Проект по физике 'Прибор для проецирования изображений на поверхность' (7 класс)

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа №12

Проект

«Прибор для проецирования изображения

на поверхность»

Выполнил ученик 7 класса

Князьков Святослав

Руководитель: Гришина Л.В

учитель физики

Струнино, 2014 год

Оглавление

Введение..........................................................................3

Физическая природа света.............................................4

Отражение и преломление света....................................5

Линзы..............................................................................7

Практическое применение

теоретических знаний.....................................................10

Заключение.....................................................................12

Список литературы........................................................13

Приложение....................................................................14

Введение.

В современном мире становятся всё более распространенными различные стили интерьера, где используется художественная роспись и окраска стен. Это отличный способ создания индивидуальности вашего дома.

Стены моей комнаты, как и комнаты у большинства девчонок и мальчишек в нашем городе, украшены «весёленькими» обоями, которые поклеили родители. И я подумал: «А могу ли я внести что - то свое, сделанное своими руками в окружающую меня обстановку?». Но среди моих талантов, талант художника стоит далеко не на первом месте. Побродив по страницам Интернета я узнал, что есть такой вид исскуства, как аэрография, в котором используют специальное оборудование. В настоящее время существует огромное множество аппаратов, проецирующих изображение на поверхность. Но их приобретение по карману не многих. Исходя из этого, можно сформулировать актуальность данного проекта: возможно ли создание проецирующего прибора в домашних условиях для использования его, например, при декорировании жилого помещения.

Цель проекта: разработать и создать прибор, позволяющий проецировать изображение на поверхность.

В связи с поставленной целью нам предстоит решить следующие задачи:

• изучение и анализ физической литературы, объясняющей природу света;

• сформулировать основные законы распространения, отражения и преломления света;

• изучить свойства линз;

• разработать схему и отобрать необходимые предметы для создания прибора;

• собрать прибор для проецирования изображения и провести эксперимент по его использованию.

Физическая природа света.

Способность человека видеть позволяет нам получать значительную часть информации о внешнем мире. Но как мы видим? Что представляет собой нечто, называемое нами светом, которое попадает в наш глаз, вызывает зрительное ощущение?

Свет - это та часть излучения, которая воспринимается глазом. Поэтому свет называют видимым излучением. [4]

Световое (оптическое) излучение создается источниками света.

Любой объект становиться видимым только в двух случаях:

1. когда он сам является источником света, как, например, электрическая лампочка, свеча или звезда, и мы видим свет, испускаемый этим источником;

2. когда он отражает падающий на него свет.

Еще задолго до того, как узнали, что представляет собой свет, некоторые его свойства были обнаружены и использованы в практике.

На основе наблюдений и опытов были установлены законы распространения света, при этом использовалось понятие луча света.

Световой луч - это линия, вдоль которой распространяется энергия от источника света [3].Свет распространяется прямолинейно (об этом писал ещё Евклид). Это можно доказать и на примере. Если мы хотим, чтобы свет от лампы не попадал нам в глаза, мы можем загородиться от него рукой или надеть на лампу абажур. Если бы свет распространялся не по прямым линиям, то он бы мог обогнуть края препятствия и попасть нам в глаза.

Рассмотрим это явление на опыте. Возьмем лампочку от карманного фонаря. Расположим на некотором расстоянии от нее экран. освещает экран полностью.(рис.1)

Рисунок 1.

Поместим между лампочкой и экраном непрозрачное тело (например металлический шар). (рис.2) Теперь на экране появится темный круг, так как за шаром образовалась тень - пространство, в которое не попадает свет от источника.

Но четко описанную тень, которая получена в описанном опыте, мы видим в жизни не всегда. Если размеры источника света будут гораздо больше, то вокруг тени образуется полутень. Если бы наш глаз находился в области тени, то мы не увидели бы источник света, а из области полутени - видели бы один из его краев. Закон распространения света использовали еще древние египтяне для того, чтобы установить по прямой линии колоны, столбы, стены. Они располагали колоны таким образом, чтобы из-за ближайшей к глазу колоны не были видны все остальные.

Отражение и преломление света.

Как же будет вести себя луч света, если на его пути встретиться преграда? Луч света в одной среде прямолинеен. На границе двух сред он меняет своё направление: часть света, а в некоторых случаях и весь свет, возвращается в первую среду. Это явление называется отражением света.

