Отражение света от зеркальной поверхности как чертить

5.Построение изображений в плоском и сферическом зеркалах.

Простейшим оптическим устройством, способным создавать изображение предмета, является плоское зеркало. Изображение предмета, даваемое плоским зеркалом, формируется за счет лучей, отраженных от зеркальной поверхности. Это изображение является мнимым, так как оно образуется пересечением не самих отраженных лучей, а их продолжений в «зазеркалье». Ход лучей до и после отражения в плоском зеркале иллюстрирует следующий рисунок.

Для построения изображения произвольного точечного источника излучения в плоском зеркале берут два произвольных луча, падающих из источника на зеркало, после чего строят отраженные от зеркала лучи в соответствии с законом отражения. Продолжения этих лучей в область за зеркалом до точки пересечения образуют мнимое изображение источника. В соответствии с законом отражения и элементарными геометрическими соображениями изображение источника имеет те же размеры, что источник и находится от зеркала на таком же расстоянии.

Сферическим зеркалом называют зеркально отражающую поверхность, имеющую форму сферического сегмента. Центр сферы, из которой вырезан сегмент, называют оптическим центром зеркала. Вершину сферического сегмента называют полюсом. Прямая, проходящая через оптический центр и полюс зеркала, называется главной оптической осью сферического зеркала. Главная оптическая ось выделена из всех других прямых, проходящих через оптический центр, только тем, что она является осью симметрии зеркала.

Сферические зеркала бывают вогнутыми и выпуклыми. Если на вогнутое сферическое зеркало падает пучок лучей, параллельный главной оптической оси, то после отражения от зеркала лучи пересекутся в точке, которая называется главным фокусом зеркала F . Расстояние от фокуса до полюса зеркала называют фокусным расстоянием и обозначают той же буквой F . У вогнутого сферического зеркала главный фокус действительный. Он расположен посередине между центром и полюсом зеркала. Ход световых лучей в вогнутом сферическом зеркале иллюстрирует следующий рисунок

Главный фокус выпуклого зеркала является мнимым. Если на выпуклое зеркало падает пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то после отражения в фокусе пересекутся не сами лучи, а их продолжения. Ход лучей в выпуклом сферическом зеркале показан на рисунке.

Фокусным расстояниям сферических зеркал приписывается определенный знак: для вогнутого зеркала , для выпуклого , где R – радиус кривизны зеркала.

Изображение какой-либо точки A предмета в сферическом зеркале можно построить с помощью любой пары стандартных лучей:

· луч AOC, проходящий через оптический центр зеркала; отраженный луч COA идет по той же прямой;

· луч AFD, идущий через фокус зеркала; отраженный луч идет параллельно главной оптической оси;

· луч AP, падающий на зеркало в его полюсе; отраженный луч симметричен с падающим относительно главной оптической оси.

· луч AE, параллельный главной оптической оси; отраженный луч EFA1 проходит через фокус зеркала.

Иллюстрация к построению изображения в сферическом зеркале показана на следующем рисунке.

Положение изображения и его размер можно также определить с помощью формулы сферического зеркала

Здесь d – расстояние от предмета до зеркала, f – расстояние от зеркала до изображения. Величины d и f подчиняются определенному правилу знаков:

d>0 и f>0 – для действительных предметов и изображений;

Линейное увеличение сферического зеркала Г определяется как отношение линейных размеров изображения H и h предмета. Линейное увеличение можно выразить через расстояния предмета и изображения, что приводит к формуле

12-Д. Отражение света

Проделаем опыт. На зеркало, лежащее на столе, поставим полуоткрытую книгу. Сверху направим пучок света так, чтобы он отражался от зеркала, но на книгу не попадал. В темноте мы увидим падающий и отраженный пучки света. Накроем теперь зеркало бумагой. В этом случае мы будем видеть падающий пучок, а отраженного пучка не будет. Выходит, что свет от бумаги не отражается?

Приглядимся к рисункам внимательнее. Заметьте, когда свет падает на зеркало, текст книги практически нельзя прочесть из-за слабого освещения. Но когда свет падает на лист бумаги, текст книги становится видимым гораздо отчетливее, особенно в нижней своей части. Следовательно, книга освещается сильнее. Но что же ее освещает?

