УРОК 2

УРОК 2
Отражение света. Законы отражения света
На прошлом уроке мы с вами говорили о свете и источниках света. Напомним, что свет — это видимое излучение. А все тела, излучающие свет, называются источниками света. Также мы с вами выяснили, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно. Но как поведёт себя свет на границе раздела двух сред?

На этот вопрос мы с вами и попытаемся сегодня ответить. Итак, пусть световой пучок распространяется в воздухе и падает на поверхность воды. Многочисленные опыты показывают, что на границе раздела этих сред свет изменит своё направление. При этом часть светового пучка пройдёт в воду, другая часть пучка отразится от границы раздела воздуха и воды и будет распространяться в воздухе.
Отражение света подобно отражению мяча от стенки. Если бросить мяч перпендикулярно стенке, то он отразится и полетит обратно по той же прямой. А если мяч бросить под некоторым углом к стенке, то он отскочит тоже под некоторым углом.
А каким бывает отражение света и какими законами оно описывается?
Ответим на эти вопросы с помощью опыта. В центре оптического диска, представляющем круг с делениями, укрепим зеркало. Направим из осветителя на зеркало пучок света (луч АО).
От зеркала световой луч АО практически полностью отразится.
Угол между падающим лучом и перпендикуляром, проведённым в точку падения, называется углом падения.
Угол, образованный отражённым лучом и тем же перпендикуляром, называется углом отражения.
Из опыта видно, что углы отражения и падения равны.
Увеличим угол падения, повернув осветитель влево — угол отражения тоже увеличится. Но по-прежнему углы падения и отражения равны.
То, что мы на оптическом диске видим не только падающий луч, но и отражённый, говорит о том, что они оба лежат в одной плоскости — плоскости диска.
Теперь, на основании результатов опыта, можно сформулировать закон отражения света: падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр, восставленный в точке падения луча к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости. Угол отражения света равен углу падения.
Примечательно, что закон отражения света был открыт ещё Евклидом в III в. до н. э.
А теперь по направлению отражённого луча пустим луч света от осветителя — он отразится от зеркала и пойдёт по направлению, по которому в предыдущем опыте шёл падающий луч.
Т. е. лучи как бы поменялись местами. Это свойство отражённого и падающего лучей называют обратимостью (или взаимностью) световых лучей.
МИНУТКА ОТДЫХА
А одинаково ли отражают свет различные поверхности? И опять обратимся к опыту. Пусть на поверхность зеркала падает параллельный пучок света. После отражения от зеркала световой пучок тоже будет параллельным. И он попадает в глаз только тогда, когда глаз находится на пути этого отражённого пучка (положение 2).
Если же он будет находиться в других положениях (положения 1 и 3), то мы не увидим зеркала — отражённые лучи в глаз не попадут. Такое отражение в физике называют зеркальным.
А если поверхность шероховатая? В этом случае направленные лучи света отражаются в различных направлениях. Такое отражение называется диффузным (иногда говорят: рассеянное отражение).
В случае диффузного отражения поверхность видна при любом положении глаза, так как в него попадают лучи.
В жизни с диффузным отражением света человек чаще встречается, чем с зеркальным. Только благодаря диффузному отражению мы видим предметы, которые сами не излучают свет.
Пример решения задачи.
Задача. Солнечные лучи образуют с горизонтом угол φ = 40о. Как надо расположить плоское зеркало, чтобы отражённые лучи пошли вертикально вверх?

Плоское зеркало. Построение изображений в плоском зеркале

Каждый день по нескольку раз вы смотрите в зеркало и видите в нем своё изображение. Попробуем ответить на вопросы: где и на каком расстоянии от зеркала находится изображение? Какие его размеры по сравнению с размерами самого предмета? И как оно образуется?
Чтобы ответить на эти вопросы, проделаем такой опыт. На столе расположим вертикально стеклянную пластинку и зажжённую свечу. Стеклянная пластинка будет выполнять роль плоского зеркала.
Как видим, в стекле хорошо видно изображение свечи. Однако,заглянув за пластинку, мы свечи там не обнаружим.

