Источники света

В тёмной комнате экран телефона виден, а лежащая рядом книга — почти нет. После включения фонарика видна и книга. В обоих случаях свет попадает в глаз, но его путь начинается по-разному.

Источник света или отражающее тело

Источник света — тело, которое излучает свет. Солнце, включённая лампа, пламя и светящийся организм излучают собственный видимый свет.

Большинство предметов вокруг не излучают видимый свет, а отражают падающий на них свет. Книга, дерево, здание и Луна становятся видимыми, когда отражённый от них свет попадает в глаз.

Сгенерированный для урока кадр. Здание не становится источником только потому, что мы его видим.

Ключевой вопрос: тело само излучает наблюдаемый свет или отражает свет другого источника?

Две независимые классификации

Одному источнику можно дать сразу две характеристики.

По происхождению

• естественные: Солнце, звёзды, молния, светящиеся организмы;
• искусственные: свеча, электрическая лампа, светодиод, экран.

По характеру свечения

• тепловые: свет испускает нагретое тело — Солнце, нить лампы накаливания, пламя;
• источники холодного свечения: свет появляется без сильного нагрева всего источника — светляк, некоторые грибы, светодиод, люминесцентное покрытие.

Сгенерированная для урока иллюстрация двух тепловых источников.

Свеча — искусственный тепловой источник. Светляк — естественный источник холодного свечения. Поэтому нельзя склеивать две классификации в одну.

Сгенерированная для урока естественно-научная иллюстрация холодного свечения.

Попытка до разбора

Закрой следующий раздел и классифицируй объекты: Солнце, свеча, светодиод, светляк, Луна, белая стена.

Для каждого сначала выбери «излучает / отражает». Только для источников добавь две характеристики: естественный/искусственный и тепловой/холодного свечения.

Разбор классификации

Откуда берётся световая энергия

Источник преобразует другой вид энергии в световую:

• в лампе накаливания электрическая энергия сначала приводит к нагреву нити;
• в светодиоде электрическая энергия преобразуется в свет без сильного нагрева светящейся части;
• в пламени химическая энергия топлива превращается в разные виды энергии, включая световую;
• в светящихся организмах свет сопровождает химические процессы.

Не вся энергия источника становится видимым светом. Например, лампа накаливания заметно нагревается.

Точечный источник — модель для данных условий

Источник называют точечным, если его размерами в условиях задачи можно пренебречь. Его обозначают буквой $S$.

Оригинальная схема MediaSchool: применимость точечной модели зависит от масштаба задачи.

Одно и то же пламя можно считать точечным относительно далёкого экрана 2, но нельзя — относительно близкого экрана 1. Пламя не изменилось; изменились условия задачи.

Попытка. Источник размером 2 см находится сначала в 5 см, затем в 5 м от экрана. В каком случае модель точечного источника разумнее? Объясни, чем сравниваешь размеры.

Разбор

На расстоянии 5 м размер источника значительно меньше расстояния до экрана, поэтому его протяжённостью в этой модели разумнее пренебречь. На расстоянии 5 см размер источника уже сравним с расстоянием; точечная модель грубо теряет существенную часть условий.

Пучок света и световой луч

Оригинальная схема MediaSchool. Световой луч — линия-модель внутри показанного пучка.

Световой луч — линия, вдоль которой распространяется свет. Луч не является тонким материальным шнуром и не имеет толщины: это геометрическая модель направления.

Реальный узкий пучок имеет конечную ширину. Чем меньше отверстие в безопасной учебной установке, тем лучше направление пучка приближённо представляется лучом — но пучок и луч не становятся одним и тем же объектом.

Безопасное наблюдение

Для модели узкого пучка достаточно светодиодного фонарика и непрозрачного колпака с небольшим отверстием. Работу выполняют при рассеянном освещении, не направляя пучок в глаза.

• не смотри на Солнце и яркие источники через линзы, бинокль или телескоп;
• не используй лазер в ученическом опыте и никогда не направляй его в глаза;
• не разбирай сетевые лампы и блоки питания;
• открытое пламя заменяй светодиодом; если свечу показывает учитель, она стоит на негорючей подставке вдали от бумаги.

Частые ошибки

Проверь себя

1. Чем источник света отличается от видимого несветящегося тела?
2. Назови естественный тепловой и естественный источник холодного свечения.
3. Почему свеча и светодиод оба искусственные, но относятся к разным типам свечения?
4. Почему одно пламя на схеме можно считать точечным только относительно одного экрана?
5. Чем световой луч отличается от узкого пучка?

---

Ответы

1. Источник излучает собственный свет; несветящееся тело видно благодаря отражённому свету.
2. Например, Солнце и светляк.
3. Свет свечи связан с высокой температурой пламени, а светодиод светится без сильного нагрева светящейся части.
4. Его видимым размером можно пренебречь относительно далёкого экрана, но нельзя относительно близкого.
5. Пучок — реальная область распространения света конечной ширины; луч — геометрическая линия, задающая направление.

Короткий итог

• Источник света излучает свет; большинство видимых тел отражают падающий свет.
• Естественный/искусственный и тепловой/холодного свечения — две разные классификации.
• Точечный источник $S$ — модель, применимая только при заданных условиях.
• Световой луч — линия-модель направления распространения света, а не тонкий материальный объект.