Упражнения

Возьмите настольную лампу и вверните в нее лампочку с про­зрачным баллоном мощностью 100-150 Вт. Установите лампу в затемненной комнате так, чтобы она освещала стену и нахо­дилась от нее на расстоянии 2-4 м. Затем возьмите лист карто­на и сделайте в нем шилом круглые отверстия диаметром при­мерно 1 мм и 2 мм. Сделайте в этом же листе треугольное и квадратное отверстия со сторонами около 1 мм. Затем распо­ложите лист параллельно освещаемой стене на расстоянии 20-30 см от нее. Исследуйте полученные изображения и ответь­те на вопросы:

а) какие изображения нити накала горящей лампы вы получили? (Увеличенные или уменьшенные, прямые или перевернутые?) Объясните наблюдаемое явление;

б) зависит ли изображение нити лампы от формы отверстия?

в) зависит ли получаемое изображение от размеров отвер­ стия?

г) исследуйте, как изменяется характер изображений при увели­ чении и уменьшении расстояния между листом картона и стеной; *д) измерьте расстояние от листа картона до стены и какой-либо размер изображения нити накала. Затем отодвиньте лист от сте­ ны на несколько сантиметров и повторите измерения. Из полу­ ченных данных вычислите расстояние от стены до нити накала. Измерьте это расстояние и сравните его с рассчитанным.

Для освещения комнаты используют светящийся матовый шар ра диусом 20 см. Расстояние от центра шара до пола равно 2,5 м. На какой высоте от пола должен находиться непрозрачный диск диа­метром 20 см, чтобы на полу была видна только его полу­тень? Плоскость диска парал­лельна полу, а его центр лежит на одной вертикали с центром шара. Выполните чертеж по ус­ловию задачи.

*3

Рис.

В солнечный день в тени де­ревьев все небольшие светлые пятна на земле имеют вид ова­лов (рис. 150). Объясните это яв­ление. Чем определяется отно­шение наибольшего и наимень­шего размеров этих овалов?

38

Законы отражения света

П редметы, которые сами не являются источниками света, мы ви­дим потому, что они отражают падающий на них свет. Закон отражения све­та от плоских зеркал был установлен очень давно. Об этом свидетельствуют труды древнегреческого ученого Евклида.

Чтобы получить закон отражения света от плоского зеркала, воспользуемся установ­кой, изображенной на рис. 151. Она состоит из оптического диска 1, по краю которого нанесены деления для определения углов. На диске закреплено плоское зеркало 2. Од­на из точек поверхности зеркала совпадает с центром диска (точка О). Плоскость зерка­ла перпендикулярна прямой ОС. По краю диска можно перемещать источник 3, да­ющий узкий параллельный пучок света. В качестве такого источника можно исполь­зовать, например, лазерную указку.

240

241

Направим свет от этого источника в центр диска так, чтобы он скользил по поверхности диска. Тогда на поверхности диска появится узкая светлая полос­ка. Можно считать, что положение этой полоски совпадает с падающим на зеркало лучом АО. Отраженный от зеркала свет создает светлую полоску ОВ. Можно считать, что ее положение совпадает с отраженным лучом света ОВ.

Плоскость, которую образуют падающий на зеркало луч и перпен­дикуляр к поверхности зеркала в точке падения луча, называют плоскостью падения.

В рассмотренном случае плоскость оптического диска совпадает с плос­костью падения. В свою очередь, отраженный луч ОВ лежит в плоскости диска. Следовательно, отраженный луч лежит в плоскости падения.

Угол между падающим лучом и перпендикуляром к плоскости зеркала в точке падения луча называют углом падения. Угол между отраженным лучом и перпендикуляром к плоскости зеркала в точке падения луча называют углом отражения.

На рис. 151 углы падения и отражения обозначены соответственно При помощи делений на диске можно убедиться в том, что при любом положении лазерной указки угол падения равен углу отражения:

Отраженный от зеркальной поверхности луч лежит в плоскости падения, причем угол падения луча равен углу отражения.

