Отражение света

Световой луч — это бесконечно узкий пучок электромагнитных волн, совпадающий с направ­лением распространения световой волны. Свето­вая волна, падающая на границу раздела двух сред, частично отражается от нее, частично про­ходит во вторую среду.

Законы отражения света:

1. Угол падения а равен углу отражения р (углы отсчитываются от нормали к поверхности раздела сред в точке падения).

2. Падающий луч, отраженный луч и нормаль к поверхности в точке падения лежат в одной плоскости.

Если падающие на плоскую поверхность па­раллельные лучи после отражения от нее остаются параллельными, то та­кое отражение называется зеркальным, а отражаю­щая поверхность — пло­ским зеркалом.

Н а рисунке 13.1. луч 1 — падающий, 2 — отражен­ный, S' — мнимое изобра­жение точечного источни­ка S, п — нормаль к отра­жающей поверхности в точ­ке падения А.

Если отражающая поверхность представляет собой часть шаровой поверхности, то такое зер­кало называется сферическим (рис. 13.2.). Центр шара (точка С) называют оптическим центром зеркала, его радиус — радиусом зеркала. Верши­на шарового сегмента О называется по­люсом зеркала. Угол α — апертура зерка­ла. Прямая, проходящая через оптичес­кий центр и полюс зеркала, называется главной оптической осью. Всякая другая прямая, проходя­щая через оптичес­кий центр, называет­ся побочной оптичес­кой осью зеркала. Если на вогнутое зеркало падает параллельный пучок лучей, то после отражения вcе лучи пересекаются в одной точке, которая называется фокусом зеркала. Расстояние от фокуса до зерка­ла называется фокусным расстоянием.

Фокусное расстояние F зеркала радиуса R равно: F = R/2

Если светящаяся точка находится на расстоя­нии d от зеркала и ее изображение получается на расстоянии f от него, то: = = . Здесь F > 0 всегда для вогнутого зеркала, f > 0, d >0 — если точки действительные, и f < 0, d < 0 — если точки мнимые.

Если l, l₀ — расстояния от изображения и предмета до фокуса зеркала, то формула зеркала такова: F² = = l₀l. (2)

Если предмет высотой H₀ расположен пер­пендикулярно главной оптической оси, а высота его изображения равна Н, то линейное увеличение (уменьшение предмета), даваемое зеркалом, равно: Г = = = (3)

Выпуклые сферические зеркала имеют сле­дующие свойства. Если на такое зеркало падает параллельный пучок лучей, то после отражения лучи расходятся и идут так, что их продолжения пересекаются в одной точке, называемой фоку­сом. Фокусы выпуклого зеркала мнимые.

Формула выпуклого зеркала: - = - = + (4)

Левая часть (4) всегда отрицательна. В правой части члены берутся со знаками «плюс» или «минус» в зависимости от того, являются изо­бражение или предмет действительными или мнимыми. Для выпуклого зеркала справедлива

формула (2).

Формула увеличения: Г = = =

Алгоритмы решения типовых задач:

1. Задачи о плоском, вогнутом и выпуклом зеркалах.

а) Сделать чертеж, изобразив зеркало, его главную оптическую ось, фокус и центр, а так­же предмет, изображение которого требуется найти.

б) Построить изображение предмета. Для это­го обычно достаточно найти изображение двух его крайних точек. Изображение точек предме­та строят при помощи двух характерных лучей:

— луч, идущий от точки предмета параллель­но какой-либо оптической оси; после отражения он проходит через фокус, лежащий на этой оси;

— луч, проходящий через оптический центр зеркала; после отражения он идет по тому же на­правлению назад.

Ход отраженного луча, падающего под произ­вольным углом на сферическое зеркало, можно определить и с помощью побочной оптической оси. Для этого параллельно падающему лучу на­до начертить побочную оптическую ось, найти на ней побочный фокус (точку пересечения фокаль­ной поверхности с осью) и через него провести от­раженный луч.

в) Записать расчетные уравнения на основе формулы зеркала и формулы увеличения. Особое внимание следует уделить знакам перед d, f и F, о чем говорилось выше.

г) Решить полученные уравнения относитель­но искомой величины.

2. Задачи на построение и расчет систем зеркал. Здесь все расчеты и построения основывают­ся на том, что, в силу обратимости хода лучей, изображение, даваемое первым зеркалом, нужно рассматривать как предмет для второго, изображение, даваемое вторым, - как предмет для первого. Следует при этом учитывать, что промежуточный предмет – изображение для следующего зеркала – может быть как действительным, (в формулах d следует брать со знаком «+»), так и мнимым (d – со знаком «-»). В остальном задачи такого типа принципиально не отличаются от задач с одним зеркалом.