Теперь возьмём такую же по размерам, но незажжённую свечу и будем перемещать с другой стороны пластинки вдоль линейки до тех пор, пока она не совместится с изображением, то есть не будет казаться зажжённой. По линейке определим расстояния от пластинки до свечи и до её изображения. Не трудно заметить, что эти расстояния оказались равными. А так как незажжённая свеча совместилась с изображением по высоте, то можно сделать вывод, что размеры изображения равны размерам предмета.
Если передвинуть свечу ближе к стеклянной пластинке, то её изображение тоже приблизится, причём ровно на столько же, на сколько приблизилась свеча.
Положение изображения не изменится, если вместо стеклянной пластинки использовать плоское зеркало.
Из проведённых опытов следует, что в плоском зеркале глаз видит изображение таких же размеров, что и предмет, и на таком же расстоянии за зеркалом.
Но что значит: «Глаз видит изображение»? Как глаз определяет местоположение предмета или его изображения? Чтобы ответить на возникшие вопросы, давайте рассмотрим, как получается изображение предмета в плоском зеркале. Итак, пусть перед зеркалом находится источник света S. Из множества лучей выделим два, например, SA и SB, падающих на зеркало. Пользуясь законом отражения света, построим отражённые лучи.
Не трудно заметить, что пучок света, ограниченный отражёнными лучами, будет расходящимся. Он то и попадает в глаз наблюдателя.

Если продолжить отражённые лучи за плоскость зеркала, то они пересекутся в точке S’. Глаз воспринимает отражённые лучи так, как будто они исходят из этой точки, которая является изображением светящейся точки S. То есть глазу кажется, что светящаяся точка находиться именно там. Такое изображение называют мнимым.
Мнимое изображение — изображение, получаемое на пересечении не самих отражённых (или преломлённых) лучей, а их продолжений.
Следовательно, плоское зеркало даёт мнимое изображение.
Теперь построим изображение протяжённого предмета, например, свечи в плоском зеркале. Для этого нам необходимо построить изображение двух её крайних точек. Для этого можно использовать любые два луча. Итак, пусть первый луч от точки А падает на зеркало в точку О перпендикулярно плоскости зеркала. Значит, угол падения равен 0о. Следовательно, отражённый луч пойдёт вдоль падающего, но в обратном направлении, так как, согласно закону отражения света, угол падения и угол отражения равна.
Второй луч направим к зеркалу под некоторым углом. От зеркала он отразиться под таким же углом.
Из полученного рисунка видно, что отражённые лучи не пересекаются. Но пересекаются их продолжения в точке A’. Следовательно, эта точка и есть изображение точки A причём, как вы уже догадались, мнимое изображение.

Аналогично можно построить изображение любой точки предмета, в том числе и точки B.
Пользуясь признаками равенства треугольников, нетрудно доказать, что треугольники ACO и A’CO.
Это ещё раз подтверждает, что изображение предмета за зеркалом, находится на таком же расстоянии от него, как и сам предмет.
Важно запомнить, что предмет и его изображение в плоском зеркале представляют собой не тождественные, а симметричные фигуры. Например, посмотрим на изображение человека в зеркале. Правая рука на этом изображении расположена так, как будто это рука левая. То есть в зеркале «право» и «лево» меняются местами.
Таким образом, из опытов и построений следует, что изображение предмета в плоском зеркале является мнимым, прямым (то есть не перевёрнутым), по размерам равным предмету, находится на таком же расстоянии за зеркалом, на котором расположен предмет перед зеркалом и симметрично предмету.

Зеркала применяются в различных сферах жизнедеятельности человека: в быту, в медицине, на транспорте и в космической сфере.
Плоское зеркало используется и в перископе. Этот прибор устанавливают, например, на подводных лодках. Он позволяет с лодки, находящейся под водой, увидеть, что происходит на поверхности воды. Перископ представляет собой трубу, состоящую из трёх секций: двух горизонтальных и одной вертикальной. В местах соединения горизонтальных и вертикальной секций расположены зеркала. Зеркала взаимно параллельны и составляют угол сорок пять градусов с горизонталью.
Принцип работы перископа следующий. На верхнее зеркало падают горизонтальные лучи света от предмета, например, от корабля. После отражения от зеркала лучи изменят своё направление на вертикальное и попадут на второе зеркало. После отражения в нём лучи света вновь изменят направление на девяносто градусов и попадут в глаз наблюдателя.
МИНУТКА ОТДЫХА
Пример решения задач.
Задача. В системе двух зеркал глаз увидел изображение светящейся точки благодаря лучам 1 и 2. Где оно расположено? Где находится сама светящаяся точка? Сколько всего будет изображений?



Комментарии

Отправить комментарий