Uczniowie potrafią zbudować obraz przedmiotu w zwierciadle płaskim, korzystając z prawa odbicia światła i wiedzą, że przedmiot i jego obraz są symetryczne względem płaszczyzny zwierciadła. Jako osoba lub grupa kreatywne zadanie(Praca pisemna, Projekt badawczy) można zlecić zbadanie konstrukcji obrazów w układzie dwóch (lub więcej) zwierciadeł - tzw. „wielokrotnego odbicia”.

Zwierciadło jednopłaszczyznowe daje jeden obraz obiektu.

S - obiekt (świecąca kropka), S 1 - obraz

Dodaj drugie lustro, umieszczając je pod kątem prostym do pierwszego. Wydawałoby się, że dwa lustra powinny się sumować dwa obrazy: S 1 i S 2 .

Ale pojawia się trzeci obraz - S 3 . Zwykle mówi się – i jest to wygodne dla konstrukcji – że obraz, który pojawia się w jednym zwierciadle, odbija się w drugim. S 1 odbija się w zwierciadle 2, S 2 odbija się w zwierciadle 1 iw tym przypadku te odbicia pokrywają się.

Komentarz. Kiedy mamy do czynienia z lustrami, często, jak np Życie codzienne, zamiast wyrażenia „obraz w lustrze” mówią: „odbicie w lustrze”, tj. zastąp słowo „obraz” słowem „odbicie”. „Widział swoje odbicie w lustrze”.(Tytuł naszej notatki mógł być sformułowany inaczej: „Zwielokrotnione refleksje” lub „Zwielokrotnione refleksje”.)

S 3 jest odbiciem S 1 w lustrze 2 i odbiciem S 2 w lustrze 1.

Interesujące jest narysowanie ścieżki promieni tworzących obraz S 3 .

Widzimy, że w rezultacie pojawia się obraz S 3 podwójnie odbicia promieni (obrazy S 1 i S 2 powstają w wyniku pojedynczych odbić).

W sumie liczba widocznych obrazów obiektu dla przypadku dwóch prostopadle ustawionych zwierciadeł wynosi trzy. Można powiedzieć, że taki układ luster czterokrotnie powiększa obiekt (lub „mnożnik” jest równy cztery).

W systemie dwóch prostopadłych zwierciadeł każda wiązka może doświadczyć nie więcej niż dwóch odbić, po czym opuszcza układ (patrz rysunek). Jeśli kąt między zwierciadłami zostanie zmniejszony, światło po odbiciu będzie „przebiegać” między nimi więcej razy, tworząc więcej obrazów. Tak więc dla przypadku kąta między zwierciadłami 60 stopni liczba uzyskanych obrazów wynosi pięć (sześć). Im mniejszy kąt, tym trudniej promieniom opuścić przestrzeń między zwierciadłami, im dłużej będzie odbijany, tym więcej uzyskanych obrazów.

Antyczny instrument (Niemcy, 1900) ze zmiennym kątem między lustrami do badania i demonstrowania wielokrotnych odbić.

Podobne domowe urządzenie.

Jeśli trzecie zwierciadło zostanie umieszczone tak, aby utworzyło prosty trójkątny pryzmat, wówczas promienie światła zostaną uwięzione i odbite, biegnąc bez końca między zwierciadłami, tworząc nieskończoną liczbę obrazów. To efekt kalejdoskopu.

Ale tak będzie tylko w teorii. W rzeczywistości nie ma idealnych luster – część światła jest pochłaniana, część rozpraszana. Po trzystu odbiciach pozostaje około jednej dziesięciotysięcznej pierwotnego światła. Dlatego odbicia bardziej odległe będą ciemniejsze, a najdalszych odbić w ogóle nie zobaczymy.

Wróćmy jednak do przypadku dwóch luster. Niech dwa zwierciadła będą do siebie równoległe, tj. kąt między nimi wynosi zero. Z rysunku widać, że liczba obrazów będzie nieskończona.

Ponownie, w rzeczywistości nie zobaczymy nieskończonej liczby odbić, ponieważ. lustra nie są idealne i pochłaniają lub rozpraszają część padającego na nie światła. Ponadto w wyniku zjawiska perspektywy obrazy będą się kurczyć, aż przestaniemy je rozróżniać. Można również zauważyć, że odległe obrazy zmieniają kolor (zmieniają się na zielone). Lustro nie odbija i nie pochłania jednakowo światła o różnych długościach fal.

Większość przedmiotów wokół ciebie - domy, drzewa, twoi koledzy z klasy itp. - nie jest źródłem światła. Ale ty je widzisz. Odpowiedź na pytanie „Dlaczego tak?” znajdziesz w tym akapicie.

Ryż. 11.1. Bez źródła światła nic nie widać. Jeśli istnieje źródło światła, widzimy nie tylko samo źródło, ale także przedmioty, które odbijają światło pochodzące ze źródła.

Dowiedzenie się, dlaczego widzimy ciała, które nie są źródłami światła

Wiesz już, że światło porusza się po linii prostej w jednorodnym przezroczystym ośrodku.

Ale co się stanie, jeśli na drodze wiązki światła znajdzie się jakieś ciało? Część światła może przejść przez ciało, jeśli jest przezroczyste, część zostanie pochłonięta, a część zostanie odbita od ciała. Część odbitych promieni trafi w nasze oczy i zobaczymy to ciało (ryc. 11.1).

Ustalenie praw odbicia światła

Do ustalenia praw odbicia światła użyjemy specjalnego urządzenia - myjki optycznej*. Na środku pralki mocujemy lustro i kierujemy na nie wąską wiązkę światła tak, aby na powierzchni pralki powstał jasny pasek. Widzimy, że wiązka światła odbita od lustra daje również jasny pasek na powierzchni pralki (patrz ryc. 11.2).

Kierunek padającej wiązki światła będzie wyznaczany przez wiązkę CO (rys. 11.2). Wiązka ta nazywana jest wiązką padającą. Kierunek odbitej wiązki światła zostanie ustawiony przez wiązkę OK. Promień ten nazywamy promieniem odbitym.

Z punktu O padania wiązki rysujemy prostopadłą OB do powierzchni zwierciadła. Zwróćmy uwagę na fakt, że promień padający, promień odbity i prostopadła leżą w tej samej płaszczyźnie - w płaszczyźnie powierzchni podkładki.

Kąt α między wiązką padającą a prostopadłą poprowadzoną z punktu padania nazywany jest kątem padania; kąt β między promieniem odbitym a daną prostopadłą nazywamy kątem odbicia.

Mierząc kąty α i β, możemy sprawdzić, czy są równe.

Jeśli przesuniesz źródło światła wzdłuż krawędzi dysku, zmieni się kąt padania wiązki światła i odpowiednio zmieni się kąt odbicia, i za każdym razem kąt padania i kąt odbicia światła będą równe (Rys. 11.3). Ustaliliśmy więc prawa odbicia światła:

Ryż. 11.3. Wraz ze zmianą kąta padania światła zmienia się również kąt odbicia. Kąt odbicia jest zawsze równy kątowi padania

Ryż. 11,5. Demonstracja odwracalności promieni świetlnych: wiązka odbita podąża po torze wiązki padającej

Ryż. 11.6. Zbliżając się do lustra, widzimy w nim naszego „sobowtóra”. Oczywiście nie ma tam „sobowtóra” – widzimy swoje odbicie w lustrze

1. Wiązka padająca, wiązka odbita i prostopadła do powierzchni odbicia, poprowadzona z punktu padania wiązki, leżą w tej samej płaszczyźnie.

2. Kąt odbicia jest równy kątowi padania: β = α.

Prawa odbijania światła zostały ustalone przez starożytnego greckiego naukowca Euklidesa już w III wieku pne. pne mi.

W jakim kierunku profesor powinien obrócić lustro, aby „ promień słońca»uderzyć chłopca (ryc. 11.4)?

Za pomocą lustra na podkładce optycznej można również zademonstrować odwracalność promieni świetlnych: jeśli wiązka padająca jest skierowana po drodze odbitej, to wiązka odbita będzie podążać po drodze padającej (ryc. 11.5).

Badamy obraz w płaskim lustrze

Zastanów się, jak powstaje obraz w płaskim lustrze (ryc. 11.6).