Практическая работа: Линзы

Предварительно переписать в тетрадь все формулы из вышеприведенного текста,обозначив все входящие в них величины

(+1 балл к оценке)

Решить задачи, используя информацию из вышеприведенного текста:

(3 задачи – оценка «3», 4 задачи – оценка «4», 5-7 задач – оценка «5»)

1. Оптическая сила тонкой линзы 5 дптр. Предмет поместили на расстоянии 60 см от линзы. Где и какое изоб­ражение этого предмета получится?

2. Предмет помещен на расстоянии 25 см от перед­него фокуса собирающей линзы. Изображение предмета получается на расстоянии 36 см за задним фокусом. Опре­делите фокусное расстояние линзы.

3. Расстояние между стеной и свечой 2 и. Когда между ними поместили собирающую линзу на расстоянии 40 см от свечи, то на стене получилось четкое изображение пламени. Определите главное фокусное расстояние линзы. Какое изображение получилось на экране?

4. Главное фокусное расстояние рассеивающей лин­зы равно 12 см. Изображение предмета находится на рас­стоянии 9 см от линзы. Чему равно расстояние от предмета до линзы?

5. Предмет расположен на расстоянии 40 см от лин­зы с оптической силой 2 дптр. Как изменится расстояние до изображения предмета, если его придвинуть к линзе на 15 см?

6. Светящийся предмет находится на расстоянии 12,5 м от линзы, а его действительное изображение — на расстоянии 85 см от нее. Где получится изображение, если предмет придвинуть к линзе на 2,5 м?

7. Расстояние между предметом и экраном 120 см. Где нужно поместить собирающую линзу с фокусным рас­стоянием 25 см, чтобы на экране получилось четкое изображение предмета?

Контрольные вопросы:

1. Какая физическая величина называется абсолютным показателем преломления?

2. Какая среда называется оптически более плотной? Нарисуйте каким образом луч света преломляется в такой среде.

3. Какая среда называется оптически менее плотной? Нарисуйте каким образом луч света преломляется в такой среде.

4. Из каких веществ кроме стекла могут изготавливаться линзы?

5. Что называется оптическим центром линзы?

6. Какая ось называется главной оптической осью? Какие оси называются побочными оптическими осями?

7. Что называется главным фокусом линзы?

8. Что называется фокусным расстоянием?

Практическая работа: Линзы

Предварительно переписать в тетрадь все формулы из вышеприведенного текста,обозначив все входящие в них величины

(+1 балл к оценке)

Решить задачи, используя информацию из вышеприведенного текста:

(3 задачи – оценка «3», 4 задачи – оценка «4», 5-7 задач – оценка «5»)

1. Оптическая сила тонкой линзы 5 дптр. Предмет поместили на расстоянии 60 см от линзы. Где и какое изоб­ражение этого предмета получится?

2. Предмет помещен на расстоянии 25 см от перед­него фокуса собирающей линзы. Изображение предмета получается на расстоянии 36 см за задним фокусом. Опре­делите фокусное расстояние линзы.

3. Расстояние между стеной и свечой 2 и. Когда между ними поместили собирающую линзу на расстоянии 40 см от свечи, то на стене получилось четкое изображение пламени. Определите главное фокусное расстояние линзы. Какое изображение получилось на экране?

4. Главное фокусное расстояние рассеивающей лин­зы равно 12 см. Изображение предмета находится на рас­стоянии 9 см от линзы. Чему равно расстояние от предмета до линзы?

5. Предмет расположен на расстоянии 40 см от лин­зы с оптической силой 2 дптр. Как изменится расстояние до изображения предмета, если его придвинуть к линзе на 15 см?

6. Светящийся предмет находится на расстоянии 12,5 м от линзы, а его действительное изображение — на расстоянии 85 см от нее. Где получится изображение, если предмет придвинуть к линзе на 2,5 м?

7. Расстояние между предметом и экраном 120 см. Где нужно поместить собирающую линзу с фокусным рас­стоянием 25 см, чтобы на экране получилось четкое изображение предмета?

Контрольные вопросы:

1. Какая физическая величина называется абсолютным показателем преломления?

2. Какая среда называется оптически более плотной? Нарисуйте каким образом луч света преломляется в такой среде.

3. Какая среда называется оптически менее плотной? Нарисуйте каким образом луч света преломляется в такой среде.

4. Из каких веществ кроме стекла могут изготавливаться линзы?

5. Что называется оптическим центром линзы?

6. Какая ось называется главной оптической осью? Какие оси называются побочными оптическими осями?

7. Что называется главным фокусом линзы?