При падении света на разные поверхности возможны два варианта. Первый. Пучок света, падающий на поверхность, отражается ею также в виде пучка. Такое отражение света называется зеркальным отражением. Второй. Пучок света, падающий на поверхность, отражается ею во всех направлениях. Такое отражение света называют рассеянным отражением или просто рассеянием света.

Зеркальное отражение возникает на очень гладких (полированных) поверхностях. Если же поверхность шероховата, то она обязательно будет рассеивть свет. Именно это мы и наблюдали, когда накрывали зеркало листом бумаги. Она отражала свет, рассеивая его по всевозможным направлениям, в том числе и на книгу, освещая ее.

ражающей поверхности в точке излома луча (угол b ).

При отражении света всегда выполняются две закономерности: Первая. Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к отражающей поверхности в точке излома луча всегда лежат в одной плоскости. Вторая. Угол падения равен углу отражения. Эти два утверждения выражают суть закона отражения света.

На левом рисунке лучи и перпендикуляр к зеркалу не лежат в одной плоскости. На правом рисунке угол отражения не равен углу падения. Поэтому такое отражение лучей нельзя получить на опыте.

Закон отражения является справедливым как для случая зеркального, так и для случая рассеянного отражения света. Обратимся еще раз к чертежам на предыдущей странице. Несмотря на кажущуюся беспорядочность в отражении лучей на правом чертеже, все они расположены так, что углы отражения равны углам падения. Взгляните, шероховатую поверхность правого чертежа мы «разрезали» на отдельные элементы и провели перпендикуляры в точках излома лучей:

Решение качественных задач

1. Угол между падающим лучом и зеркальной поверхностью составляет 50 0 . Чему равен угол падения, угол отражения, угол между падающим и отраженными лучами. Во сколько раз угол между падающим и отраженными лучами больше, чем угол падения? (Ответ: 40 0 , 40 0 , 80 0 , в два раза).
2. Чему равен угол падения, если световой луч падает перпендикулярно к зеркальной поверхности? (Ответ: 0 0 ).
3. Угол падения увеличился на 20 0 . На сколько увеличится угол между падающи и отраженными лучами? (Ответ: 40 0 ).
4. Угал падения вдвое больше, чем угол между отраженным лучом и зеркальном поверхностью. Чему равен угол падения? (Ответ: 30 0 ).

1. Сформулируйте закон отражения света.
2. В чем заключается закон явления отражения света?
3. Какой угол называется углом падения; отражения?
4. Какое свойство падающего и отраженного луча называют обратимым?
5. Почему иногда днем окна домов нам кажутся темными, а иногда – светлыми?
6. Какими темными или светлыми мы видим дорогу и лужи на ней, если ночью при отсутствии внешнего освещения включить фары автомобиля?

