاریک انجام شود.

ب) ظرف نسبتاً بزرگی را مطابق شکل روبه‌رو از آب پر کنید و آن را مقابل نور مستقیم آفتاب قرار دهید؛ سپس یک آینهٔ تخت را به‌طور کج درون آب قرار دهید. در این حالت قسمتی از آب که جلوی آینه قرار دارد، مانند یک منشور عمل می‌کند. ظرف را آن قدر جابه‌جا کنید تا طیف نور خورشید روی یک مقوای سفید رنگ تشکیل شود.

پاسخ الف: پس از عبور نور سفید چراغ قوه از منشور، نور در اثر شکست و تفاوت میزان شکست رنگ‌های مختلف، به رنگ‌های تشکیل‌دهنده خود پاشیده و تجزیه می‌شود و روی پرده یک نوار رنگی یا طیف تشکیل می‌شود.

مطابق شکل کتاب، رنگ‌های طیف نور سفید عبارت‌اند از: قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش.

پاسخ ب: در این آزمایش نیز نور سفید خورشید هنگام عبور از آب و بازتاب از آینه، دچار شکست و پاشندگی می‌شود. با تنظیم مناسب ظرف و آینه می‌توان طیف رنگ‌های نور خورشید را روی مقوای سفید مشاهده کرد.

این آزمایش نشان می‌دهد نور سفید خورشید از مجموعه‌ای از نورهای رنگی مختلف تشکیل شده است.

پاسخ: نور بنفش بیشتر و نور قرمز کمتر شکسته می‌شود.

به همین دلیل در طیف حاصل از منشور، نور بنفش بیشترین انحراف و نور قرمز کمترین انحراف را نسبت به مسیر اولیه نور سفید دارد.

هدف آزمایش: یافتن کانون و فاصلهٔ کانونی عدسی همگرا (ذره‌بین)
مواد و وسایل: عدسی همگرا، یک تکه مقوا و خط‌کش

روش اجرا

۱ـ ذره‌بین را مقابل نور مستقیم خورشید بگیرید.

۲ـ مقوا را روی زمین قرار دهید و ذره‌بین را به آرامی جابه‌جا کنید. هنگامی که لکهٔ نورانی در سطح مقوا به کوچکترین اندازهٔ خود رسید، ذره‌بین را ثابت نگه دارید (شکل روبه‌رو).

۳ـ محل تشکیل لکهٔ روشن را کانون عدسی همگرا می‌نامند. در این حالت فاصلهٔ بین وسط ذره‌بین تا مقوا را به کمک خط‌کش اندازه بگیرید. این فاصله را، فاصلهٔ کانونی عدسی می‌گویند.

نتیجه مورد انتظار: پرتوهای نور خورشید که به عدسی می‌رسند تقریباً موازی‌اند. عدسی همگرا این پرتوها را پس از شکست به یکدیگر نزدیک می‌کند و آنها تقریباً در یک نقطه به نام کانون عدسی جمع می‌شوند.

هنگامی که لکه نور روی مقوا کوچک‌ترین اندازه و بیشترین تمرکز را دارد، مقوا تقریباً در محل کانون قرار گرفته است.

فاصله میان مرکز عدسی و مقوا در این حالت، فاصله کانونی همان عدسی است.

پاسخ اندازه‌گیری: برای فاصله کانونی یک عدد ثابت وجود ندارد. دانش‌آموز باید فاصله مرکز همان ذره‌بین تا مقوا را هنگام تشکیل کوچک‌ترین لکه روشن با خط‌کش اندازه بگیرد و عدد مشاهده‌شده را بنویسد؛ زیرا عدسی‌های مختلف فاصله کانونی متفاوتی دارند.

توجه ایمنی: عدسی همگرا می‌تواند نور خورشید را در ناحیه کوچکی متمرکز و دمای آن محل را بسیار بالا ببرد. از قرار دادن چشم یا مواد قابل اشتعال در محل کانون خودداری کنید.