8. Что называется фокусным расстоянием?

Практическая работа: Линзы

Предварительно переписать в тетрадь все формулы из вышеприведенного текста,обозначив все входящие в них величины

(+1 балл к оценке)

Решить задачи, используя информацию из вышеприведенного текста:

(3 задачи – оценка «3», 4 задачи – оценка «4», 5-7 задач – оценка «5»)

1. Оптическая сила тонкой линзы 5 дптр. Предмет поместили на расстоянии 60 см от линзы. Где и какое изоб­ражение этого предмета получится?

2. Предмет помещен на расстоянии 25 см от перед­него фокуса собирающей линзы. Изображение предмета получается на расстоянии 36 см за задним фокусом. Опре­делите фокусное расстояние линзы.

3. Расстояние между стеной и свечой 2 и. Когда между ними поместили собирающую линзу на расстоянии 40 см от свечи, то на стене получилось четкое изображение пламени. Определите главное фокусное расстояние линзы. Какое изображение получилось на экране?

4. Главное фокусное расстояние рассеивающей лин­зы равно 12 см. Изображение предмета находится на рас­стоянии 9 см от линзы. Чему равно расстояние от предмета до линзы?

5. Предмет расположен на расстоянии 40 см от лин­зы с оптической силой 2 дптр. Как изменится расстояние до изображения предмета, если его придвинуть к линзе на 15 см?

6. Светящийся предмет находится на расстоянии 12,5 м от линзы, а его действительное изображение — на расстоянии 85 см от нее. Где получится изображение, если предмет придвинуть к линзе на 2,5 м?

7. Расстояние между предметом и экраном 120 см. Где нужно поместить собирающую линзу с фокусным рас­стоянием 25 см, чтобы на экране получилось четкое изображение предмета?

Контрольные вопросы:

1. Какая физическая величина называется абсолютным показателем преломления?

2. Какая среда называется оптически более плотной? Нарисуйте каким образом луч света преломляется в такой среде.

3. Какая среда называется оптически менее плотной? Нарисуйте каким образом луч света преломляется в такой среде.

4. Из каких веществ кроме стекла могут изготавливаться линзы?

5. Что называется оптическим центром линзы?

6. Какая ось называется главной оптической осью? Какие оси называются побочными оптическими осями?

7. Что называется главным фокусом линзы?

8. Что называется фокусным расстоянием?

Практическая работа: Линзы

Предварительно переписать в тетрадь все формулы из вышеприведенного текста,обозначив все входящие в них величины

(+1 балл к оценке)

Решить задачи, используя информацию из вышеприведенного текста:

(3 задачи – оценка «3», 4 задачи – оценка «4», 5-7 задач – оценка «5»)

1. Оптическая сила тонкой линзы 5 дптр. Предмет поместили на расстоянии 60 см от линзы. Где и какое изоб­ражение этого предмета получится?

2. Предмет помещен на расстоянии 25 см от перед­него фокуса собирающей линзы. Изображение предмета получается на расстоянии 36 см за задним фокусом. Опре­делите фокусное расстояние линзы.

3. Расстояние между стеной и свечой 2 и. Когда между ними поместили собирающую линзу на расстоянии 40 см от свечи, то на стене получилось четкое изображение пламени. Определите главное фокусное расстояние линзы. Какое изображение получилось на экране?

4. Главное фокусное расстояние рассеивающей лин­зы равно 12 см. Изображение предмета находится на рас­стоянии 9 см от линзы. Чему равно расстояние от предмета до линзы?

5. Предмет расположен на расстоянии 40 см от лин­зы с оптической силой 2 дптр. Как изменится расстояние до изображения предмета, если его придвинуть к линзе на 15 см?

6. Светящийся предмет находится на расстоянии 12,5 м от линзы, а его действительное изображение — на расстоянии 85 см от нее. Где получится изображение, если предмет придвинуть к линзе на 2,5 м?

7. Расстояние между предметом и экраном 120 см. Где нужно поместить собирающую линзу с фокусным рас­стоянием 25 см, чтобы на экране получилось четкое изображение предмета?

Контрольные вопросы:

1. Какая физическая величина называется абсолютным показателем преломления?

2. Какая среда называется оптически более плотной? Нарисуйте каким образом луч света преломляется в такой среде.

3. Какая среда называется оптически менее плотной? Нарисуйте каким образом луч света преломляется в такой среде.

4. Из каких веществ кроме стекла могут изготавливаться линзы?

5. Что называется оптическим центром линзы?

6. Какая ось называется главной оптической осью? Какие оси называются побочными оптическими осями?

7. Что называется главным фокусом линзы?

8. Что называется фокусным расстоянием?