Закон отражения света: падающий луч АВ, отражённый луч BD и перпендикуляр на границе двух сред CВ, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. [4]

На рисунке 3 АВ - падающий и ВD - отраженный лучи, СB - перпендикуляр к поверхности к поверхности границы двух сред в точке падения луча. Угол ABC называют углом падения, обозначают его буквой α («альфа»); угол CBD называют углом отражения, его обозначают буквой β («бета»).

A C D

α β

B Рисунок 3.

Опытным путём было доказано, что угол падения луча равен углу отражения (˂α=˂β).

Но не весь падающий свет, попадая на границу раздела двух сред, отражается от неё. Некоторая часть света переходит в другую среду. Если свет падает под углом к поверхности раздела, отличным от прямого, то на границе световой луч изменяет своё направление. Это называется преломлением света. [4]

На рисунке 4 показаны: падающий луч АО, преломлённый луч ОВ и перпендикуляр к поверхности раздела двух сред, проведённый в точку падения О. Угол АОС - угол падения (α), угол DОВ - угол преломления (γ).

Из рисунка видно, что при переходе из воздушной среды в воду, луч преломлённый приближается к перпендикуляру. Это происходит из-за того, что вода - среда оптически более плотная, чем воздух. Таким образом, при переходе из менее плотной среды в более плотную, угол преломления всегда меньше угла падения (γ˂α).[3]

Явление преломления лежит в основе работы телескопов- (научного и практического назначения, в том числе подавляющей доли зрительных труб, биноклей и других приборов наблюдения), объективов фото-, кино- и телекамер, , увеличительных стекол, очков, проекционных приборов, приемников и передатчиков оптических сигналов и многих других оптических приборов, содержащих и/или . Его учёт необходим при расчете работы почти всех оптических приборов.[2]

Линзы.

Отражение и преломление света используется для того, чтобы изменять направление лучей или, как говорят, управлять световыми пучками. На этом основано создание специальных оптических приборов, таких как прожектор, лупа, , фотоаппарат и другие. Главная часть большинства из них - линза.

В оптике чаще всего используются сферические линзы. Такие линзы представляют собой тела, изготовленные из оптического или органического стекла, ограниченные двумя сферическими поверхностями. Линзы бывают различные, ограниченные с одной стороны сферической, а с другой плоской поверхностью, или вогнуто-выпуклые но наиболее часто применяемые это выпуклые (рис. 5, 1-2-3) и вогнутые (рис. 5, 4-5-6).[3]

Рисунок 5.

Прямая, проходящая через центры С1 и С2 сферических поверхностей, ограничивающих линзу, называется оптической осью линзы (рис. 6).

Рисунок 6.

Ход лучей в выпуклой и вогнутой линзах различен. Лучи преломляются дважды, когда на их пути стоит линза: при переходе из воздуха в линзу и при выходе из линзы в воздух. В результате все они пересекаются в одной точке, лежащей на оптической оси линзы. Эту точку называют фокусом линзы F, а расстояние от оптического центра до этой точки называют фокусным расстоянием. У всякой линзы два фокуса: по одному с каждой стороны. [4]

Различают два основных типа линз: собирающие и рассеивающие. Сбирающие линзы превращают параллельный пучок лучей в сходящийся (рис. 7, а), рассеивающие линзы превращают параллельный пучок лучей в расходящийся (рис. 7.б). [5]

а б

Рисунок 7.

Если у одной из двух линз фокусное расстояние короче, то она даёт большее увеличение. Оптическая сила такой линзы больше.

Оптическая сила линзы (D) - это величина, обратная её фокусному расстоянию. [3]

D=1\F

За единицу оптической силы принята диоптрия (дптр): 1 диоптрия - это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1м.

При помощи линзы можно управлять световыми лучами. Однако при помощи линзы можно не только собирать и рассеивать лучи света, но и получать разнообразные изображения предметов. Именно благодаря этой способности линз они широко используются в практике. Так линза в кинокамере дает увеличение в сотни раз, а в фотоаппарате также линза дает уменьшенное изображение фотографируемого предмета.

1. Если предмет находится между линзой и ее фокусом, то его изображение - увеличенное, мнимое, прямое, и расположено оно от линзы дальше чем предмет(рис. 8) [4].

АВ - предмет, А'B' - изображение предмета

Рисунок 8

Такое изображение получают, когда пользуются лупой при сборке часов, чтении мелкого текста и др.

2. Если предмет (АВ) находится между фокусом и двойным фокусом линзы, то линза дает его увеличенное, перевернутое, действительное изображение (А'В'); оно расположено по другую сторону от линзы по отношению к предмету, за двойным фокусным расстоянием (рис. 9).

