บทที่ 2 แสง ม.2
TRANSCRIPT
บทท 2 แสง รายวชาวทยาศาสตร 4 (ว32102) ภาคเรยนท 2 ปการศกษา 2556
แสงเดนทางเปนอยางไร?
1
3 2
ล าแสง : การเคลอนของแสงทผานตวกลาง
วตถทบแสง วตถโปรงแสง วตถโปรงใส
นยนตากบการมองเหน
• นยนตาของคนมสวนประกอบทส าคญหลายอยาง เชน เลนสตา ซงมลกษณะคลายเลนสนน ท าหนาทรบแสงใหไปเกดภาพบนจอตาทไวตอการรบแสง ทเรยกวา เรตนา (Retina)
• บนเรตนาจะมเซลลประสาทท าหนาทรบแสงสตางๆ แลวสงสญญาณผานเสนประสาทตาและสงตอไปแปลความหมายทสมอง
• การทเราจะมองเหนวตถไดชดเจนนน แสงทผานเขาสนยนตาจะตองมความสวางมากพอ
• ถาปรมาณแสงไมเพยงพอจะท าใหเรามองเหนสงตางๆไดไมชดเจนแตถามากเกนไปจะท าใหรสกตาพรามว
ปญหาเกยวกบนยนตา
1. สายตาสน เปน ภาวะทแสงผานกระจกตาและเลนสตา มาโฟกสหนาจอประสาทตา ท าใหภาพทตกบนจอประสาทตาไมชดเจน อาจเกดจากการทดวงตามเสนผาศนยกลางยาวเกนไป หรอก าลงรวมแสงของกระจกตาและเลนสมากเกนไป ท าใหแสงทผานกระจกตาและเลนสตา มาโฟกสหนาจอประสาทตา ภาพทเหนจงไมคมชด การทจะเหนไดชดเจนตองใชเลนสเวากระจายแสงออกเพอใหแสงไปตกทจอ ประสาทตาพอด
2. สายตายาว เปนภาวะทตรงขามกบสายตาสน คอ แสงผานทกระจกตาและเลนสมาโฟกสหลงจอประสาทตา แตรางกายสามารถแกไขใหชด โดยใชเลนสตาชวยปรบโฟกสได โดยใชการเพง ตลอดเวลา ซงท าใหเกดอาการปวดตา ปวดศรษะได และเมออายมากขนก าลงการเพงจะลดลง จนไมสามารถจะโฟกสแสงไดอกกท าใหเหนภาพไมชด วธการแกไขคอการใสแวนเลนสนน
3. สายตาเอยง หมายถง การทกระจกตามความโคงในแตละแนวไมเทากน เปรยบผวของกระจกตาไดกบผวของลกรกบ สวนสายตาปกตจะมผวของกระจกตาเหมอนความโคงของลกฟตบอล ท าใหตาไมสามารถจะโฟกสแสงในแตละแกน ใหเปนจดเดยวกน การแกไขคอการใสแวนทมก าลงของเลนสในแกนหนงมากกวาอกแกนหนง หรอการใชเลนสสมผส
แสง (Light)
• เปนพลงงานรหนงทเกยวของกบการมองเหนของมนษย
• แหลงก าเนดแสงในธรรมชาตทส าคญทสด คอ ดวงอาทตย นอกจากนยงมกองไฟ เทยนไข และหลอดไฟชนดตางๆ เปนตน
• เมอตกกระทบบนผววตถตางๆ ท าใหมความสวางเกดขน
• ถาแหลงก าเนดแสงอยหางจากผววตถมากขน : ความสวางนอยลง แตถาใหระยะหางมคาคงตว พบวา แหลงก าเนดแสงทใหพลงงานแสงออกมาในหนงหนวยเวลามากกวากจะมความสวางมากกวา
• การหาความสวางท าไดโดยใชเครอง ลกซมเตอร นยมใชในกลองถายรป
• คลนแมเหลกไฟฟา