1.Что происходит при падении световых лучей при попадании на границу раздела двух сред?
Попадая на границу раздела двух сред свет частично возвращается в первую среду (т.е. отражается) и частично проникает во вторую среду, меняя при этом направление своего распространения (т.е. преломляется).
2.Что называют отражением?
Явление, при котором свет, попадая на границу раздела двух сред, возвращается в первую среду, называется отражением.   -это угол падения, т.е. угол между падающим лучом и перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча.  -это угол отражения, т.е. угол между перпендикуляром, восстановленным в точке падения луча и отраженным лучом.		Графическое изображение явления отражения: перпендикуляр падающий отраженный луч   луч граница раздела двух сред
3.Законы отражения.
1.Падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным в точку падения луча. Этот закон позволяет строить изображения при помощи световых лучей в плоскости листа. 2.Угол падения луча равен углу отражения. Этот закон указывает на то, что световые лучи обратимы.
4.Виды отражения.
1.зеркальное — т.е. отражение от поверхности, размеры шероховатостей которой меньше длины световой волны. Если свет отражается от зеркальной поверхности, то лучи, падающие параллельно, остаются параллельными и при отражении. Зеркальных поверхностей очень много – тихая водная гладь озера, стекло, полированная мебель и т. п. Самые известные и широко применяемые зеркальные поверхности – это зеркала.
2. диффузное (рассеянное) отражение, т.е. отражение от поверхности, размеры шероховатостей у которой сравнимы с длиной волны источника света. Если свет отражается от шероховатой поверхности, то лучи, падающие параллельно, при отражении уже не будут параллельными. Диффузное отражение заставляет каждый участок поверхности действовать подобно точечному излучателю, мы можем видеть освещаемые тела под любыми углами. Кроме этого, отраженный свет даёт нам информацию о поверхности тела. нам информацию о поверхности тела.
5.Построение изображения светящейся точки в плоском зеркале.
Плоское зеркало – это плоская отражающая поверхность. Для построения изображения светящейся точки в плоском зеркале из множества лучей, исходящих от неё, обычно выделяют только два. 1)Это луч, перпендикулярный зеркалу (он отразится в обратном направлении), и 2) луч, падающий под углом (он отразится под таким же углом). Продолжения отраженных лучей (изображенных пунктиром) пересекаются в точке S | , которая является изображением светящейся точки S. Поэтому для нахождения изображения источника света S достаточно опустить на зеркало или на его продолжение из точки, где находится источник света, перпендикуляр и продолжить его на расстояние OS=OS1 за зеркало.
6.Построение изображения предмета в плоском зеркале
Для построения изображения предметы в плоском зеркале применяют те же приёмы, только строят изображения крайних точек предмета( см рис). Нужно помнить, что плоское зеркало даёт мнимое, прямое и равное по размеру изображение, которое расположено на таком же расстоянии от зеркала, что и предмет, т. е. изображение симметрично самому предмету.
Примечание: Если два плоских зеркала расположены под углом друг к другу, то количество изображений предметов (обозначим их N) зависит от угла между ними. Количество изображений находят по формуле: N = , где φ — угол между зеркалами.
7.Типичная задача на построение и анализ изображения предмета в плоском зеркале.
Перечерти рисунок и ответь на следующие вопросы: 1. На каком расстоянии расположен глаз? Масштаб: в 1 клеточке – 10 см. 2.Построй изображение предмета (стрелки) в плоском зеркале. 3.Покажи зону видения в этом зеркале. 4.Какова видимая часть изображения? Для этого проведи луч через глаз наблюдателя и край зеркала. Зарисуй красным цветом видимую часть. 5. Где нужно расположить глаз наблюдателя, чтобы изображение стрелки было видно полностью?

Законы отражения света. Построение изображений в плоском зеркале.

Отражение света — это явление, при котором падение света на границу раздела двух сред MN часть падающего светового потока, изменив направление своего распространения, остается в той же самой среде. Падающий луч AO – луч, показывающий направление распространения света. Отраженный луч OB — луч, показывающий направление распространения отраженной части светового потока.

Угол падения – угол между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности.

Угол отражения — угол между отраженным лучом и перпендикуляром, восставленным к границе раздела сред в точке падения луча.

Закон отражения света: 1) падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, восставленным в точке падения луча к границе раздела двух сред; 2) угол отражения равен углу падения.

Зеркало, поверхность которого представляет собой плоскость, называется плоским зеркалом. Зеркальное отражение – это направленное отражение света.

Если граница раздела сред представляет собой поверхность, размеры неровности которой больше длины волны падающего на неё света, то взаимно параллельные световые лучи, падающие на такую поверхность, после отражения не сохраняют свою параллельность, а рассеиваются по всевозможным направлениям. Такое отражение света называют рассеянным или диффузным.

Действительное изображение – это изображение, которое получается при пересечении лучей.

Мнимое изображение – это изображение, которое получается при продолжении лучей.

Построение изображений в сферических зеркалах.

Сферическим зеркалом MK называют поверхность шарового сегмента, зеркально отражающую свет. Если свет отражается от внутренней поверхности сегмента, то зеркало называют вогнутым, а если от внешней поверхности сегмента – выпуклым. Вогнутое зеркало является собирающим, а выпуклое – рассеивающим.

Центр сферы C, из которой вырезан шаровой сегмент, образующий зеркало, называют оптическим центром зеркала, а вершину шарового сегмента O – его полюсом; R – радиус кривизны сферического зеркала.

Любую прямую, проходящую через оптический центр зеркала, называют его оптической осью(KC; MC). Оптическую ось, проходящую через полюс зеркала, называют главной оптической осью (OC). Лучи, идущие вблизи главной оптической оси, называют параксиальными.

Точку F, в которой пересекаются после отражения приосевые лучи, падающие на сферическое зеркало параллельно главной оптической оси, называют главным фокусом.

Расстояние от полюса до главного фокуса сферического зеркала называют фокусным OF.

Любой луч, падающий по одной из его оптических осей, отражается от зеркала по той же оси.