Niech rozbieżna wiązka światła pada z punktowego źródła światła S na powierzchnię płaskiego zwierciadła. Z tej belki wybieramy promienie SA, SB i SC. Korzystając z praw odbicia światła, konstruujemy odbite promienie LL b BB 1 i CC 1 (ryc. 11.7, a). Promienie te pójdą w rozbieżnej wiązce. Jeśli rozciągniesz je w przeciwnym kierunku (za lustro), wszystkie przetną się w jednym punkcie - S 1 znajdującym się za lustrem.

Jeśli niektóre promienie odbite od lustra wpadną do twojego oka, wyda ci się, że promienie odbite pochodzą z punktu S 1, chociaż w rzeczywistości w punkcie S 1 nie ma źródła światła. Dlatego punkt S 1 nazywany jest wyimaginowanym obrazem punktu S. Płaskie lustro zawsze daje wyimaginowany obraz.

Dowiedz się, jak obiekt i jego obraz są usytuowane względem lustra. Aby to zrobić, zwracamy się do geometrii. Rozważmy na przykład promień SC, który pada na lustro i odbija się od niego (ryc. 11.7, b).

Z rysunku widzimy, że Δ SOC = Δ S 1 OC - prawe trójkąty, mający wspólny bok CO i równy ostre rogi(bo zgodnie z prawem odbicia światła α = β). Z równości trójkątów mamy to SO \u003d S 1 O, to znaczy punkt S i jego obraz S 1 są symetryczne względem powierzchni płaskiego lustra.

To samo można powiedzieć o obrazie rozciągniętego przedmiotu: przedmiot i jego obraz są symetryczne względem powierzchni zwierciadła płaskiego.

No to zainstalowaliśmy Charakterystyka ogólna obrazy w płaskich lustrach.

1. Płaskie lustro daje wirtualny obraz przedmiotu.

2. Obraz przedmiotu w zwierciadle płaskim i sam przedmiot są symetryczne względem powierzchni zwierciadła, a to oznacza:

1) obraz przedmiotu jest równy rozmiarowi samego obiektu;

2) obraz przedmiotu znajduje się w tej samej odległości od powierzchni zwierciadła co sam przedmiot;

3) odcinek łączący punkt na przedmiocie i odpowiadający mu punkt na obrazie jest prostopadły do ​​powierzchni zwierciadła.

Rozróżnij zwierciadlane i rozproszone odbicie światła

Wieczorem, gdy w pokoju pali się światło, możemy zobaczyć w nim nasz wizerunek szyba. Ale obraz znika, gdy zasłony są zaciągnięte: nie zobaczymy naszego obrazu na tkaninie. I dlaczego? Odpowiedź na to pytanie wiąże się z co najmniej dwoma zjawiskami fizycznymi.

Pierwszy taki zjawisko fizyczne- Odbicie światła. Aby pojawił się obraz, światło musi zostać odbite od powierzchni w sposób lustrzany: po lustrzane odbicieświatła pochodzącego ze źródła punktowego S, kontynuacja promieni odbitych przetnie się w jednym punkcie S 1, który będzie obrazem punktu S (ryc. 11.8, a). Takie odbicie jest możliwe tylko od bardzo gładkich powierzchni. Nazywa się je tak - powierzchniami lustrzanymi. Oprócz zwykłego lustra przykładami powierzchni lustrzanych są szkło, polerowane meble, spokojna tafla wody itp. (Ryc. 11.8, b, c).

Jeśli światło odbija się od szorstkiej powierzchni, takie odbicie nazywa się rozproszonym (rozproszonym) (ryc. 11.9). W tym przypadku odbite promienie rozchodzą się w różnych kierunkach (dlatego oświetlany obiekt widzimy z dowolnego kierunku). Oczywiste jest, że powierzchni rozpraszających światło jest znacznie więcej niż powierzchni lustrzanych.

Rozejrzyj się i nazwij co najmniej dziesięć powierzchni, które odbijają światło w sposób rozproszony.

Ryż. 11.8. Lustrzane odbicie światła to odbicie światła od gładkiej powierzchni.

Ryż. 11.9. Rozproszone (rozproszone) odbicie światła to odbicie światła od szorstkiej powierzchni

Drugim zjawiskiem fizycznym wpływającym na zdolność widzenia obrazu jest pochłanianie światła. W końcu światło odbija się nie tylko od ciała fizyczne, ale także przez nie wchłaniane. Najlepszymi odbłyśnikami światła są lustra: mogą odbijać do 95% padającego światła. Ciała dobrze odbijają światło. biały kolor, ale czarna powierzchnia pochłania prawie całe padające na nią światło.

Kiedy jesienią pada śnieg, noce stają się znacznie jaśniejsze. Czemu? Nauka rozwiązywania problemów

Zadanie. na ryc. 1 przedstawia schematycznie obiekt BC i lustro NM. Znajdź graficznie obszar, z którego obraz obiektu BC jest całkowicie widoczny.

Analiza problem fizyczny. Aby zobaczyć obraz określonego punktu przedmiotu w lustrze, konieczne jest, aby przynajmniej część promieni padających z tego punktu na lustro odbijała się w oku obserwatora. Oczywiste jest, że jeśli promienie wychodzące z skrajnych punktów przedmiotu odbijają się w oku, to promienie wychodzące ze wszystkich punktów przedmiotu również odbijają się w oku.

Rozwiązanie, analiza wyników

1. Skonstruujmy punkt B 1 - obraz punktu B w płaskim lustrze (ryc. 2, a). Obszar ograniczony powierzchnią zwierciadła i promieniami odbitymi od skrajnych punktów zwierciadła będzie obszarem, z którego widoczny jest obraz B 1 punktu B w zwierciadle.

2. Po podobnym skonstruowaniu obrazu C 1 punktu C określamy obszar jego widzenia w lustrze (ryc. 2, b).

3. Obserwator może zobaczyć obraz całego obiektu tylko wtedy, gdy promienie, które dają oba obrazy - B 1 i C 1 (ryc. 2, c) dostaną się do jego oka. Stąd obszar zaznaczony na ryc. 2, w kolorze pomarańczowym, to obszar, z którego obraz obiektu jest całkowicie widoczny.

Przeanalizuj uzyskany wynik, ponownie rozważ ryc. 2 do problemu i oferują łatwiejszy sposób znalezienia obszaru widzenia obiektu w płaskim lustrze. Sprawdź swoje założenia, wykreślając pole widzenia kilku obiektów na dwa sposoby.

Podsumowując

Wszystkie widoczne ciała odbijają światło. Przy odbiciu światła spełnione są dwa prawa odbicia światła: 1) wiązka padająca, wiązka odbita i prostopadła do powierzchni odbicia, poprowadzona z punktu padania wiązki, leżą w tej samej płaszczyźnie; 2) kąt odbicia jest równy kątowi padania.

Obraz przedmiotu w płaskim lustrze jest wyimaginowany, równy wielkości samego obiektu i znajduje się w tej samej odległości od lustra co sam przedmiot.

Rozróżnij zwierciadlane i rozproszone odbicia światła. W przypadku odbicia lustrzanego możemy zobaczyć wirtualny obraz obiektu na powierzchni odbijającej; w przypadku odbicia rozproszonego obraz nie pojawia się.

Pytania kontrolne

1. Dlaczego widzimy otaczające nas ciała? 2. Jaki kąt nazywa się kątem padania? kąt odbicia? 3. Sformułuj prawa odbicia światła. 4. Jakiego urządzenia można użyć do sprawdzenia prawdziwości praw odbicia światła? 5. Jaka jest właściwość odwracalności promieni świetlnych? 6. W jakim przypadku obraz nazywa się wyimaginowanym? 7. Opisz obraz przedmiotu w zwierciadle płaskim. 8. Czym różni się rozproszone odbicie światła od lustrzanego?

Ćwiczenie numer 11

1. Dziewczyna stoi w odległości 1,5 m od płaskiego lustra. W jakiej odległości od dziewczyny znajduje się jej odbicie? Opisz to.

2. Kierowca samochodu, patrząc w lusterko wsteczne, zobaczył pasażera siedzącego na tylnym siedzeniu. Czy pasażer w tym momencie patrząc w to samo lusterko może zobaczyć kierowcę?