Рисунок 9.

Такое изображение используется в проекционном аппарате, в киноаппарате.

3. Предмет находится за двойным расстоянием линзы. [4]

В этом случае линза дает уменьшенное, перевернутое, действительное изображение предмета, лежащее по другую сторону линзы между ее Фоксом и двойным фокусом (рис. 10).

Рисунок 10.

Такое изображение используют в фотоаппаратуре.

Таким образом, размеры и расположение изображения предмета в собирающей линзе зависят от положения предмета относительно линзы. Рассеивающая линза не даёт действительных изображений(даваемое е изображение уменьшенное, мнимое, прямое, находящееся по ту же сторону от линзы, что и сам предмет), поскольку лучи, проходящие через неё, расходятся.

Практическое применение

теоретических знаний

Итак, приступим непосредственно к достижению главной цели проекта. Проекционный аппарат - оптическое устройство, формирующее оптические изображения объектов на рассеивающей поверхности, служащей экраном. Появление проекционных аппаратов обусловило возникновение кинематографа, относящегося к проекционному искусству.

На рисунке 11 изображена схема нашего проекционного аппарата предназначенного для демонстрации прозрачных объектов, например рисунков и фотографических изображений на стекле.

Рисунок 11.

1 - Источник света. 2 - Выпуклые линзы

3 - Диапозитив. 4 - Объектив. 5 - Экран

В качестве источника света мы будим использовать фонарь, две выпуклые линзы( в нашем случае это две лупы с оптической силой +5 и +5,5 диоптрий), расположенные рядом будут играть роль так называемого конденсора: он будет концентрирует световой пучок на проецируемом изображении; объектив - тоже линза, с оптической силой +5диоптрий (приложение рис. 1 содержит фото необходимого материала, для создания проекционного аппарата).

Из бумаги склеивают трубку объектива длиной приблизительно в 7,5 сантиметра и диаметром, равным диаметру линзы для объектива. Внутри трубка должна быть черная. В передний конец трубки вставляют (Приложение рис. 2)

По трубке объектива склеивают вторую трубку - тубус - длиною около 6 сантиметров и немного большего диаметра; трубка объектива должна входить плотно в тубус и свободно передвигаться в нем.

В на одном из концов тубуса закрепляют линзы-конденсор так же, как и .

Корпус проектора сделаем из обувной коробки. Для этого прорежем круглые отверстия по размерам фонаря и трубки с объективом. Необходимо, чтобы центры этих окружностей находились на одной прямой, иначе изображение будет получаться не ясными и искажёнными( рис.12)

Р

Фонарь

Объективисунок 12.

d=40мм

d=65мм

На пищевой плёнке рисуем изображение , которое будим проецировать на экран.(приложение 5). Зажимаем наш диапозитив между трубками с линзами. Осталось включить фонарь и направить объектив на экран (Приложение рис.7).

Заключение.

В ходе нашего исследования, изучив и проанализировав необходимую литературу, был собран рабочий прибор для проецирования изображения на поверхность. Проецируемое изображение довольно чётко и во много раз увеличено по сравнению с диапозитивом, что, действительно даёт возможность использовать полученный проекционный аппарат для самостоятельного декорирования стен, в кружках (например театр теней) и на различных школьных мероприятиях.

Отметим, что собранный проекционный прибор можно улучшить, заменив фонарь более мощным источником света и придумать более удобный способ смены диапозитивов.

Список литературы.

1. Интернет: онлайн-библиотека Мошкова(www.lib.ru). Научно-популярная литература, Физика - онлайн-энциклопедия в 5 томах

2. Материалы открытой энциклопедии «Википедия».

3. Пёрышкин А.В. Физика. 8 класс: учеб. для общеобразовательных учреждений/ А.В. Пёрышкин. - 8-ое изд., доп.-М.: Дрофа, 2006. - 191с.

4. Справочник школьника. Физика: М.; Филологическое общество «Слово», Компания «Ключ-С», 1995. - 576с.

5. Толковый словарь школьника и студента по физике. Под редакцией Гомоюнова К.К., Козлова В.Н..

Приложение.

Рисунок 1. Материалы, необходимые для сборки проекционного аппарата.

Рисунок 2. Трубка с линзой

Рисунок 3. Подбор корпуса для проекционного аппарата.

Рисунок 4.

Рисунок 5. Диапозитив

Рисунок 6. Проекционный прибор в сборе

Рисунок 7. Изображение, даваемое проекционным прибором.