Формула вогнутого сферического зеркала:, гдеd–расстояние от предмета до зеркала (м),f–расстояние от зеркала до изображения (м).

Формула фокусного расстояния сферического зеркала: или

Величину D, обратную фокусному расстоянию F сферического зеркала, называют его оптической силой.

/диоптрия/.

Оптическая сила вогнутого зеркала положительна, а у выпуклого – отрицательна.

Линейным увеличением Г сферического зеркала называют отношение размера создаваемого им изображения Н к размеру изображаемого предмета h, т.е. .

Плоское зеркало: формирование и построение изображения, рассеяние света

Плоские зеркала — это плоские поверхности, отражающие световые лучи. Их обычно изготавливают из металла или стекла и покрывают дополнительным слоем алюминия или серебра.

Почему зеркала так хорошо отражают свет?

Поверхность зеркала почти идеально плоская (рис. 1); параллельные лучи света, падающие на нее, отражаются точно так, что они остаются параллельными. В результате мы можем видеть в зеркале изображение, которое удивительно точно воспроизводит каждую деталь объекта.

Интересный факт! В древние времена гладкая поверхность достигалась путем полировки металла — так делали, например, в Древнем Египте, Китае и Римской империи.

Позже поверхность стекла стали покрывать тонким слоем серебра или другого металла. Сегодня лучшие зеркала получаются путем напыления очень тонкого слоя металла (толщиной в несколько или около десятка атомов), обычно алюминия.

Формирование изображения в плоском зеркале

Когда вы смотрите на свое отражение в зеркале, у вас может сложиться впечатление, что с другой стороны на вас смотрит ваша точная копия (пример на рисунке 2).

Более того, эта «копия» находится по другую сторону зеркала на том же расстоянии, что и вы, и повторяет все ваши жесты. Изображение и объект, который вы наблюдаете в зеркале — симметричны друг относительно друга.

Изображение, получаемое в плоском зеркале, как говорят физики, прямое. Оно также равно объекту по размеру, т.е. оно не увеличивается и не уменьшается по отношению к объекту. Это не всегда так — в зеркалах, которые не являются плоскими, получаемое изображение может быть перевернутым, увеличенным или уменьшенным по отношению к объекту.

Построение изображения в плоском зеркале

Чтобы построить изображение точки в плоском зеркале, необходимо использовать как минимум два луча света, исходящих из точки, находящейся перед зеркалом.

Первый луч света, который перпендикулярен поверхности зеркала, отражается от зеркала и возвращается по тому же пути, по которому он пришел. Продляя его, вы сможете определить линию, на которой должно быть размещено изображение.

Однако, когда они попадают в глаз, создается впечатление, что оба луча исходят изнутри зеркала из какой-то точки с другой стороны.

Второй направляется под определенным углом к поверхности зеркала и, в соответствии с законом отражения света, отражается от него под тем углом, под которым падает. Отраженные лучи «расходятся». Однако, когда они достигают глаза, создается впечатление, что оба световых луча исходят изнутри зеркала из какой-то точки с другой стороны. Конечно, в реальности такой точки нет. Точка, о которой мы говорим, является видимым (мнимым) изображением точки, находящейся за зеркалом. Такое изображение создается в точке пересечения лучей, отраженных от зеркала. Это можно увидеть на рисунке 3 ниже:

Видимое изображение формируется за зеркалом в точке, где пересекаются продолжения отраженных лучей. На самом деле лучи не покидают эту точку, но кажется, что они покидают ее. В результате наблюдатель видит в зеркале изображение точки именно в том месте, где пересекаются продолжения отраженных лучей — отсюда и впечатление, что он видит мир по ту сторону зеркала.

Аналогичным образом мы создаем изображения более сложных объектов. В случае с фигурами описанное выше построение следует повторить для каждой из их вершин. Закрепите полученные знания, проанализировав ход лучей на рисунке 4 ниже. Определите лучи, падающие на зеркало и отраженные от него, а также продолжение отраженных лучей.

Пример построения изображения.