• เคลอนทไดโดยไมตองอาศยตวกลาง
• อตราเรวของแสงในสญญากาศ= 3 x108 m/s
• เคลอนทผานตวกลางแตละชนดดวยความเรวไมเทากน
• แสงหกเหได
• แสงขาวประกอบดวยแสงส 7 ส (สเปกตรม)
สมบตของแสง
ความสวาง (Brightness)
• ความสวางของแสงบนวตถจะมผลตอกลามเนอตา กลาวคอ ถาบรเวณทมความสวางนอย มานตาจะเปดกวางมากเพอใหแสงเขานยนตาเพยงพอ มานตาซงท าหนาทปรบความสวางของแสงบนเรตนาจะตองท างานหนกขน
• ในท านองเดยวกน กรณทแสงสวางมาก เรตนากตองท างานหนกเชนกน
• ความสวางของแสงมผลตอสขภาพของนยนตา ดงนน ในสถานทตางๆ ควรจดใหมความสวางอยางเพยงพอและเหมาะสม เพราะอาจเปนอนตรายกบนยนตาได
ความสวางทเหมาะสมในสถานทตางๆโดยประมาณ
สถานท ความสวาง (ลกซ)
หองนงเลน หองครว หองอาหาร 150-300
หองอานหนงสอ หองท างาน 500-1000
โรงพลศกษา หอประชม 75-300
หองเรยน 300-750
หองสมด หองปฏบตการ หองเขยนแบบ 750-1000
หองตรวจโรค 200-750
หองผาตด 5000-10000
บนไดฉกเฉน 30-75
ทางเดนภายในอาคาร 75-200
หองประชมหองรบรอง 200-750
6/2/2015 สารภ เทพคงคา กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร โรงเรยนรตภม
วทยา จงหวดสงขลา 13
สของแสง
สของแสง
แสงขาว ( Visible Light )
คอ ชวงคลนแสงทท าใหสามารถมองเหนวตถเปนสตางๆ ได
การผสมสารส การผสมแสงส
การสะทอนของแสงและภาพทเกดจากการสะทอน
• วตถทไมมแสงในตวเองสามารถสะทอนแสงทไดรบจากแหลงก าเนดแสงมาเขาตาเราได
• โดยเขยนรงสตกกระทบแทนการเดนของแสงจากแหลงก าเนดตกกระทบวตถแลวเขยนเสนสะทอนจากวตถเขาสตาเรา
• พบวาเมอขนาดของมมตกกระทบเพมขนหรอลดลง ขนาดของมมสะทอนกจะเพมขนหรอลดลงดวย นนคอ เมอมมตกกระทบเปลยนแปลง มมสะทอนกจะเปลยนแปลงดวย
มมตกกระทบ = มมสะทอน เสมอ ณ ต าแหนงทแสงตกกระทบ
รงสตกกระทบ/สะทอน/เสนแนวฉากอยในระนาบเดยวกน
การสะทอนของแสงและภาพทเกดจากการสะทอน
• ในชวตประจ าวน เราใชหลกการสะทอนของแสงจากอปกรณตางๆ เชน การดภาพในกระจกเงาราบ
• พบวา ขนาดของวตถและขนาดของภาพเทากน ต าแหนงของภาพ (ระยะภาพ) และต าแหนงของวตถ (ระยะวตถ) หางจากผวกระจกเงาราบเทากน
• เมอแสงจากวตถตกกระทบกบผวตวสะทอนแสงแลวสะทอนมาเขาตาเรา ถามรงสตกกระทบจากทกจดบนวตถกจะมรงสสะทอนจ านวนมากมาเขาตาเรา ท าใหเหนภาพของวตถมรปรางเหมอนวตถและขนาดเทากบวตถได