3. Prześlij zdjęcie. 1 w zeszycie, dla każdego przypadku skonstruuj promień padający (lub odbity). Zaznacz kąty padania i odbicia.

4. Kąt między promieniami padającymi i odbitymi wynosi 80°. Jaki jest kąt padania wiązki?

5. Przedmiot znajdował się w odległości 30 cm od płaskiego lustra. Następnie przedmiot odsunięto od zwierciadła o 10 cm w kierunku prostopadłym do powierzchni zwierciadła io 15 cm równolegle do niej. Jaka była odległość między przedmiotem a jego odbiciem? Czym się stało?

6. Z prędkością 4 km/h zbliżasz się do witryny lustra. Jak szybko zbliża się do Ciebie Twoje odbicie? O ile zmniejszy się odległość między tobą a twoim odbiciem, gdy przejdziesz 2 m?

7. Promień słońca odbija się od powierzchni jeziora. Kąt między promieniem padającym a horyzontem jest dwa razy większy niż kąt między promieniami padającymi a odbitymi. Jaki jest kąt padania wiązki?

8. Dziewczyna patrzy w lustro wiszące na ścianie pod niewielkim kątem (ryc. 2).

1) Zbuduj odbicie dziewczyny w lustrze.

2) Znajdź graficznie, którą część ciała widzi dziewczyna; obszar, z którego dziewczyna widzi siebie całkowicie.

3) Jakie zmiany zostaną zaobserwowane, jeśli lustro będzie stopniowo zakrywane nieprzezroczystą przesłoną?

9. W nocy, w świetle reflektorów samochodu, kałuża na chodniku wydaje się kierowcy ciemną plamą na jaśniejszym tle jezdni. Czemu?

10. Na ryc. 3 przedstawia drogę promieni w peryskopie - urządzeniu, którego działanie opiera się na prostoliniowym rozchodzeniu się światła. Wyjaśnij, jak działa to urządzenie. Skorzystaj z dodatkowych źródeł informacji i dowiedz się, gdzie są one wykorzystywane.

LABORATORIUM #3

Motyw. Badanie odbicia światła za pomocą zwierciadła płaskiego.

Cel: eksperymentalne sprawdzenie praw odbicia światła.

wyposażenie: źródło światła (świeca lub lampa elektryczna na stojaku), płaskie lusterko, ekran ze szczeliną, kilka czystych białych kartek, linijka, kątomierz, ołówek.

instrukcje do pracy

przygotowanie do eksperymentu

1. Przed przystąpieniem do pracy należy pamiętać o: 1) zasadach bezpieczeństwa podczas pracy z szklane przedmioty; 2) prawa odbicia światła.

2. Złóż układ doświadczalny (rys. 1). Dla tego:

1) zainstaluj ekran z otworem na białej kartce papieru;

2) przesuwając źródło światła, uzyskaj pasek światła na papierze;

3) ustawić płaskie lusterko pod pewnym kątem do paska światła i prostopadle do kartki papieru, tak aby odbita wiązka światła również dała wyraźnie widoczny pasek na papierze.

Eksperyment

Ściśle przestrzegaj instrukcji bezpieczeństwa (patrz wyklejka podręcznika).

1. Dobrze naostrzonym ołówkiem narysuj na papierze linię wzdłuż lustra.

2. Na kartce papieru umieść trzy punkty: pierwszy w środku wiązki światła padającego, drugi w środku wiązki światła odbitego, trzeci w miejscu, w którym wiązka światła pada na lustro (ryc. 2).

3. Powtórz opisane czynności jeszcze kilka razy (na różnych kartkach papieru), podkładając pod nie lusterko różne kąty na padającą wiązkę światła.

4. Zmieniając kąt między lustrem a kartką papieru, upewnij się, że w tym przypadku nie zobaczysz odbitej wiązki światła.

Przetwarzanie wyników eksperymentu

Za każde doświadczenie:

1) zbudować wiązkę padającą na zwierciadło i wiązkę odbitą;

2) przez punkt padania wiązki poprowadzić prostopadłą do linii poprowadzonej wzdłuż zwierciadła;

3) Oznaczcie i zmierzcie kąt padania (α) i kąt odbicia (β) światła. Wpisz wyniki pomiarów do tabeli.

Analiza eksperymentu i jego wyników

Przeanalizuj eksperyment i jego wyniki. Podsumuj, w którym wskaż: 1) jaki stosunek kąta padania wiązki światła do kąta jej odbicia wyznaczyłeś; 2) czy wyniki eksperymentów okazały się absolutnie dokładne, a jeśli nie, jakie są przyczyny błędu.

kreatywne zadanie

Korzystając z rys. 3, przemyśleć i zapisać plan przeprowadzenia eksperymentu polegającego na określeniu wysokości pomieszczenia za pomocą płaskiego lustra; wskazać wymagany sprzęt.

Eksperymentuj, jeśli to możliwe.

Zadanie „z gwiazdką”

Jeśli powierzchnia odbijająca lustra jest płaska, to jest to lustro płaskie. Światło jest zawsze odbijane od płaskiego lustra bez rozpraszania zgodnie z prawami optyki geometrycznej:

• Kąt padania jest równy kątowi odbicia.
• Wiązka padająca, wiązka odbita i normalna do powierzchni lustra w punkcie padania leżą w tej samej płaszczyźnie.

Należy pamiętać, że szklane lustro ma powierzchnię odbijającą (najczęściej cienką warstwę aluminium lub srebra) umieszczoną na tylnej stronie. Jest zakryta warstwa ochronna. Oznacza to, że chociaż główny obraz odbity powstaje na tej powierzchni, światło będzie odbijane również od przedniej powierzchni szkła. Powstaje obraz wtórny, który jest znacznie słabszy niż główny. Zwykle jest niewidoczna w życiu codziennym, ale tworzy poważne problemy w dziedzinie astronomii. Z tego powodu wszystkie zwierciadła astronomiczne mają powierzchnię odbijającą nałożoną na przednią powierzchnię szkła.

Typy obrazów

Istnieją dwa rodzaje obrazów: rzeczywisty i wyimaginowany.

Rzeczywistość powstaje na kliszy kamery wideo, aparatu fotograficznego lub na siatkówce oka. Promienie świetlne przechodzą przez soczewkę lub soczewkę, zbiegają się, padając na powierzchnię i tworzą obraz na ich przecięciu.

Wyimaginowane (wirtualne) uzyskuje się, gdy promienie odbite od powierzchni tworzą układ rozbieżny. Jeśli zakończysz kontynuację promieni w przeciwnym kierunku, z pewnością przetną się one w pewnym (wyimaginowanym) punkcie. To właśnie z takich punktów powstaje wyimaginowany obraz, którego nie da się zarejestrować bez użycia płaskiego lustra lub innych przyrządów optycznych (lupy, mikroskopu czy lornetki).

Obraz w zwierciadle płaskim: właściwości i algorytm budowy

Dla rzeczywistego obiektu obraz uzyskany za pomocą zwierciadła płaskiego to:

• wyimaginowany;
• prosty (nie odwrócony);
• wymiary obrazu są równe wymiarom przedmiotu;
• obraz znajduje się w tej samej odległości za zwierciadłem, co przedmiot przed nim.

Zbudujmy obraz jakiegoś przedmiotu w płaskim lustrze.

Wykorzystajmy własności wirtualnego obrazu w zwierciadle płaskim. Narysujmy obraz czerwonej strzałki po drugiej stronie lustra. Odległość A jest równa odległości B, a obraz ma ten sam rozmiar co obiekt.

Wyimaginowany obraz uzyskuje się na przecięciu kontynuacji odbitych promieni. Przedstawmy promienie świetlne wychodzące z wyimaginowanej czerwonej strzałki do oka. Pokażemy, że promienie są urojone, rysując je linią przerywaną. Ciągłe linie biegnące od powierzchni lustra pokazują drogę odbitych promieni.

Narysujmy linie proste od przedmiotu do punktów odbicia promieni na powierzchni lustra. Bierzemy pod uwagę, że kąt padania jest równy kątowi odbicia.

Zwierciadła płaskie są stosowane w wielu instrumentach optycznych. Na przykład w peryskopie, teleskopie płaskim, projektorze graficznym, sekstansie i kalejdoskopie. Lusterko dentystyczne do badania jamy ustnej jest również płaskie.