پاسخ شکل الف: عدسی همگرا را می‌توان از نظر چگونگی شکست نور مانند دو منشور در نظر گرفت که قاعده‌های آنها به سمت قسمت ضخیم میانی عدسی قرار گرفته‌اند.

چون پرتو نور در منشور به سمت قاعده منحرف می‌شود، پرتوهایی که از بخش‌های مختلف عدسی همگرا عبور می‌کنند، به سوی محور اصلی عدسی منحرف می‌شوند و به یکدیگر نزدیک یا همگرا می‌شوند.

پاسخ شکل ب: در عدسی واگرا، قسمت میانی نازک و لبه‌ها ضخیم‌ترند و می‌توان آن را مانند دو منشور در نظر گرفت که قاعده‌های آنها به سمت لبه‌های بیرونی عدسی قرار گرفته‌اند.

بنابراین پرتوهای نور پس از عبور از عدسی به سمت بیرون منحرف می‌شوند و از یکدیگر دور یا واگرا می‌شوند.

پاسخ: در عدسی همگرا، پرتوهای موازی نور پس از عبور از عدسی و شکست، به یکدیگر نزدیک می‌شوند و در نقطه‌ای به نام کانون به هم می‌رسند؛ به همین دلیل این عدسی «همگرا» نامیده می‌شود.

در عدسی واگرا، پرتوهای موازی پس از عبور از عدسی از یکدیگر دور می‌شوند؛ به همین دلیل این عدسی «واگرا» نامیده می‌شود. اگر امتداد پرتوهای خروجی را به سمت پشت عدسی ادامه دهیم، امتداد آنها از یک نقطه مشترک به نظر می‌رسد که کانون مجازی عدسی واگراست.

یک عدسی واگرا را در فاصله‌های مختلف از یک جسم بگیرید. با توجه به ویژگی‌های تصویری که در عدسی واگرا می‌بینید، عبارت زیر را کامل کنید.

تصویر همهٔ اجسام در عدسی واگرا ……… از جسم و نسبت به جسم ……… است.

پاسخ: تصویر همهٔ اجسام در عدسی واگرا کوچک‌تر از جسم و نسبت به جسم مستقیم است.

همچنین تصویر تشکیل‌شده در عدسی واگرا مجازی است؛ یعنی نمی‌توان آن را روی پرده تشکیل داد.

نکته مهم فصل: هنگامی که نور به صورت مایل از یک محیط شفاف به محیط شفاف دیگری وارد می‌شود، معمولاً مسیر آن تغییر می‌کند. اگر نور از محیط رقیق‌تر وارد محیط غلیظ‌تر شود به خط عمود نزدیک و اگر از محیط غلیظ‌تر وارد محیط رقیق‌تر شود از خط عمود دور می‌شود. همچنین رنگ‌های مختلف نور سفید به یک اندازه شکسته نمی‌شوند و همین تفاوت سبب پاشندگی نور در منشور می‌شود.

جمع‌بندی فصل پانزدهم علوم هشتم: شکست نور تغییر مسیر نور هنگام عبور مایل از مرز دو محیط شفاف متفاوت است. نور هنگام ورود از محیط رقیق‌تر به محیط غلیظ‌تر به خط عمود نزدیک و هنگام ورود از محیط غلیظ‌تر به محیط رقیق‌تر از خط عمود دور می‌شود. منشور علاوه بر تغییر مسیر نور می‌تواند نور سفید را به رنگ‌های تشکیل‌دهنده آن یعنی قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش تجزیه کند. عدسی همگرا در وسط ضخیم‌تر است و پرتوهای موازی را به سوی کانون می‌برد؛ عدسی واگرا در لبه‌ها ضخیم‌تر است و پرتوها را از یکدیگر دور می‌کند. تصویر در عدسی واگرا نیز همواره مستقیم، کوچک‌تر و مجازی است.