• รงสของแสงสะทอนไมไดตดกนจรงเรยกภาพทเกดในลกษณะนวา ภาพเสมอน
ภาพทเกดในกระจกเงาระนาบสองบานท ามม 1)ภาพแรกทเกดขน จะเปนวตถของการสะทอนครงท 2 2)ภาพท 2 ทเกดขน มระยะภาพเทากบระยะวตถ 3) ถาภาพท 2 ยงอยหนากระจกเงาระนาบของบานแรก ภาพนนจะเปนวตถในการสะทอนตอไป
ถาผลลพธ n ทไดไมลงตว ใหปดขนเปนจ านวนเตม
ภาพจากกระจกเวา และกระจกนน
• เมอใบหนาอยใกลกระจกเวาภาพทเหนในกระจกเวาจะเหนเปนภาพหวตง เมอเลอนกระจกเวาหางจากใบหนามากขนจะเหนเปนภาพหวกลบ
• กระจกนนและเวาทใชกนอยทวไปมรปทรงเปนสวนหนงของผวทรงกลม มจดศนยกลางของความโคงและรศมความโคง
• จดกงกลางของผวโคงคอขวกระจกหรอจดยอด เสนตรงทลากผาน เรยกวา แกนมขส าคญ
ภาพจากกระจกเวา และกระจกนน
• ความยาวโฟกสเปนครงหนงของรศมความโคงเสมอ
f = R/2 เมอ f คอ ความยาวโฟกส
R คอ รศมความโคง
• สตรทใชในการค านวณการเกดภาพในกระจกเวาและกระจกโคง
ภาพจากกระจกเวา และกระจกนน
• การหาต าแหนงภาพทเกดจากการสะทอนของแสงโดยใชวธเขยนแผนภาพ มขนตอนดงน
1. วาดรปวตถในแนวตงบนแกนมขส าคญ
2. เขยนรงสตกกระทบ 1 จากจดสงสดของวตถไปตกกระทบกระจกเวาและกระจกนนโดยใหรงสตกกระทบขนานแกนมขส าคญของกระจกและรงสสะทอน 1 สะทอนในแนวทผานโฟกสของกระจก
3. เขยนรงสตกกระทบ 2 จากจดสงสดของวตถไปทจดยอดกระจกและเขยนรงสสะทอนท 2
4. ตอแนวรงสสะทอนทงสองใหพบกนทจดหนงจะไดต าแหนงของภาพ
ภาพจากกระจกเวา และกระจกนน
• ภาพทเกดจากกระจกโคงเนองจากรงสสะทอนไปตดกนจรง เรยกวา ภาพจรง สวนภาพทเกดขนจากรงสสะทอน เสมอนวาตดกน เรยกวา ภาพเสมอน
ภาพจากกระจกเวา และกระจกนน
ภาพจากกระจกเวา และกระจกนน
ภาพจากกระจกเวา และกระจกนน
การเขยนแผนภาพแสดงทางเดนแสงเพอหาต าแหนงภาพทเกดจากการหกเหของแสงผานเลนสนนมวธการดงตอไปน 1. เขยนรงสตกกระทบจากวตถใหขนานกบแกนมขส าคญ เมอหกเหผานเลนสแลวรงสจะผานจดโฟกสของเลนสเสมอ 2. เขยนรงสตกกระทบจากวตถใหผานจดกงกลางเลนส เมอผานเลนสแลวรงสจะผานเลนสไปเปนเสนตรงโดยไมมการหกเห 3. ต าแหนงหรอจดทมการหกเหในขอ 1 และ 2 ตดกน คอ ต าแหนงหรอจดทเกดภาพ
ส าหรบการหาต าแหนงของภาพทเกดจากเลนสเวา กใชหลกการดงกลาวเพยงแตรงสตกกระทบทขนานกบแกนมขส าคญทผานเลนสเวาแลวรงสหกเหจะเบนออกหางจากเสนแกนมขส าคญ แตเมอตอแนวรงสหกเหในทศยอนกลบจะผานโฟกสของเลนส
ภาพจากเลนสเวา และเลนสนน