Kto może skonstruować obraz punktu w zwierciadle płaskim?

A jak zbudować obraz rozciągniętego źródła w zwierciadle płaskim (rysunek 2.13)? Jakie właściwości obrazu można w tym przypadku ujawnić?

Czy płaskie lustro może służyć jako ekran filmowy?

A teraz, stosując prawo odbicia światła, zbuduj obraz punktu, a nie przedmiotu duże rozmiary w zwierciadle sferycznym:

Po pierwsze - w wypukłym;

- wtedy - w wklęsłym.

Uzyskane obrazy porównaj ze sobą oraz z obrazami uzyskanymi za pomocą płaskiego lustra.

Jak wyjaśniłbyś różnicę w wielkości i położeniu obrazów w oparciu o zasadę Huygensa-Fresnela?

W ten sposób sformułowano lekcję ogólna zasada propagacja fal dowolnej natury - zasada Huygensa-Fresnela. Jakie widzisz znaczenie tej zasady?

Rzeczywiście, stosując zasadę Huygensa-Fresnela i wykonując proste konstrukcje geometryczne, można w dowolnym momencie znaleźć powierzchnię fali, korzystając z powierzchni fali znanej poprzednio. Na lekcji, korzystając z zasady Huygensa-Fresnela, wyprowadzono prawo odbicia fali.

Jaka jest nowość materiału omawianego na lekcji?

Jak to się ma do materiału, którego uczyłeś się więcej niż wczesne stadia studiować fizykę?

Które z wyników były dla Ciebie zaskakujące lub nieoczekiwane?

Czego nauczyłeś się podczas lekcji?

Proszę podać główne wyniki lekcji.

Który zadanie domowe którą powołałbyś do utrwalenia i pogłębienia wiedzy na temat „Zasada Huygensa. Prawo odbicia światła?

1. (obowiązkowo) Odpowiedz pisemnie w zeszycie na następujące pytania:

Jak skonstruować obraz punktowego źródła światła w zwierciadle płaskim korzystając z prawa odbicia?

· Dlaczego płaskie lustro nie może służyć jako ekran filmowy?

2. (opcjonalnie) Przygotuj esej na temat holenderskiego fizyka i matematyka Christiana Huygensa.

Prawo załamania światła

Rodzaj lekcji: wyjaśnienie nowego materiału.

1) cel poznawczy: stworzenie studentom warunków do zrozumienia istoty i warunków do obserwacji zjawiska załamania światła; opanowanie wyprowadzenia prawa załamania światła w oparciu o zasadę Huygensa-Fresnela oraz sformułowanie prawa załamania światła; ujawnienie stanu całkowitego wewnętrznego odbicia;

2) cel rozwojowy: tworzenie warunków do rozwoju zdolności myślenia, komunikowania się i zdolności umysłowych uczniów;

3) cel praktyczny: nauczenie studentów prawidłowego formułowania celu pracy, wyciągania wniosków i dokonywania samooceny wykonanej pracy;

4) cel edukacyjny: pielęgnować poczucie kolektywizmu, rozwijać się umiejętności analityczne studenci.

Pomoce wizualne i pokazy: Demonstracja przy użyciu dysku optycznego

moment organizacyjny - 3 min

wyjaśnienie nowego materiału - 30 min

utrwalenie materiału - 10 min

praca domowa - 2 min

Wprowadzenie przez nauczyciela. Studenci proszeni są o przypomnienie sobie, co wiedzą o załamaniu światła z kursu optyki geometrycznej.

Przypomnijmy, czym jest zjawisko załamania światła?

Obserwacja załamania światła

Na granicy dwóch ośrodków światło zmienia kierunek rozchodzenia się (demonstracja z wykorzystaniem dysku optycznego). Część energii świetlnej powraca do pierwszego ośrodka, tj. światło zostaje odbite. Jeśli drugi ośrodek jest przezroczysty, to światło może częściowo przejść przez granicę ośrodka, z reguły zmieniając również kierunek propagacji.

Metody gry jako sposób kształtowania kultury osobowości
istnieje różne gry. Niektóre rozwijają myślenie i horyzonty dzieci, inne - zręczność, siłę, a jeszcze inne - umiejętności projektowe. Istnieją gry, których celem jest rozwijanie kreatywności u dziecka, w których dziecko wykazuje się inwencją, inicjatywą i samodzielnością. Twórcze przejawy dzieci w grach inaczej.

Zagadnienia poradnictwa pedagogicznego gry fabularne dzieci wiek przedszkolny w literatura pedagogiczna
W historii pedagogiki przedszkolnej rozwinęło się kilka podejść pedagogicznych do zarządzania dziecięcymi grami fabularnymi. Pierwsze podejście to tak zwane tradycyjne podejście przywódcze. Gra RPG. Podejście to rozwinęło się w praktyce Edukacja przedszkolna zgodnie z wynikami badań rozwojowych.

Opracowanie w podgrupach treści zabaw dydaktycznych do zapoznania przedszkolaków obiektywny świat
Skuteczne przywództwo gry dydaktyczne przewiduje przede wszystkim dobór i przemyślenie treści programowych, jasne określenie zadań, określenie miejsca i roli w holistycznym proces edukacyjny, interakcja oraz inne gry i formy nauki. Powinna być ukierunkowana na rozwój.

www.alfaeducation.ru

§ 60. Zasada Huygensa. Prawo odbicia światła (koniec)

W momencie, gdy fala dotrze do punktu B iw tym momencie rozpocznie się wzbudzenie oscylacji, fala wtórna wyśrodkowana w punkcie A będzie już półkulą o promieniu r = AD = υΔt = SW. Czoła fal wtórnych ze źródeł zlokalizowanych pomiędzy punktami A i B pokazano na rysunku 8.5. Obwiednią frontów fal wtórnych jest płaszczyzna DB, styczna do powierzchni sferycznych. Jest to przód odbitej fali. Wiązki AA 2 i BB 2 są prostopadłe do czoła odbitej fali DB. Nazywa się kąt y między normalną do powierzchni odbijającej a promieniem odbitym kąt odbicia.

Ponieważ AD = CB, a trójkąty ADB i ACB są trójkątami prostokątnymi, to ∠DBA = ∠CAB. Ale α = ∠CAB i γ = ∠DBA jako kąty o wzajemnie prostopadłych bokach. Dlatego kąt odbicie jest równe kątowi padania 1 :

Prawo odbicia światła wynika z teorii Huygensa: wiązka padająca, wiązka odbita i normalna do powierzchni odbijającej w punkcie padania leżą w tej samej płaszczyźnie, a kąt padania jest równy kątowi odbicia.

Przy przeciwnym kierunku propagacji promieni świetlnych wiązka odbita stanie się padająca, a wiązka padająca zostanie odbita. Odwracalność przebiegu promieni świetlnych jest ich ważną właściwością.

Sformułowano ogólną zasadę propagacji fal dowolnej natury, zasadę Huygensa. Zasada ta pozwala, za pomocą prostych konstrukcji geometrycznych, znaleźć powierzchnię fali w dowolnym momencie, korzystając ze znanej powierzchni fali w poprzedniej chwili. Prawo odbicia światła wywodzi się z zasady Huygensa.

Pytania do ust

1. Jak zbudować obraz punktowego źródła światła w zwierciadle płaskim korzystając z prawa odbicia?

2. Dlaczego płaskie lustro nie może służyć jako ekran filmowy?

www.xn--24-6kct3an.xn--p1ai

Prawo odbicia światła. płaskie lustro

Ten samouczek wideo jest dostępny w ramach subskrypcji

Czy masz już subskrypcję? Wejść

Na tej lekcji dowiesz się o odbiciu światła i sformułujemy podstawowe prawa dotyczące odbicia światła. Zapoznajmy się z tymi pojęciami nie tylko z punktu widzenia optyki geometrycznej, ale także z punktu widzenia falowej natury światła.

Jak widzimy zdecydowaną większość otaczających nas obiektów, skoro nie są one źródłami światła? Odpowiedź jest ci znana, otrzymałeś ją na kursie fizyki w 8 klasie. Widzimy otaczający nas świat odbijając światło.