Это утверждение называют законом отражения от зеркальных по­верхностей.

При помощи рассмотренной установки можно обнаружить еще одно свой­ство световых лучей. Расположим лазерную указку так, чтобы ее свет был направлен из точки В по прямой ВО. Тогда отраженный от зеркала в точке О луч будет проходить через точку А.

Таким образом, если выходящий из точки А луч после отражения в зеркале в точке О проходит через точку В, то луч, выходящий из точ­ки В, после отражения в точке О пройдет через точку А. Это утвержде­ние называют принципом обратимости световых лучей при отражении от зеркальных поверхностей.

В реальном случае при отражении даже от очень хорошего зеркала часть света распространяется и в других направлениях. Обычно наличием этой части пренебрегают, так как ее энергия составляет очень малую долю от энергии падающего на хорошее зеркало света. В наличии этой части отра­женного света можно убедиться экспериментально. Действительно, напра­вим луч света от лазерной указки на лежащее на столе хорошее зеркало. Ес-1И посмотреть на точку отражения в зеркале сбоку, то можно увидеть (в дос-

. 242

таточно темной комнате) светлое пятнышко на поверхности зеркала. Такое отражение света называют диффузным {рассеянным) отражением.

При идеальном диффузном отражении от плоской поверхности свет отражается во всех направлениях равномерно. Это утверждение называют законом идеального диффузного отраже­ния {законом Ламберта). Близким к идеальному диффузному отражению является отражение света от листа хорошей белой бумаги или от поверхно­сти свежевыпавшего снега. Диффузным является и отражение света от пы­линок, попавших в пучок света {см. рис. 144).

Итоги

Плоскость, которую образуют падающий на зеркало луч и пер­пендикуляр к поверхности зеркала в точке падения луча, назы­вают плоскостью падения.

Угол между падающим лучом и перпендикуляром к плоскости зеркала в точке падения луча называют углом падения. Угол между отраженным лучом и перпендикуляром к плос­кости зеркала в точке падения луча называют углом отражения.

Закон отражения от зеркальных поверхностей. Отраженный от зеркальной поверхности луч лежит в пло­скости падения, причем угол падения луча равен углу отра­жения.

Принцип обратимости световых лучей при отражении от зеркальных поверхностей заключается в следующем: если выхо­дящий из точки А луч после отражения в зеркале в точке О про­ходит через точку В, то луч, выходящий из точки В и падающий на зеркало в точке О, после отражения пройдет через точку А.

Вопросы

1 2 3

4

Что называют плоскостью падения света? Что называют углом падения? Что называют углом отражения?

Как формулируется закон отражения от зеркальных поверхно­стей?

243

В чем состоит принцип обратимости световых лучей при отраже­нии от зеркальных поверхностей?

6

7^

1 2 3

Как распространяется свет после идеального диффузного отра­жения?

Почему часто пренебрегают диффузным отражением? Упражнения

Луч света падает на зеркало под углом 30° к его плоскости. Опре­делите угол между падающим и отраженным от зеркала лучами. При каком угле падения угол между падающим и зеркально отра­женным лучами равен 90°?

На сколько увеличится угол между отраженным и падающим лучами (см. рис. 151), если плоское зеркало повернуть на угол Ф = 20° по часовой стрелке? (Ось поворота проходит через точку падения перпендикулярно плоскости падения.) Лучи света от Солнца образуют с горизонтом угол 40°. Под каким углом к горизонту нужно расположить плоское зеркало, чтобы отраженные от него солнечные лучи были горизонтальны? Лучи света от Солнца падают на Землю, образуя с горизонтом угол 30°. На Земле стоит цилиндрический бак без крышки, стенки которого вертикальны. Высота бака равна 1 м, диаметр его попе­речного сечения — 2 м. На дальнем от Солнца верхнем крае бака закреплено маленькое плоское зеркало так, что отраженный от зеркала солнечный луч попадает в центр дна бака. Найдите угол между плоскостью этого зеркала и горизонтом.