ภาพจากเลนสเวา และเลนสนน
ภาพจากเลนสเวา และเลนสนน
ภาพจากเลนสเวา และเลนสนน
การหกเหของแสง
• เปนปรากฎการณทเกดขนเมอแสงเคลอนทผานตวกลางตางชนดกนเมอแสงเคลอนทจากตวกลางหนงไปยงอกตวกลางหนงแสงจะมการหกเห และการหกเหจะเกดขนเฉพาะผวรอยตอของตวกลางเทานน
• สงควรทราบเกยวกบการหกเหของแสง - ความถของแสงยงคงเทาเดม สวนความยาวคลน และความเรวของแสงจะไมเทาเดม - ทศทางการเคลอนทของแสงจะอยในแนวเดมถาแสงตกตงฉากกบผวรอยตอของตวกลางจะไมอยในแนวเดมถาแสงไมตกตงฉากกบผวรอยตอของตวกลาง
การหกเหของแสง
การสะทอนกลบของแสง • การสะทอนกลบทงหมด คอ ปรากฏการณแสงลกษณะหนง ซงเกดขนเมอรงสของแสง ตกกระทบ
กบพนผวของตวกลาง ในมมทกวางกวา มมวกฤต เกดขนเฉพาะกรณท ดชนหกเหของตวกลาง ต ากวา ดชนหกเหของของตวกลางทอยอกดานหนงของพนผวตกกระทบ โดยทแสงไมผานออกไป และ แสงทงหมดสะทอนกลบ โดยใชกฎการสะทอน
• เมอแสงขามผานเสนแบงระหวางตวกลางสองชนด ทมดชนหกเหทแตกตางกน ล าแสงอาจเกดการหกเห ทพนผวของตวกลางใหม หรอ อาจเกดการสะทอนกลบทงหมด ขนกบวามมตกกระทบ มากกวา มมวกฤตหรอไม ทงนเกดขนไดกตอเมอ แสงเดนทางมาจากตวกลางทมดชนหกเหมากกวา ไปยงตวกลางทมดชนหกเหนอยกวา ยกตวอยางเชน เมอแสงเดนทางจากแกวไปยงอากาศ
การสะทอนกลบของแสง
เสนใยน าแสง • เสนใยแกวน าแสงหรอไฟเบอรออปตก เปนตวกลางของสญญาณแสงชนดหนง ทท ามา
จากแกวซงมความบรสทธสงมาก เสนใยแกวน าแสงมลกษณะเปนเสนยาวขนาดเลก มขนาดประมาณเสนผมของมนษยเรา เสนใยแกวน าแสงทดตองสามารถน าสญญาณแสงจากจดหนงไปยงอกจดหนงได โดยมการสญเสยของสญญาณแสงนอยมาก
• เสนใยแกวน าแสงสามารถแบงตามความสามารถในการน าแสงออกไดเปน 2 ชนด คอ เสนใยแกวน าแสงชนดโหมดเดยว (Singlemode Optical Fibers, SM) และชนดหลายโหมด (Multimode Optical Fibers, MM)
เลเซอร (Laser) • เลเซอร ในทางฟสกส คอ อปกรณทใหก าเนดล าแสง ทมลกษณะเฉพาะ ซงเปนเทคโนโลยทรวมกน
ระหวางกลศาสตรควอนตมกบอณหพลศาสตร ซงพลงงานแสงเลเซอร สามารถมคณสมบตไดหลากหลาย ขนอยกบจดประสงคในการออกแบบ เลเซอรสวนมากจะเปนล าแสงทมขนาดเลก มการเบยงเบนนอย และสามารถระบความยาวคลนไดงาย โดยดจากสของเลเซอร ถาอยในสเปกตรมทสามารถมองเหนไดดวยตาเปลา ซงเลเซอรนอาจกลาวไดวา เปนการรวมพลงงานแสงทสงออกมาจากหลายความยาวคลนเขาดวยกน
