МБОУ «Гимназия №34»
Исследовательская работа
на тему
«Солнечные лучи: какие они?».
Выполнил:
Старостин Дмитрий,
ученик 4 класса Б
МБОУ «Гимназия №34»
Руководитель:
,
учитель начальных классов
высшей КК.
2012г.
Содержание
I. Введение………………………………………………………………………… 3
II. Свет и жизнь - единое целое?………………………………………………… 4
III. Опыты и наблюдения………………………………………………………... .7
1. Лучи света прямолинейны…………………………………………………….. .7
2. Лучи преломляются……………………………………………………………. .7
3. Где быстрее тает снег?....................................................................................... 10
4. Какого цвета солнечный свет?..……………………………..……………….. 12
5. Цветные тени……………………………………………………………………14
6. Невидимый свет………………………………………………………………...16
IV. Выводы…………………………………………………………………………20
V. Библиография………………………… ………………………………….. ….21
Введение
Цель: узнать о некоторых свойствах и особенностях солнечных лучей.
Задачи:
1. Выяснить, как влияет солнечный свет на рост и развитие растений, животных и человека.
2. Доказать, что лучи света прямолинейны, что они преломляются.
3. Выяснить, почему снег быстрее тает там, где есть проталины.
4. Узнать, какого цвета солнечный свет.
5. Опытным путём установить, бывает ли цвет у тени и существуют ли невидимый свет.
6. На основе анализа произведений искусства сформулировать образ Солнца.
Гипотеза: предположил, что солнечный свет белого цвета.
На уроках окружающего мира мы узнали много о Солнце, о его значении в жизни планеты. Меня очень заинтересовала данная тема, и я решил узнать побольше о солнечных лучах. Для этого искал сведения в энциклопедиях, в Интернете, беседовал со взрослыми людьми, смотрел телепередачи, проводил опыты и наблюдения.
Свет и жизнь - единое целое?
Все живые организмы, существующие на нашей планете, практически полностью обязаны этим Солнцу. Во многом благодаря Солнцу, сформировался окружающий нас мир в таком виде, в котором мы можем его наблюдать, возможно, жизнь на планете и не зародилась бы вовсе, либо имела совершенно другое обличие, если бы она иначе расположилась в космическом пространстве относительно Солнца. Солнце и его лучи играют очень важную роль в развитии и существовании всех форм жизни на планете, почти все её обитатели любят их свет и тепло, которыми они щедро делиться на протяжении миллионов лет, с тех пор как на планете зародилась жизнь. Солнечные лучи жизненно необходимы всем растениям, животным и другим обитателям нашего мира, в том числе и людям.
В умеренных дозах солнце помогает человеку, под его лучами в организме вырабатывается очень важный витамин D, который укрепляет кости, способствует усвоению множества минеральных веществ и укрепляет иммунитет. Ультрафиолетовое (УФ) излучение, в небольших дозах тоже может быть полезным, оно оказывает антибактериальное действие. Но не стоит злоупотреблять потреблением солнечных лучей, т. к. возможны ожоги кожных покровов, а также перегрев всего организма.
Также солнечные лучи необходимы для роста и развития растений и животных. Для того, чтобы понять, какую важную роль играет солнечный свет в живой природе, я решил провести следующий опыт. Я взял два семени фасоли, посадил их в одинаковые горшки. Один горшок я поставил на окно, через стекло которого свободно проходили солнечные лучи, следовательно, растение могло в достаточном количестве потреблять свет и тепло. Второй горшок с семенем фасоли я поставил в темный шкаф, в который не могли проникать солнечные лучи. В результате наблюдений выяснилось, что растение на окне проросло на третий день, а на шестой день появились первые листочки. Чего нельзя было сказать про растение, которое стояло в шкафу. Ни на третий, ни на седьмой день изменений не произошло, семя фасоли даже не проросло. Следовательно, можно сделать вывод, что солнечные лучи необходимы для роста и развития растений.
рис.1 Второй день опыта рис.2 Третий день опыта рис.3 Четвертый день опыта
рис.4 Пятый день опыта рис.5 Шестой день опыта
Свет не просто показывает нам мир, он его изменяет. Солнечный свет – это сильнейшее вещество, которое оказывает мощное воздействие на все, с чем взаимодействует.