В другом примере мы хотим нарисовать траекторию луча для плоского зеркала. Две точки A и B лежат немного смещенными перед зеркальной плоскостью. Чтобы построить траекторию луча света, мы можем нарисовать точки виртуального изображения следующим образом:

1. Сначала проведем прямую из точки A перпендикулярно зеркальной плоскости и продлим ее за ее пределы на длину a, которая соответствует расстоянию от точки A до плоскости зеркала. Конечной точкой линии является точка мнимого изображения A ′ .
2. Далее, проведем линию из точки мнимого изображения A ′ к местоположению наблюдателя. (Для этого мы просто обозначаем глаз).
3. Наконец, проводим линию от точки A до пересечения соединительной линии с плоскостью зеркала.
4. Если теперь провести перпендикуляр к плоскости зеркала, то мы увидим, что построили траекторию луча по закону отражения света — угол отражения равен углу падения, поэтому мы можем назвать оба угла α.

Затем вся процедура повторяется для точки B. Вы получите в итоге следующее изображение:

Здесь мы можем увидеть и подтвердить другие, важные свойства зеркальных изображений. В реальном мире точка A лежит слева от точки B. В зеркальном мире точка A′ также лежит слева от точки B′. Таким образом, зеркальное отображение не переворачивается. Однако в реальном мире точка B находится перед точкой A, а в зеркальном мире все наоборот: задняя и передняя части поменялись местами.

На основании написанного выше подведем итог:

« Изображение объекта в плоском зеркале является мнимым, прямым, по размерам равным объекту и находится на таком же расстоянии за зеркалом, на котором расположен объект перед зеркалом. »

Учебник, Физика, 8 класс. Л.А. Исаченкова, Ю.Д. Лещинский, В.В. Дорофейчик

Какого размера должно быть зеркало, для того, чтобы полностью увидеть себя в нём?

Иногда хочется полностью увидеть себя в зеркале. Для этого свет, исходящий от ног или волос, должен попасть в глаза после отражения в зеркале.

Поскольку, согласно закона отражения света, угол падения и угол отражения равны, из этого следует, что размер зеркала должен быть равен половине расстояния от стопы до глаза, плюс половину расстояния от глаза до волос. Поэтому, если вы хотите видеть себя полностью, зеркало должно быть не менее половины размера человека.

Применение плоских зеркал

Плоские зеркала нашли широкое применение как в повседневной жизни, так и во многих устройствах. Каждый из нас смотрится в зеркало хотя бы раз в день, а девушки и женщины любуются собою по много раз на дню.

Например, зеркало заднего вида в вашем автомобиле повышает безопасность вождения. Это позволяет нам правильно оценить расстояние позади нашего автомобиля до других участников дорожного движения. Следует отметить, однако, что выпуклые зеркала часто играют роль зеркала заднего вида, но их назначение такое же.

В приборах обычно используются плоские зеркала для изменения направления световых лучей. Ян Гевелий изобрел перископ, важным компонентом которого является система плоских зеркал.

Перископ в его первоначальном варианте использовал расположение зеркал, которое позволяло формировать в наших глазах изображения объектов, находящихся за препятствиями. Сам перископ нашел, например, применение в подводных лодках, ведь с их помощью из под воды можно видеть, что происходит над поверхностью воды.

Интересный факт! Общее название одного из типов фотоаппаратов — «зеркалка» — относится к плоскому зеркалу, которое является неотъемлемой частью его конструкции.

Рассеяние света

То, что вы можете видеть изображение в зеркале, объясняется тем, как свет отражается от его поверхности. Большая часть отраженных лучей достигает нашего глаза, где на сетчатке формируется перевернутое изображение объекта. Но что произойдет, если поверхность зеркала будет шероховатой? В такой ситуации будет происходить рассеяние света (смотрите рисунок 7 ниже).

Отраженные лучи из-за неровности зеркальной плоскости, согласно закону отражения света, шли бы в совершенно разных направлениях, не достигая нашего глаза вообще или достигая лишь частично. В этом случае изображение объекта будет невидимым или размытым. Другими словами, направления отраженных лучей перестают быть параллельными и становятся случайными.

Рассеяние света также происходит, когда луч проходит через область, где есть, например, частицы пыли или капли воды (туман). Стоит знать, что свет также рассеивается на атомах и молекулах газов, составляющих атмосферу Земли. Однако в случае рассеяния света в атмосфере Земли эффект более интересен — наиболее сильно рассеиваются синие лучи, отсюда и синий цвет неба. Во время заката свет солнца сильно рассеивается, поэтому до наших глаз доходит в основном красный и оранжевый свет — вот почему заходящее солнце имеет красно-оранжевый цвет.