Prawo odbicia

Najpierw przypomnijmy sobie definicję.

Kiedy wiązka światła pada na interfejs między dwoma ośrodkami, ulega odbiciu, czyli powraca do pierwotnego ośrodka.

Zwróć uwagę na to, że odbicie światła nie jest jedynym możliwym skutkiem dalszego zachowania się padającej wiązki, częściowo przenika do innego ośrodka, czyli jest pochłaniane.

Absorpcja światła (absorpcja) to zjawisko utraty energii przez falę świetlną przechodzącą przez substancję.

Zbudujmy wiązkę padającą, wiązkę odbitą i prostopadłą do punktu padania (rys. 1.).

Ryż. 1. Wiązka padająca

Kąt padania to kąt między promieniem padającym a prostopadłą (),

- kąt poślizgu.

Prawa te zostały po raz pierwszy sformułowane przez Euklidesa w jego pracy „Katoptrik”. A poznaliśmy się już z nimi w ramach programu fizyki klasy 8.

Prawa odbicia światła

1. Promień padający, promień odbity i prostopadła do punktu padania leżą w tej samej płaszczyźnie.

2. Kąt padania jest równy kątowi odbicia.

Z prawa odbicia światła wynika odwracalność promieni świetlnych. To znaczy, jeśli zamienimy wiązkę padającą i odbitą, to nic się nie zmieni pod względem trajektorii propagacji strumienia świetlnego.

Spektrum zastosowania prawa odbicia światła jest bardzo szerokie. To jest fakt, od którego rozpoczęliśmy lekcję, że większość otaczających nas obiektów widzimy w świetle odbitym (księżyc, drzewo, stół). Inne dobry przykład wykorzystaniem odbicia światła są lustra i reflektory (reflektory).

odblaski

Zrozumiemy zasadę działania prostego retroreflektora.

Odbłyśnik (od starożytnego greckiego kata - przedrostek o znaczeniu wysiłku, fos - „światło”), retroreflektor, migotanie (od angielskiego „mrugnięcie”) - urządzenie przeznaczone do odbijania wiązki światła w kierunku źródła za pomocą minimalna dyspersja.

Każdy rowerzysta wie, że podróżowanie w ciemny czas dni bez odblasków mogą być niebezpieczne.

Migotanie jest również używane w mundurach robotników drogowych, funkcjonariuszy policji drogowej.

Co zaskakujące, właściwość reflektora opiera się na najprostszych faktach geometrycznych, w szczególności na prawie odbicia.

Odbicie wiązki od powierzchni lustra zachodzi zgodnie z prawem: kąt padania jest równy kątowi odbicia. Rozważmy przypadek płaski: dwa zwierciadła tworzące kąt 90 stopni. Wiązka poruszająca się w płaszczyźnie i uderzająca w jedno ze zwierciadeł, po odbiciu od drugiego zwierciadła, pobiegnie dokładnie w tym kierunku, w którym nadeszła (patrz rys. 2).

Ryż. 2. Zasada działania reflektora kątowego

Aby uzyskać taki efekt w zwykłej przestrzeni trójwymiarowej, konieczne jest umieszczenie trzech luster w wzajemnie prostopadłych płaszczyznach. Weź róg sześcianu z krawędzią w kształcie regularnego trójkąta. Wiązka, która trafi w taki układ luster, po odbiciu od trzech płaszczyzn, będzie biegła równolegle do wiązki padającej w przeciwnym kierunku (patrz rys. 3.).

Ryż. 3. Odbłyśnik narożny

Będzie retrospekcja. To właśnie to proste urządzenie o swoich właściwościach nazywa się reflektorem narożnym.

Dowód prawa odbicia

Rozważ odbicie fali płaskiej (falę nazywamy płaską, jeśli powierzchnie o równej fazie są płaszczyznami) (ryc. 1.)

Ryż. 4. Odbicie fali płaskiej

Na rysunku - powierzchnia i - dwie wiązki padającej fali płaskiej, są do siebie równoległe, a płaszczyzna jest powierzchnią fali. Powierzchnię fali odbitej można uzyskać rysując obwiednię fal wtórnych, których środki leżą na granicy między ośrodkami.

Różne sekcje powierzchni fali nie docierają do granicy odbijania w tym samym czasie. Wzbudzenie oscylacji w punkcie rozpocznie się wcześniej niż w punkcie dla przedziału czasowego. W momencie, gdy fala dotrze do punktu iw tym momencie rozpocznie się wzbudzanie oscylacji, fala wtórna skupiona w punkcie (wiązka odbita) będzie już półkulą o promieniu . Na podstawie tego, co właśnie zapisaliśmy, ten promień również będzie wynosił równy segmentowi.

Teraz widzimy: , trójkąty i są prostokątne, co oznacza . A z kolei jest kąt padania. A to kąt odbicia. Otrzymujemy zatem, że kąt padania jest równy kątowi odbicia.

Tak więc, za pomocą zasady Huygensa, udowodniliśmy prawo odbicia światła. Ten sam dowód można uzyskać, korzystając z zasady Fermata.

Rodzaje refleksji

Jako przykład (ryc. 5.) pokazano odbicie od falistej, szorstkiej powierzchni.

Ryż. 5. Odbicie od szorstkiej, pofałdowanej powierzchni

Z rysunku wynika, że ​​promienie odbite rozchodzą się w różnych kierunkach, ponieważ kierunek prostopadłej do punktu padania dla innej wiązki będzie odpowiednio inny, kąt padania i kąt odbicia również będą różne.

Powierzchnię uważa się za nierówną, jeśli wymiary jej nieregularności są nie mniejsze niż długość fali świetlnej.

Powierzchnia, która równomiernie odbija promienie we wszystkich kierunkach, nazywana jest matową. Tym samym matowa powierzchnia gwarantuje nam rozproszone lub rozproszone odbicie, które powstaje na skutek nierówności, chropowatości, zarysowań.

Powierzchnia, która równomiernie rozprasza światło we wszystkich kierunkach, nazywana jest absolutnie matową. W naturze nie znajdziesz absolutnie matowej powierzchni, jednak powierzchnia śniegu, papieru i porcelany jest im bardzo bliska.

Jeśli rozmiar nierówności powierzchni jest mniejszy niż długość fali światła, wówczas taka powierzchnia będzie nazywana zwierciadłem.

Po odbiciu od powierzchni lustra zachowana jest równoległość wiązki (ryc. 6.).

Ryż. 6. Odbicie od lustrzanej powierzchni

W przybliżeniu lustro to gładka powierzchnia wody, szkła i polerowanego metalu. Nawet matowa powierzchnia może okazać się lustrem, jeśli zmienimy kąt padania promieni.

Na początku lekcji mówiliśmy o tym, że część padającej wiązki jest odbijana, a część pochłaniana. W fizyce istnieje wielkość, która charakteryzuje, jaka część energii padającej wiązki jest odbijana, a jaka jest pochłaniana.

Albedo

Albedo - współczynnik, który pokazuje, jaka część energii padającej wiązki odbija się od powierzchni, (z łac.

Lub inaczej, jest to ułamek wyrażony jako procent odbitego promieniowania energii od energii wchodzącej na powierzchnię.

Im albedo jest bliższe 100, tym więcej energii odbija się od powierzchni. Łatwo zgadnąć, że współczynnik albedo zależy od koloru powierzchni, w szczególności energia będzie znacznie lepiej odbijana od białej powierzchni niż od czarnej.

Śnieg ma najwyższe albedo dla substancji. Jest to około 70-90%, w zależności od nowości i różnorodności. Dlatego śnieg powoli topnieje póki jest świeży, a raczej biały. Wartości albedo dla innych substancji, powierzchnie pokazano na rysunku 7.

Ryż. 7. Wartość albedo dla niektórych powierzchni

płaskie lustro

Bardzo ważnym przykładem zastosowania prawa odbicia światła są zwierciadła płaskie – płaska powierzchnia, która lustrzanie odbija światło. Czy macie w domu takie lustra?

Zastanówmy się, jak zbudować obraz obiektów w płaskim lustrze (ryc. 8.).