Британский химик Джозеф Пристли считал, что свет и жизнь составляют единое целое. Он провел следующий опыт. Ученый помещал мышь в герметический стеклянный колпак и смотрел, что происходит с воздухом в результате дыхания мыши. Довольно скоро мышь заболевала, доходила до полного истощения и умирала. Он считал, что все дело в скверном воздухе, скверном не только для животных, но и для растений. После этого Пристли поместил в банку саженцы растений и оставил их на несколько недель. К его удивлению, они росли как ни в чем не бывало. Казалось, что скверный воздух, убивший мышку, только способствует их процветанию. Тогда Пристли решил посадить в банку с саженцами еще одну мышь. Результат был просто удивительным. В банке с растениями животное внезапно оживлялось. Он называл это роскошным воздухом. Более того, ученый обнаружил, что качество воздуха не просто улучшалось благодаря растущим в банке саженцам, оно буквально подскакивало вверх в том случае, если их освещают. Это показывало, что освещение зеленого вещества в растениях могло восстанавливать воздух и создавать условия для выживания зверей в течение довольно длительного времени.
Джозеф Пристли доказал, что растения очищают воздух и делают его пригодным для дыхания. Позднее выяснилось: для того, чтобы растение очищало воздух, необходим свет. Весь кислород, которым дышат почти все живые существа нашей планеты, выделен растениями в процессе фотосинтеза. Опыты Пристли впервые позволили объяснить, почему воздух на Земле остается «чистым» и может поддерживать жизнь, несмотря на горение бесчисленных огней и дыхание множества живых организмов. Он говорил: «Благодаря этим открытиям мы уверены, что растения произрастают не напрасно, а очищают и облагораживают нашу атмосферу». И все это было бы не возможно без солнечного света.
Опыты и наблюдения
Лучи света прямолинейны.
Огромное количество данных свидетельствует о том, что луч света прямолинеен. Достаточно хотя бы вспомнить луч, который пробивается сквозь щель, образовавшуюся между плотными шторами. В этот момент мы видим большое множество прямых золотых лучей. Также о прямолинейности лучей может свидетельствовать тот факт, что предмет, освещаемый Солнцем, дает четко очерченные тени. Фактически о положении окружающих нас предметов в пространстве мы судим, подразумевая, что свет от объекта попадает на наш глаз по прямолинейным траекториям. Наша ориентация во внешнем мире целиком основана на предположении о прямолинейном распространении света.
На основании вышесказанного сделаем вывод: свет в прозрачной однородной среде распространяется прямолинейно.
Лучи преломляются.
Затем я проделал другой опыт. Для этого взял чашку, поставил ее на стол и положил в нее монетку. Я прекрасно ее вижу, так как лучи, отражаемые монеткой, попадают прямо в мой глаз (рис.6). Потом я присел так, чтобы монетка перестала быть видна (рис.7). Теперь край чашки загородил дорогу лучам, и я перестал видеть монетку. Затем я потихоньку, чтобы не сдвинуть с 
места монетку, начал наливать воду в чашку. В определенный момент монетка стала видна (рис.8). Но как же это произошло, ведь и я и монетка оставались на своем месте. Можно сделать вывод, что луч изменил свою
Рис.6 траекторию, когда попал в воду.
рис.7 рис.8
Возьмем стеклянный стакан и нальем в него воду, затем наклонно опустим в него карандаш. Нам будет казаться, что карандаш сломался, но на самом деле с ним ничего не произошло (рис.9). Значит, лучи действительно ломаются?
рис. 9
Приведу другой пример. Если понаблюдать за человеком, который зашел по пояс в воду, то будет казаться, что его ноги стали короче. Оказывается, дело в том, что лучи от ног стоящего в воде человека преломляются на поверхности воды. Глаза же наблюдателя воспринимают лучи как прямолинейные, и поэтому ступни ног кажутся расположенными выше, чем в действительности.
На основании проведенных опытов и наблюдений сделаем вывод: световой луч, который переходит из одной среды в другую (из воздуха в воду и др.), и падает под углом к поверхности раздела, изменяет свое направление на этой границе. Это явление называется преломлением света.
Окончательно убедиться в преломлении лучей можно при помощи следующего опыта необходимо положить на стол белую бумагу, на край стола поставить расческу с редкими зубцами, прорезать отверстие в бумаге по размеру стеклянного стакана, вставить в него стакан, а бумагу немного приподнять, подложив под нее книжки. Это нужно для того, что лучи проходили сквозь воду, а не сквозь донышко стакана. Также расположим лампу на уровне крышки стола, в полутора-двух метрах от края. После того как я включил лампу, по бумаге протянулись длинные лучи, они абсолютно прямые. Но те, что попали в стакан, сломались. За стаканом они собрались в пучок, а потом разошлись веером (рис.11). Значит, преломление лучей происходит в стакане. Точнее, там, где лучи входят в него, и там, где выходят. Но почему лучи, пройдя через выпуклый круглый стакан, собрались в одной точке? В этом случае стакан выполняет функцию чечевицы или линзы, так как линзы собирают в одну точку лучи солнца.
