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. Лампа 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-рефракторов (научного и практического назначения, в
том числе подавляющей доли зрительных труб, биноклей и других приборов
наблюдения), объективов фото-, кино- и телекамер, микроскопов, увеличительных стекол, очков,
проекционных приборов, приемников и передатчиков оптических сигналов и многих
других оптических приборов, содержащих линзы и/или призмы. 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, микроскоп, 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 объектив
(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 объектив.
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)
Рисунок
12.
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.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.