Ryż. 8. Budowanie obrazu przedmiotu w zwierciadle płaskim

- punktowe źródło światła emitujące promienie w różne kierunki, weź dwie bliskie wiązki padające na płaskie zwierciadło. Odbite promienie rozejdą się tak, jakby pochodziły z punktu, który jest symetryczny względem punktu względem płaszczyzny zwierciadła. Najciekawsza rzecz zacznie się, gdy odbite promienie trafią w nasze oko: nasz mózg sam dopełni rozbieżną wiązkę, kontynuując ją poza lustro do punktu

Wydaje nam się, że odbite promienie pochodzą z punktu.

Ten punkt służy jako obraz źródła światła. Oczywiście w rzeczywistości nic nie świeci za lustrem, to tylko złudzenie, więc ten punkt nazywa się wyimaginowanym obrazem.

Obszar widzenia zależy od lokalizacji źródła i wielkości lustra - obszaru przestrzeni, z którego widoczny jest obraz źródła. Obszar widzenia wyznaczają krawędzie lustra i .

Na przykład możesz spojrzeć w lustro w łazience pod pewnym kątem, jeśli odsuniesz się od niego na bok, wtedy nie zobaczysz siebie ani przedmiotu, który chcesz zbadać.

Aby skonstruować obraz dowolnego przedmiotu w zwierciadle płaskim, konieczne jest skonstruowanie obrazu każdego z jego punktów. Ale jeśli wiemy, że obraz punktu jest symetryczny względem płaszczyzny zwierciadła, to obraz przedmiotu będzie symetryczny względem płaszczyzny zwierciadła (ryc. 9.)

Ryż. 9. Symetryczne odbicie przedmiotu względem płaszczyzny zwierciadła

Innym zastosowaniem lustra jest stworzenie peryskopu, czyli urządzenia do obserwacji zza osłony.

Wniosek

W tej lekcji nie tylko zapoznaliśmy się z prawem odbicia, ale także udowodniliśmy je za pomocą znanej nam już zasady Huygensa. Ponadto nauczyliśmy się budować obrazy przedmiotów w zwierciadle płaskim i charakteryzować je.

Analiza problemu z prawa odbicia światła

Uczniowie badali zależność prędkości samochodu od jego obrazu w zwierciadle płaskim w układzie odniesienia związanym z tym zwierciadłem Rzut na oś wektora prędkości, z jaką porusza się obraz w tym układzie odniesienia, jest równy :

jeden.; 2.; 3.; 4. (Patrz rys. 10.)

Ryż. 10. Ilustracja problemu

Przypomnijmy, że obraz w zwierciadle płaskim znajduje się symetrycznie względem przedmiotu względem płaszczyzny zwierciadła. Oznacza to, że jeśli samochód porusza się w czasie, to obraz, który jest umieszczony symetrycznie, będzie się poruszał w tym samym czasie, a zatem obraz oddala się od lusterka z prędkością . Rzut na oś będzie równy .

Bibliografia

1. Zhilko V.V., Markovich Ya.G. Fizyka. Klasa 11. – 2011.

2. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B., Charugin V.M. Fizyka. Klasa 11. Podręcznik.

3. Kasjanow V.A. Fizyka, 11 klasa. – 2004.

1. Portal internetowy „Fizyka dla wszystkich” (Źródło)

2. Portal internetowy Ujednoliconego Zbioru Cyfrowych Zasobów Edukacyjnych (źródło)

3. Portal internetowy „diplomivanov.narod.ru” (źródło)

Zadanie domowe

1. Skonstruuj obrazy AB w zwierciadle płaskim

2. Narysuj obraz w płaskim lustrze

Obraz w płaskim lustrze.

Obraz przedmiotu w zwierciadle płaskim powstaje za zwierciadłem, czyli tam, gdzie przedmiot faktycznie nie istnieje. Jak to działa?

Niech rozbieżne promienie SA i SB padają na zwierciadło MN z punktu świetlnego S. Odbite w lustrze pozostaną rozbieżne. Rozbieżna wiązka światła wpada do oka, ustawionego tak, jak pokazano na rysunku, tak jakby wychodziło z punktu S1. Ten punkt jest punktem przecięcia promieni odbitych wychodzących poza zwierciadło. Punkt S1 nazywany jest wirtualnym obrazem punktu S, ponieważ z punktu S1 nie dochodzi żadne światło.

Zastanów się, w jaki sposób źródło światła i jego wyimaginowany obraz są usytuowane względem lustra.

Kawałek płaskiego szkła mocujemy na stojaku w pozycji pionowej. Stawiając zapaloną świecę przed szkłem, zobaczymy w szkle, jak w lustrze, obraz świecy. Teraz weźmy drugą taką samą, ale nie zapaloną świecę i postawmy ją po drugiej stronie szklanki. Przesuwając drugą świecę znajdziemy pozycję, w której druga świeca również będzie się wydawała zapalona. Oznacza to, że nie zapalona świeca znajduje się w tym samym miejscu, w którym obserwuje się obraz świecy zapalonej. Po zmierzeniu odległości od świecy do szklanki i od jej obrazu do szklanki upewnimy się, że odległości te są takie same.

Tak więc wyimaginowany obraz przedmiotu w płaskim zwierciadle znajduje się w tej samej odległości od zwierciadła, co sam przedmiot.
Przedmiot i jego odbicie w lustrze nie są identycznymi, lecz symetrycznymi figurami. Na przykład lustrzanym odbiciem prawej rękawicy jest lewa rękawica, którą można połączyć z prawą rękawicą tylko poprzez wywrócenie jej na lewą stronę.

Obraz przedmiotu, jaki daje zwierciadło płaskie, jest tworzony przez promienie odbite od powierzchni zwierciadła.

Rysunek pokazuje, jak oko odbiera obraz punktu S w lustrze. Wiązki SO, SO1 i SO2 odbijają się od zwierciadła zgodnie z prawami odbicia. Wiązka SO pada na zwierciadło prostopadle (= 0°) i po odbiciu (= 0°) nie wpada do oka. Promienie SO1 i SO2 po odbiciu wpadają do oka w rozbieżnej wiązce, oko dostrzega punkt świetlny S1 za zwierciadłem. W rzeczywistości w punkcie S1 zbiegają się kontynuacje promieni odbitych (linia przerywana), a nie same promienie (wydaje się tylko, że promienie rozbieżne wpadające do oka pochodzą z punktów znajdujących się w „lustrze”), stąd takie obraz nazywa się urojonym (lub urojonym), a punkt, z którego, jak nam się wydaje, emanuje każdy promień, jest punktem obrazu. Każdy punkt obiektu odpowiada punktowi obrazu.

prawo odbicia światła, wyimaginowany obraz obiektu znajduje się symetrycznie względem powierzchni lustra. Rozmiar obrazu jest równy rozmiarowi samego obiektu.

W rzeczywistości promienie świetlne nie przechodzą przez lustro. Wydaje nam się tylko, że światło pochodzi z obrazu, ponieważ nasz mózg odbiera światło wpadające do naszych oczu jako światło ze źródła znajdującego się przed nami. Ponieważ promienie tak naprawdę nie zbiegają się na obrazie, umieszczenie arkusza białego papieru lub filmu w miejscu, w którym znajduje się obraz, nie da żadnego obrazu. Dlatego taki obraz nazywa się wyimaginowanym. Należy go odróżnić od rzeczywistego obrazu, przez który przechodzi światło i który można uzyskać, umieszczając kartkę papieru lub kliszę fotograficzną w miejscu, w którym się znajduje. Jak zobaczymy później, prawdziwe obrazy można tworzyć za pomocą soczewek i zakrzywionych zwierciadeł (na przykład kulistych).

Punkty S i S' są symetryczne względem zwierciadła: SO = OS'. Ich obraz w zwierciadle płaskim jest wyimaginowany, bezpośredni (nie odwrócony), ma taką samą wielkość jak przedmiot i znajduje się w tej samej odległości od zwierciadła co sam przedmiot.

Wieczorem oślepia nas nadjeżdżający samochód jasne światło reflektory Reflektor daje potężny strumień światła, jasno oświetlając odległe obiekty. Znajduje się tam latarnia morska, która wysyła promienie światła na dziesiątki kilometrów, aby zorientować statki. We wszystkich tych i wielu innych przypadkach światło jest kierowane w przestrzeń przez wklęsłe zwierciadło, przed którym znajduje się źródło światła.