рис.10 рис.11
В этом можно убедиться, проделав опыт. Я решил попробовать получить огонь из льдины. Для этого я взял большую пиалу, налил в нее воды и поставил в морозильную камеру. Когда вода замерзла, я извлек пиалу из холодильника, опустил в таз с горячей водой, чтобы лед у стенок оттаял. После этого я вышел во двор и выложил свою «ледяную зажигалку» на чистую поверхность. Затем я взял ее за края и, обратив к солнцу, собрал его лучи на комке сухой бумаги. К сожалению, поджечь бумагу у меня не получилось, видимо потому, что подобный опыт получается только в ясный морозный день, когда солнечные лучи очень яркие. Но одно я понял точно, что моя «ледяная зажигалка» преломляла солнечные лучи и собирала их в пучок.
Где быстрее тает снег?
Когда я был маленьким, мне всегда было интересно, почему снег быстрее тает там, где уже есть проталины и видна черная земля. Для этого я решил провести следующий опыт. Я взял два лоскута ткани одинаковой величины, белый и черный. Затем я положил их на снег так, чтобы на них падали яркие солнечные лучи (рис.12). Через два часа я увидел, что черный лоскуток погрузился в снег, между тем как светлый остался на прежнем уровне (рис.13,14). Значит, под черным лоскутком снег тает быстрее, так как темная ткань поглощает большую часть падающих на нее солнечных лучей. Светлая же ткань, наоборот, большую часть лучей отражает, поэтому нагревается слабее, чем черная.
рис.12
рис.13 рис.14
В одной книге я прочитал о том, как могут быть применены эти свойства. В 1903 году судно немецкой южно-полярной экспедиции вмерзло в лед, и все обычные способы освобождения не привели ни к каким результатам. Взрывчатые вещества и пилы, пущенные в дело, удалили всего несколько сотен кубометров льда и не освободили корабля. Тогда обратились к помощи солнечных лучей: из темной золы и угля устроили на льду полосу в 2 км длины и в десяток метров ширины; она вела от корабля до ближайшей широкой щели во льду. Стояли ясные долгие дни полярного лета, и солнечные лучи сделали то, чего не могли сделать динамит и пила. Лед, подтаяв, сломался вдоль насыпанной полосы, и корабль освободился от льда.
Независимые лучи
Когда я ходил в цирк, то наблюдал там очень красивое лазерное шоу, где множество разноцветных световых лучей отражаются на поверхности шатра в виде затейливых узоров или изображений животных. Я обратил внимание на то, что лучи пересекаются между собой, но этот факт не приводит к искажению изображения. Другими словами, если один луч в определенной точке пересекается с другим лучом, то он не меняет своего направления и не искажается, а продолжает прямолинейно распространяться и после точки пересечения.
Все мы наблюдали картину, когда ночью прожекторы освещают ту или иную площадку. На рисунке 15 хорошо видно, что лучи света распространяются прямолинейно и даже при пересечении между собой не теряют данного свойства. То есть можно предположить, что световые пучки при пересечении, как правило, не возмущают друг друга, то есть лучи света распространяются независимо друг от друга.
Я решил провести опыт и проверить свое предположение. Для этого мне понадобились два мощных фонарика. Ночью, когда уже не горели фонари, мы вышли на улицу и включили фонарики. Пучки света распространялись прямолинейно. После этого мы направили лучи света таким образом, чтобы они пересеклись друг с другом (рис.16). Каждый из световых пучков распространялся прямолинейно, независимо от другого.
Можно сделать вывод о независимости распространения лучей света. Это означает, что действие одного пучка не зависит от наличия других пучков.
Рис.15
Рис.16
Какого цвета солнечный свет?
Наблюдая за солнечным светом, нам кажется, что он белого цвета. Но так ли это на самом деле? Я попробовал провести два опыта.
Сначала я взял лист белого картона, вырезал из него круг, разделил на восемь одинаковых секторов и окрасил секторы в цвета радуги (каждый сектор в свой цвет), восьмой сектор оставил белым (рис.17). При помощи дрели я быстро раскрутил этот круг. В этот момент он стал белого цвета (рис.18).