• เลเซอร จะหมายรวมไปถงการใหพลงงานผานทางสอน าแสง ซงสอน าแสงอาจเปนไดทงของแขง ของเหลว กาซ หรออเลกตรอนอสระทมคณสมบตสามารถน าแสงได
ทศนปกรณ • กลองจลทรรศน
• กลองโทรทรรศน
• กลองถายรป
• ฯลฯ
แวนขยาย • แวนขยาย (magnifying glass) เปนอปกรณทท าจากเลนสนน ทชวย
ขยายขนาดของวตถ ใหสองดวตถขนาดเลกทตามองเหนไมชด ใหเกดความชดเจนมากขน ในการใชตองใหระยะวตถอยหางจากแวนขยายนอยกวาระยะความยาวโฟกสของแวนขยาย ลกษณะภาพทไดเปนภาพเสมอนหวตงเหมอนวตถ เกดภาพดานเดยวกบวตถ แวนขยายทมความยาวโฟกสสนจะขยายขนาดของวตถไดมาก จงใชแวนขยายสองดวตถทตองการความชดเจน เชน สองดพระเครอง สองดเพชร ใชดลายมอ ลายนวมอ เปนตน
กลองจลทรรศน • กลองจลทรรศน เปนเครองมอส าคญของนกชววทยา เพราะกลองจลทรรศน
ชวยใหศกษาโครงสรางและสวนประกอบของเซลลและสงมชวตเลก ๆ ได กลองจลทรรศนแตละแบบจะใหก าลงขยายทแตกตางกน ซงขนอยกบประสทธภาพและล าแสงทใช
• กลองจลทรรศนทใชกนทวไปแบงตามแหลงก าเนดแสงไดเปน 2 ชนด คอ
1. กลองจลทรรศนทใชแสง (Light Microscope) หรอ L.M. ใชแสงทมองเหนได เปนตวใหแสง
2. กลองจลทรรศนอเลคตรอน (Electron Microscope) หรอ E.M.
กลองโทรทรรศน • กลองโทรทรรศน (telescope) เครองมอซงสรางภาพขยายของวตถท
อยไกล กลองโทรทรรศนมสองชนด คอ
• กลองโทรทรรศนชนดหกเห (refracting telescope) มลกษณะเปนทอปด มเลนสใกลวตถอยทปลายขางหนง และเลนสใกลตาทปลายอกขางหนง
• กลองโทรทรรศนชนดสะทอน (reflecting telescope) เปนทอเปดมกระจกเวาอยขางใน และมเลนสใกลตาอยขางนอก
• ในกลองทงสองชนด เมอรงสแสงจากวตถทอยไกลๆ เขามาในทอ รงสจะหกเหผานเลนสใกลวตถ หรอสะทอนจากกระจกเงามาสรางภาพจรงของวตถ ภาพจะถกมองผานทางเลนสใกลตา ซงจะใหภาพเสมอนขนาดขยายของวตถ
กลองสองตา • กลองสองตา (binoculars) คอ อปกรณทใชส าหรบสองดวตถทอย
หางไกลใหมขนาดใหญขน โดยอาศยเลนสและปรซม ปรซมท าหนาทสะทอนและหกเหแสง กลบภาพจากภาพหวกลบใหเปนภาพหวตง ภาพทไดจงตางจากทเหนในกลองโทรทรรศนธรรมดา
• ขอก าหนดของกลองสองตาแตละกลอง มกบอกดวยตวเลขสองตวคนกลางดวยกากบาท "×" เชน "7×50" หมายถงกลองสองตานมก าลงขยาย 7 เทา เสนผานศนยกลางของเลนสวตถมขนาด 50 มลลเมตร
กลองถายรป • กลองถายภาพ หรอ กลองถายรป เปนอปกรณบนทกแสงทสะทอนจากวตถ