Powierzchnie odblaskowe nie muszą być płaskie. Zwierciadła zakrzywione są najczęściej kuliste, to znaczy mają kształt sferycznego segmentu. Zwierciadła sferyczne są wklęsłe lub wypukłe. Sferyczne zwierciadło wklęsłe to starannie wypolerowana sferyczna powierzchnia. Na poniższych rysunkach punkt O jest środkiem kulistej powierzchni tworzącej lustro. Na rysunku litera C oznacza środek kulistej powierzchni zwierciadła, punkt O to górna część zwierciadła. Prosta CO przechodząca przez środek powierzchni zwierciadła C i górę zwierciadła O nazywana jest osią optyczną zwierciadła.

Wyślijmy wiązkę promieni świetlnych równoległą do osi optycznej zwierciadła od latarni do zwierciadła. Po odbiciu od zwierciadła promienie tej wiązki zbiegną się w jednym punkcie F, który leży na osi optycznej zwierciadła. Ten punkt nazywa się ogniskiem lustra. Jeśli źródło światła zostanie umieszczone w ognisku zwierciadła, promienie zostaną odbite od zwierciadła, jak pokazano na rysunku.

Odległość OF od wierzchołka zwierciadła do ogniska nazywana jest ogniskową zwierciadła, jest równa połowie promienia OS kulistej powierzchni zwierciadła, czyli OF= 0,5 OS.

Zbliżmy źródło światła (zapaloną świecę lub lampę elektryczną) do zwierciadła wklęsłego, tak aby jego obraz był widoczny w zwierciadle. Ten obraz - wyimaginowany - znajduje się za lustrem. W porównaniu z obiektem jest powiększony i prosty.
Stopniowo usuwajmy źródło światła z lustra. W tym przypadku jego obraz również odsunie się od lustra, jego wymiary wzrosną, a następnie wirtualny obraz zniknie. Ale teraz obraz źródła światła można uzyskać na ekranie umieszczonym przed lustrem, czyli można uzyskać rzeczywisty obraz źródła światła.
Im dalej od lustra odsuniemy źródło światła, tym bliżej lustra trzeba będzie ustawić ekran, aby uzyskać na nim obraz źródła. Rozmiar obrazu zostanie wtedy zmniejszony.
Wszystkie rzeczywiste obrazy w stosunku do obiektu są odwrócone (odwrócone). Ich wymiary, w zależności od odległości przedmiotu od zwierciadła, mogą być większe, mniejsze od przedmiotu lub równe wymiarom przedmiotu (źródła światła).

Tak więc lokalizacja i wymiary obrazu uzyskanego za pomocą wklęsłe lustro, zależą od położenia przedmiotu względem zwierciadła.

Budowanie obrazu w zwierciadle wklęsłym.

Zwierciadło sferyczne nazywamy wklęsłym, jeżeli powierzchnia odbijająca jest wewnętrzną stroną segmentu sferycznego, to znaczy jeżeli środek zwierciadła znajduje się dalej od obserwatora niż jego krawędzie.

Jeżeli wymiary zwierciadła wklęsłego są małe w porównaniu z jego promieniem krzywizny, czyli wiązka promieni równoległa do głównej osi optycznej pada na zwierciadło sferyczne wklęsłe, to po odbiciu od zwierciadła promienie przecinają się w jednym punkcie, co nazywa się głównym ogniskiem zwierciadła F. Odległość od ogniska do bieguna zwierciadła nazywana jest ogniskową i jest oznaczona tą samą literą F. Wklęsłe zwierciadło sferyczne ma rzeczywiste ognisko. Znajduje się pośrodku między środkiem a biegunem zwierciadła (środek powierzchni kuli), co oznacza ogniskową: ОF = СF = R/2.

Korzystając z praw odbicia światła, możesz geometrycznie zbudować obraz obiektu w lustrze. Na rysunku punkt świetlny S znajduje się przed zwierciadłem wklęsłym. Narysujmy z niego trzy promienie do lustra i zbudujmy odbite promienie. Te odbite promienie przetną się w punkcie S1. Ponieważ wzięliśmy trzy dowolne promienie wychodzące z punktu S, to wszystkie inne promienie padające z tego punktu na zwierciadło po odbiciu przecinają się w punkcie S1. Zatem punkt S1 jest obrazem punktu S.
Do konstrukcja geometryczna obraz punktu, wystarczy znać kierunek rozchodzenia się dwóch promieni wychodzących z tego punktu. Promienie te można wybrać dość dowolnie. Jednak wygodniej jest używać promieni, których droga po odbiciu od lustra jest z góry znana.

Skonstruujmy obraz punktu S w zwierciadle wklęsłym. Aby to zrobić, narysuj dwa promienie z punktu S. Wiązka SA jest równoległa do osi optycznej zwierciadła; po odbiciu przejdzie przez ognisko zwierciadła F. Narysujmy kolejny promień SB przechodzący przez ognisko zwierciadła; odbity od zwierciadła będzie przebiegał równolegle do osi optycznej. W punkcie S1 obie odbite wiązki przetną się. Ten punkt będzie obrazem punktu S, w nim przetną się wszystkie promienie odbite przez lustro wychodzące z punktu S.
Obraz obiektu składa się z obrazów wielu pojedynczych punktów tego obiektu. Aby zbudować obraz przedmiotu w zwierciadle wklęsłym, wystarczy zbudować obraz dwóch skrajnych punktów tego obiektu. Obrazy innych punktów zostaną umieszczone między nimi. Na rysunku obiekt jest przedstawiony jako strzałka AB.
Konstruując w powyższy sposób obrazy punktów A i B, otrzymamy obraz całego obiektu A1B1. Przedmiot AB znajduje się za środkiem kulistej powierzchni zwierciadła (za punktem C). Okazało się, że jego obraz A1B1 znajduje się między ogniskiem F a środkiem kulistej powierzchni zwierciadła C. W stosunku do przedmiotu jest on pomniejszony i odwrócony. Obraz A1B1 jest rzeczywisty, ponieważ promienie odbite od zwierciadła rzeczywiście przecinają się w punktach A1 i B1. Taki obraz można uzyskać na ekranie.

Zwierciadło sferyczne nazywamy wypukłym, jeżeli odbicie zachodzi od zewnętrznej powierzchni segmentu sferycznego, to znaczy jeżeli środek zwierciadła znajduje się bliżej obserwatora niż krawędzie zwierciadła.

Jeżeli równoległa wiązka promieni pada na zwierciadło wypukłe, to promienie odbite są rozpraszane, ale ich kontynuacja (linia przerywana) przecina się w głównym ognisku zwierciadła wypukłego. Oznacza to, że główny punkt skupienia wypukłego lustra jest wyimaginowany.

Ogniskom zwierciadeł sferycznych przypisany jest pewien znak, dla wypukłości, gdzie R jest promieniem krzywizny zwierciadła: OF=CF=-R/2.

Korzystanie z luster.

Płaskie lustro ma szerokie zastosowanie zarówno w życiu codziennym, jak i przy budowie różnych urządzeń.
Wiadomo, że dokładność odczytu w dowolnej skali zależy od poprawna lokalizacja oczy. Aby zmniejszyć błąd odczytu, precyzyjne przyrządy pomiarowe są wyposażone w skalę lustrzaną. Osoba pracująca z takim urządzeniem widzi podziałki skali, wąską strzałkę i jej odbicie w lustrze. Prawidłowym odczytem będzie taki odczyt na skali, w którym oko znajduje się tak, że strzałka zamyka swój obraz w lustrze.
Odbity od lustra „króliczek” zauważalnie przesuwa się, gdy lustro jest obracane, nawet pod niewielkim kątem. Zjawisko to jest wykorzystywane w przyrządach pomiarowych, których odczyty są dokonywane na skali oddalonej od przyrządu poprzez przesunięcie plamki świetlnej na tej skali. „Króliczka” uzyskuje się z małego lusterka połączonego z ruchomą częścią urządzenia i oświetlonego specjalnym źródłem światła. Przyrządy pomiarowe z takim czytnikiem są zwykle bardzo czułe.

Płaskie lustra są bardzo szeroko stosowane w życiu codziennym, a także w urządzeniach, w których trzeba zmienić kierunek promieni, na przykład w peryskopie (rysunek po prawej).