рис.17 рис.18
Для следующего опыта мне потребовался большой лист картона, который закрывал все окно. В нем я прорезал щель шириной 2 см и высотой 10 см. Затем прикрепил картон к раме окна. Лучи солнца проходят через щель широкой лентой (рис.19). Я поставил аквариум таким образом, чтобы солнечные лучи проходили через две его смежные стенки (рис.20). В аквариум налил воды. На то место, куда упали лучи, я повесил лист белой бумаги. На этом листе получилась чудесная цветная лента. Порядок цветов на ней получился такой же, как в радуге (рис.21).
рис.19 рис.20
рис.21
В одном опыте я получил белый цвет сложением разноцветных секторов, а в другом - из белого цвета получились все цвета радуги. Но раз все это так, то белый цвет вовсе и не белый. Или, вернее, он не простой, а составной.
Солнце посылает нам свет, в котором смешаны все лучи: и красные, и зеленые, и фиолетовые… Этот свет нам кажется белым. Но вот он упал на лист бумаги и на лист дерева. Почему же один лист оказался белым, а другой зеленым? Потому, что бумага отражает все лучи, и к нам в глаз попадает все та же смесь всех красок. А зелень растений лучше всего отражает зеленые лучи. Остальные поглощаются. Это можно понять, если посмотреть через красное стекло на траву и деревья. Они кажутся очень темными, почти черными. Значит, действительно от них отражается очень мало красных лучей.
Цветные тени
Я заметил, что если в комнате вечером зажечь настольную лампу, когда делаешь уроки, то тень от предметов, отбрасываемая на белые листы тетради, имеет серый цвет. Мне стало интересно, какого цвета будет тень, если в настольную лампу ввернуть не обычную лампочку, а цветную? Для данного опыта мне понадобились красная и синяя лампочки.
Сначала я ввернул в патрон настольной лампы красную лампочку, положил на стол лист белой бумаги. После этого я поместил между лампой и листом небольшую коробочку. На листе бумаги появилась ее тень, но она была неожиданной по цвету – не черной и не серой – а зеленой. Повторив данный опыт, но уже с синей лампочкой, оказалось, что тень стала оранжевого цвета (рис.22, 23, 24).
Рис. 22
Рис. 23 Рис. 24
Оказывается, что данные цвета являются дополнительными. Так называют цвета, дополняющие друг друга до белого цвета.
Для того, чтобы понять какие цвета являются дополнительными друг другу, я решил провести следующий опыт. Я вырезал из цветной бумаги красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый квадратики размером 2х2 см. Положил один из цветных квадратиков перед собой на лист белой бумаги и смотрел на него секунд тридцать, не напрягая глаз, но в одну точку, чтобы изображение квадрата не перемещалось по сетчатке. После этого я перевел взгляд на белое поле, и через секунду увидел на бумаге четкое изображение квадрата в дополнительном цвете. Так при проведении опыта я узнал, что дополнительным к красному цвету является зеленый, к синему – оранжевый, а к желтому – фиолетовый. Каждая пара дополнительных цветов в смеси должна давать белый или серый ахроматический цвет.
Невидимый свет
Возможность разложения солнечного света на непрерывную последовательность лучей разных цветов впервые экспериментально показал И. Ньютон в 1666г. Направив на трехгранную призму узкий пучок света, проникавший в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне окна, он получил на противоположной стене изображение окрашенной полоски с радужным чередованием цветов, которая была названа им латинским словом spectrum. Проводя опыты с призмами, Ньютон пришел к следующим важным выводам: 1) обычный «белый» свет является смесью лучей, каждый из которых имеет свой собственный цвет; 2) лучи разных цветов, преломляясь в призме, отклоняются на различные углы, вследствие чего «белый» свет разлагается на цветные составляющие.
Но физика нашего времени помимо видимых глазом лучей открыла в природе множество невидимых. Солнце посылает на Землю невидимых оптических лучей – ультрафиолетовых, инфракрасных – больше, чем видимых. Любое тело, испускает вовсе стороны невидимые инфракрасные лучи. «Даже кусок льда – источник света, но света невидимого»,- писал академик .
Для того, чтобы убедиться, что все тела излучают инфракрасное излучение, мне понадобился инфракрасный термометр (рис. 25).
Рис. 25
Инфракрасный термометр воспринимает энергию объектов, которые содержат излучаемую инфракрасную энергию. Его линза, направленная на объект собирает и фокусирует энергию на инфракрасный датчик, который в свою очередь вырабатывает сигнал для микропроцессора термометра. Данный сигнал обрабатывается и отображается на дисплее в виде градусов.