ผานเลนสของกลอง เปนการจ าลองภาพทางแสงใหบนทกลงบนวสดไวแสง (ฟลมถายภาพประเภทตาง ๆ และ/หรอตวรบภาพ - Image Sensor) บนทกเปนภาพแฝงบนวสดไวแสง กอนน าไปผานกระบวนการลางใหเปนภาพถายถาวร
• ความหมายของการถายภาพ ม 2 ประเดน คอ
• 1. เชงวทยาศาสตร หมายถง การท าปฏกรยาระหวางวสดไวแสงกบแสง
• 2. เชงศลปะ หมายถง การวาดภาพดวยแสงและเงารวมทงการผสมสเพอถายทอดความหมาย ความรสก อารมณ หรอทศนคต
เครองฉายขามศรษะ (Over head) • เครองฉายภาพขามศรษะ หรอบางทเรยกวา เครองฉายภาพโปรงใส เพราะ
วสดฉาย เปนแผนโปรงใส (Transparency) หรออาจเรยกวา กระดานชอลกไฟฟาเพราะใชแทนกระดานชอลกได เปนเครองฉายทจดอยในระบบฉายออม ใชส าหรบฉายภาพ วสด หรอเครองมอทโปรงใส โดยเขยนขอความหรอวาดภาพบนแผนโปรงใส ซงอาจจดเตรยมไวลวงหนา แลวน ามาวางบนเครองฉายซงตงอยหนาชนเรยน ภาพทปรากฏบนจอเหมอนการใชกระดานชอลก ซงผสอนจะอธบายประกอบการฉายกได สะดวกตอการน ามาใช
เครองฉายภาพยนต • ภาพยนตร คอ เปนกระบวนการบนทกภาพดวยฟลม แลวน าออกฉายใน
ลกษณะทแสดงใหเหนภาพเคลอนไหว ภาพทปรากฏบนฟลมภาพยนตรหลงจากผานกระบวนการถายท าแลวเปนเพยงภาพนงจ านวนมาก ทมอรยาบถหรอแสดงอาการเคลอนไหวเปลยนแปลงไปทละนอยตอเนองกนเปนชวงๆ ตามเรองราวทไดรบการถายท าและตดตอมา ซงอาจเปนเรองราวหรอเหตการณทเกดขนจรง หรอเปนการแสดงใหเหมอนจรง หรออาจเปนการแสดงและสรางภาพจากจนตนาการของผสรางกได
• เครองฉายภาพยนตรเปนอปกรณแสง-เชงกล ส าหรบการฉายภาพยนตร จากฟลม เปนภาพเคลอนไหว ใหไปปรากฎภาพบนจอฉายภาพ สวนประกอบของเครองฉายภาพยนตรนน สวนใหญแลวกเหมอนกบสวนประกอบในกลองถายภาพยนตร เวนแตอปกรณใหความสวาง และอปกรณดานเสยง
เครองฉายโปรเจคเตอร • โปรเจคเตอรไดมววฒนาการมาจากเครอง Over Head หรออกชอหนง
คอเครองปงแผนใสในภาษาชาวบาน ทเอาไวฉายสไลดแผนใสเมอกอนกวาได โดยพอมาถงยคของโปรเจคเตอรกท าใหเกดความสะดวกในการใชงานมากขน อกทงยงมขนาดเลกและน าหนกเบาพกพาไดอยางสะดวก
• โปรเจคเตอร (projector) คอ อปกรณทชวยในการแสดงภาพใหมขนาดใหญขน เหมาะส าหรบการน ามาใช เสนองานหรอทเราเรยกวา presentation หรออาจน ามาท าเปน Home Theater โดยปกต โปรเจคเตอรสามารถน ามาตอกบอปกรณไดหลายประเภท เชน วดโอ วดโอซด หรอ ดวด รวมทงคอมพวเตอร เปนตน เนองจากราคาของโปรเจคเตอรคอนขางสง