Zwierciadła wklęsłe służą do wykonywania reflektorów: źródło światła umieszcza się w ognisku zwierciadła, odbite promienie wychodzą z lustra w równoległej wiązce. Jeśli weźmiemy duże zwierciadło wklęsłe, wówczas w ognisku można uzyskać bardzo wysoką temperaturę. Tutaj możesz umieścić zbiornik z wodą, aby uzyskać ciepłą wodę, na przykład na potrzeby domowe, dzięki energii słonecznej.

Zwierciadła wklęsłe mogą służyć do kierowania bardzoświatło emitowane przez źródło właściwy kierunek. Aby to zrobić, w pobliżu źródła światła umieszcza się wklęsłe lustro lub, jak to się nazywa, odbłyśnik. Tak rozmieszczone są reflektory samochodowe, projekcje i latarki, reflektory.

Reflektor składa się z dwóch głównych części: silnego źródła światła oraz dużego wklęsłego lustra. Przy położeniu źródła i zwierciadła wskazanym na rysunku promienie światła odbite od zwierciadła poruszają się po prawie równoległej wiązce.

Badanie lekarskie przy ubieganiu się o pracę Przy ubieganiu się o przyjęcie do przedsiębiorstwa, organizacji każdy kandydat musi przejść badania lekarskie. Lista lekarzy, którzy muszą zostać zbadani i otrzymać wniosek, może się różnić. Wszystko zależy od rodzaju […]

Przejdźmy teraz do problemu znajdowania obrazów, gdy światło odbija się od różnego rodzaju luster. Prawa powstawania obrazów punktów świetlnych po odbiciu w zwierciadle i załamaniu w soczewce są w dużej mierze podobne.

Ta analogia nie jest oczywiście przypadkowa; wynika to z faktu, że formalnie, jak widzieliśmy w rozdz. IX, prawo odbicia jest szczególnym przypadkiem prawa załamania (gdy ).

Postawiony przez nas problem odbicia promieni świetlnych od płaskiego zwierciadła został rozwiązany najprościej. Równocześnie odbicie światła od płaskiego zwierciadła jest najprostszym i najbardziej znanym przypadkiem powstawania wirtualnych obrazów omówionym w poprzednim rozdziale.

Ryż. 203. Tworzenie wirtualnego obrazu punktu w zwierciadle płaskim

Niech wiązka promieni ze źródła punktowego (ryc. 203) spadnie na płaskie lustro (metalowe lustro, tafla wody itp.). Zobaczmy, co dzieje się z tym stożkiem promieni, którego wierzchołek znajduje się w punkcie . Weź dwa dowolne promienie i . Każdy z nich zostanie odbity zgodnie z prawem odbicia, a kąt każdego z nich z normalną pozostanie niezmieniony po odbiciu. W konsekwencji kąt między promieniami po odbiciu również pozostanie niezmieniony.

Ten kąt między promieniami odbitymi można przedstawić na rysunku, rozciągając promienie odbite z powrotem poza płaszczyznę zwierciadła, która jest pokazana na rysunku liniami przerywanymi. Punkt przecięcia kontynuacji promieni za zwierciadłem będzie leżeć na tej samej normalnej do zwierciadła co punkt i w tej samej odległości od płaszczyzny zwierciadła, co można łatwo zobaczyć z równości trójkątów i lub i .

W związku z tym, że rozpatrywane promienie były zupełnie dowolne, mamy prawo rozszerzyć wyniki odbicia od założonego dla nich zwierciadła płaskiego na całą wiązkę światła. Możemy zatem stwierdzić, że po odbiciu od płaskiego zwierciadła wiązka promieni świetlnych wychodząca z jednego punktu zamienia się w wiązkę światła, w której przedłużenia wszystkich promieni świetlnych ponownie przecinają się w tym samym punkcie.

W rezultacie dla obserwatora umieszczonego na drodze promieni odbitych będzie się wydawać, że przecinają się one w punkcie , a ten punkt będzie wyobrażonym obrazem punktu . Obraz będzie urojony w powyższym znaczeniu: w punkcie za zwierciadłem nie ma promieni, ale punktem jest wierzchołek promienia obróconego po odbiciu od zwierciadła.

Rozpatrzenie wyimaginowanego obrazu punktu świetlnego w zwierciadle płaskim i wnioski wyciągnięte na temat położenia tego obrazu „za zwierciadłem” ułatwiają znalezienie obrazu rozciągłego obiektu również w zwierciadle płaskim.

Niech przed lustrem znajdzie się prostoliniowy segment świetlny (ryc. 204, a). Wykonując konstrukcję punktów według znalezionej receptury i łącząc je linią prostą, otrzymamy obraz wszystkich punktów odcinka.

Wynika to z elementarnych rozważań geometrycznych. Ponieważ segment czapki został wybrany całkowicie arbitralnie, w ten sam sposób możesz zbudować obraz dowolnego obiektu. Co więcej, z równoległości wszystkich normalnych do zwierciadła jasne jest, że wymiary wyobrażonego obrazu w płaskim zwierciadle są równe wymiarom przedmiotu umieszczonego przed zwierciadłem.

Ryż. 204. a) Tworzenie wirtualnego obrazu odcinka prostoliniowego w zwierciadle płaskim. b) Obserwatorowi wydaje się, że świeca pali się w butelce z wodą umieszczonej za szklaną płytką, na której znajduje się wyimaginowany obraz świecy

W rozwiązaniu znalezionym dla przypadku odbicia wiązek światła od zwierciadeł płaskich każdy punkt świecącego obiektu jest również przedstawiany w zwierciadle płaskim jako punkt (tj. Stygmatycznie).

Przejdźmy teraz do rozważań nad zwierciadłami sferycznymi. na ryc. 205 przedstawia przekrój wklęsłego zwierciadła sferycznego o promieniu; jest środkiem kuli. Punkt środkowy istniejącej części kulistej powierzchni nazywany jest biegunem lustrzanym. Normalna do zwierciadła przechodząca przez środek zwierciadła i przez jego biegun nazywana jest główną osią optyczną zwierciadła. Normalne do zwierciadła, poprowadzone w innych punktach na jego powierzchni, a także oczywiście przechodzące przez środek zwierciadła, nazywane są bocznymi osiami optycznymi. Jeden z nich () pokazano na ryc. 205. Wszystkie normalne do powierzchni sferycznej są oczywiście równe, a wybór głównej osi optycznej spośród bocznych nie jest konieczny. Średnica koła otaczającego zwierciadło sferyczne nazywana jest aperturą zwierciadła.

Ryż. 205. Odbicie od zwierciadła sferycznego wiązki wychodzącej z punktu na osi

Wszystko, co następuje, jest uproszczonym powtórzeniem tego, co zostało powiedziane w §§88, 89 w odniesieniu do soczewek.

Niech punktowe źródło światła znajdzie się na głównej osi zwierciadła w pewnej odległości od słupa. Podobnie jak w przypadku soczewek, rozważ wiązkę należącą do wiązki wąskiej, tj. tworzącej mały kąt z osią i padającej na zwierciadło w punkcie na wysokości powyżej osi, tak że jest ona mała w porównaniu z i z promień lustra. Odbita wiązka przetnie oś w punkcie oddalonym od bieguna. Kąt utworzony przez odbitą wiązkę z osią będzie oznaczony przez . Będzie też mały.

Oczywiście w punkcie padania jest prostopadła do powierzchni lustra, - kąt padania, - kąt odbicia. Zgodnie z prawem odbicia

Niech litera oznacza kąt utworzony przez promień z osią. Z trójkąta, który mamy

z trójkąta

Dodając (91.2) i (91.3) i biorąc pod uwagę, że , znajdujemy, gdzie znajduje się źródło, i punkt, w którym znajduje się obraz, są sprzężone, tj. umieszczając źródło w punkcie , otrzymujemy obraz w punkcie (konsekwencja prawa odwracalności promieni świetlnych, patrz §82).

Otrzymany przez nas wzór (91,6) jest podstawowym wzorem na zwierciadło sferyczne.

Łatwo jest udowodnić, że wzór (91.6) pozostaje ważny dla wypukłego zwierciadła sferycznego.