Чтобы убедиться в существовании невидимых лучей я провел несколько опытов.
Для первого опыта мне понадобилась обычная электроплита. Такая плита согревает все вокруг, и в том числе окружающий воздух, в основном инфракрасным невидимым излучением. Для правильного опыта необходимо отделить невидимое излучение плитки от потока нагретого воздуха. Для этого над плиткой можно натянуть тонкую полиэтиленовую пленку, которая хорошо пропускает инфракрасные лучи, но не пропускает горячий воздух.
Сначала я измерил инфракрасным термометром температуру выключенной плиты, оказалось, что она составляет 23ОС (рис. 26). После этого я включил одну из плиток и через минуту измерил температуру вновь, предварительно натянув над плиткой полиэтиленовую пленку. Прибор показал 264ОС (рис. 27).
Рис. 26 Рис. 27
В следующем опыте я решил повторить эксперимент известного астронома Вильяма Гершеля. Он направлял луч света на треугольную призму и получал на столе спектр. Гершель положил на некоторые участки спектра хорошо отградуированные термометры. Термометры нагрелись и показали немного разную температуру. Но больше других нагрелся термометр, лежавший рядом с красной полоской света – в темноте. Таким образом было доказано, что в солнечном излучении есть невидимые лучи, которые преломляются намного хуже, чем красные лучи, и эти лучи несут с собой заметную, весомую часть энергии Солнца.
Для следующего опыта мне понадобились фонарик, треугольная стеклянная призма, лист белой бумаги инфракрасный термометр. Направив луч света от фонарика на треугольную призму, я получил спектр (рис. 28, 29). Чтобы его лучше было видно, на то место, где он образовался, я положил лист белой бумаги. Затем при помощи инфракрасного термометра я измерил температуру ориентировочно в центре спектра и за его пределами около красного цвета. Оказалось, что температура отличается: В центе спектра она составила 25,2ОС, а за пределами красного цвета спектра, т. е. в зоне инфракрасного излучения, - 25,7ОС.
Рис. 28 Рис. 29
В следующем опыте я решил измерить инфракрасное излучение, испускаемое от тела человека. Для этого мама измерила температуру моего тела инфракрасным термометром когда я находился в спокойном состоянии и после активной физической нагрузки. Термометр показал следующую температуру: 36ОС – когда я находился в спокойном состоянии (рис. 30) и 33ОС – после физической нагрузки (рис. 31).
Рис. 30 Рис. 31
Оказывается, любая клеточка поверхности нашего тела испускает невидимые инфракрасные лучи. И чем быстрее мы двигаемся, тем больше невидимых лучей излучается с поверхности, помогая коже охлаждаться и сохранять температуру тела в разумных, удобных для организма пределах.
Выводы
В результате исследования я убедился, что солнечный свет и жизнь составляют единое целое.
Благодаря проведенным опытам, я узнал, что лучи света прямолинейны, что они преломляются.
Выяснил, почему снег быстрее тает там, где есть проталины.
Убедился, что Солнце посылает нам свет, в котором смешаны лучи всех цветов радуги.
Опытным путём установил, что у тени есть цвет и доказал наличие невидимого света.
На основе анализа произведений искусства сформулировал образ Солнца.
Мне очень интересно было проводить исследование, я обязательно
продолжу работу для того, чтобы узнать о солнечных лучах еще больше.
Список использованной литературы.
1. Блудов по физике. – М.: Просвещение, 1985.
2. Большая иллюстрированная энциклопедия /Пер. с англ. .- М.: -ПРЕСС», 2009.
3. Большая иллюстрированная энциклопедия школьника /Пер. с англ. Е. Перемышлева, В. Гибадуллина, М. Красновой, А. Филонова.- М.: «Махаон», 2008.
4. и др. Новая детская энциклопедия /Пер. с англ. , , и др.- М.: -ПРЕСС», 2007.
5. Забавная физика.- М.: «Детская литература», 1993.
6. Мир физики.- М.: «Детская литература», 1987.
7. Новая энциклопедия школьника /Пер. с англ. О. Ивановой, Т. Бородиной.- М.: «Махаон», 2010.
8. Опыты в домашней лаборатории. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1980.
9. Перельман физика.- М.: издательство «Наука», 1979.
10. Рабиза опыты: Забавная физика для детей.- М.: «Детская литература», 1997.
11. Физика. Справочник школьника.- М.: Филологическое общество «Слово», 1995.
12. Хилькевич вокруг нас.-М,: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985.
