Законы отражения света в физике - виды, формулы и определения с примерами

Содержание:

Закон отражения света:

Когда свет падает на поверхность какого-либо тела, часть света отражается от поверхности и распространяется. Такое явление называют отражением света.

Поверхности тел могут быть гладкими или шероховатыми. Когда, находясь в комнате, мы смотрим на шероховатую поверхность, например на поверхность стола, пола, стены, мы видим эту поверхность. А вот поверхность чистого зеркала невидима, зато в зеркале видно изображение предметов (рис. 118). Если поверхность зеркала последовательно покрывать слоями разведенного в воде мела, изображение в конце концов исчезнет, и мы будем наблюдать шероховатую поверхность - слой мела. Тщательным образом отполировав одну из граней медного бруска, мы можем сделать его поверхность зеркальной. Существуют также и естественные зеркальные поверхности, например спокойная водная поверхность озера (рис. 119).

Рассмотрим, как свет отражается от зеркальной поверхности.

Опыт. С помощью специального прибора (рис. 120, а) направим на зеркальную поверхность в точку О пучок света так, чтобы луч света ОА (рис. 120, б) лежал в плоскости прибора. Дойдя до поверхности, пучок света изменяет направление своего распространения - происходит отражение света.

В результате опыта увидим, что отраженный луч света ОБ также лежит в плоскости прибора. Будем изменять направление падающего луча света, передвигая источник света, при этом будет изменяться и направление отраженного луча света с сохранением всех его свойств. Но оба луча света будут всегда лежать в плоскости прибора. Таким образом, мы установили первый закон отражения света.

Падающий луч света, отраженный луч света и перпендикуляр, проведенный в точку падения света, лежат в одной плоскости.

Этот опыт дает нам возможность установить и второй закон отражения света.

Прямая MN - зеркальная поверхность, АО - падающий луч света, ОВ -отраженный луч света, ОС - перпендикуляр к поверхности в точке падения света. Угол, образованный падающим лучом света и перпендикуляром ОС, называют углом падения света. Его обозначают буквой а (альфа). Угол, образованный отраженным лучом света ОВ и перпендикуляром ОС, называют углом отражения света. Его обозначают буквой р (бета).

Измерив транспортиром угол падения света и угол отражения света, видим, что эти углы равны между собой. Следовательно, мы установили второй закон отражения света.

Угол отражения луча

Угол отражения луча света равен углу падения луча света.

Если поверхность зеркала является плоскостью, такое зеркало называют плоским зеркалом.

Случается, что человек ошибается, полагаясь только на свои зрительные ощущения. Например, глядя в зеркало, нам кажется, что предметы, которые в действительности расположены перед зеркалом, находятся за ним. Как это объяснить?

Дело в особенностях нашего зрения и восприятия. Мы имеем прирожденную способность видеть любой предмет или его части только в прямолинейном направлении, по которому свет от источника света, например свечи, или освещенного предмета непосредственно попадает в наши глаза (рис. 121).

Глядя в плоское зеркало, мы не смотрим на предмет, который находится перед ним, однако свет от предмета все же попадает в наши глаза, отразившись от зеркала. Поэтому в нашем сознании возникает образ предмета. Поскольку отраженный от зеркала свет распространяется прямолинейно, нам кажется, что мы видим предмет прямо перед нами, а не там, где он в действительности находится, за зеркалом. Рисунок 122 наглядно это объясняет.

Поэтому говорят, что в зеркале мы видим мнимое прямое изображение предмета.

Глядя в зеркало, вы видите свое мнимое изображение.

Изображение предмета в плоском зеркале — мнимое, прямое.

Разместим вертикально кусок плоского стекла в качестве зеркала (рис. 123, а). Поскольку стекло прозрачно, мы видим предметы, находящиеся за ним. Возьмем две свечи, зажжем одну из них и поставим эту свечу перед стеклом. Как в зеркале, мы увидим в стекле изображение горящей свечи. Вторую свечу разместим с обратной стороны стекла так, чтобы казалось, что она также горит и, таким образом, совместим вторую свечу с изображением первой. Измеряем расстояние между стеклом и каждой из свеч (рис. 123, б). Оказывается, что эти расстояния одинаковы.

Предмет и его изображение в плоском зеркале всегда расположены на одинаковом расстоянии от зеркала.

Опыты показывают, что высота изображения свечи равна высоте самой свечи.

Размеры изображения предмета в плоском зеркале равняются размерам самого предмета.

Изображение предмета в плоском зеркале имеет еще одну особенность. Посмотрите на изображение вашей левой руки в плоском зеркале. Пальцы на изображении расположены так, будто это ваша правая рука (рис. 124).

Все рассмотренные особенности изображения предмета в плоском зеркале дают возможность сделать вывод: изображение предмета в плоском зеркале симметрично самому предмету.

Наблюдение. Подойдите к зеркалу и посмотрите на свое изображение. Вы видите, что изображение вашего тела имеет те же размеры, что и вы сами. Отойдите от зеркала или подойдите к нему ближе. Ваше изображение переместится на то же расстояние. Поднимите левую руку. Ваше изображение поднимет правую руку.

В плоском зеркале вы видите изображение предметов, которые почти не отличаются от самих предметов. Это объясняется тем, что зеркало отражает от 70 до 90 % падающего на него света, а его поверхность плоская и гладкая.

Белая бумага или снег также отражают значительную часть света - до 85 %, но, смотря на чистый лист бумаги, вы не увидите изображений каких-либо предметов, находящихся рядом, а только ровную белую поверхность. Следовательно, свет отражается не только от зеркальных поверхностей. Лучи света отражаются от любого предмета, не пропускающего свет. Если поверхность предмета шероховатая (неровная или матовая), отдельные световые лучи отражаются от нее не в одном, а в разных направлениях (рис. 125). Такой свет называют рассеянным, а поверхность - рассеивающей.

Благодаря рассеянному свету мы видим предметы и в тех местах, куда прямые солнечные лучи не проникают, например в комнате: сюда чаще всего попадает солнечный свет, рассеянный тучами, деревьями, домами.

• Заказать решение задач по физике

Пример №1

Какой из лучей отражается под большим углом, а какой - под меншим (рис. 126)?

Ответ: луч 1 под большим, 2 - под меньшим.

Пример №2

При каком условии движение человека относительно зеркала не изменит его положения относительно изображения?

Ответ: когда человек движется параллельно поверхности зеркала.

Законы отражения света

Большинство объектов, которые нас окружают, — дома, деревья, наши одноклассники и т. п. — не являются источниками света. Тем не менее мы их видим. Ответ на вопрос «Почему так?» вы найдете в этом параграфе.
 

Почему мы видим тела, не являющиеся источниками света

Вы уже знаете, что свет в прозрачной однородной среде распространяется прямолинейно. Если же на пути распространения пучка света расположено какое-либо тело, то свет частично отражается от него по определенным законам. Некоторые отраженные лучи попадают в наши глаза, и мы видим это тело (рис. 3.20).

 

Законы отражения света

Для установления законов отражения света воспользуемся специальным прибором — оптической шайбой . Сначала закрепим зеркало в центре оптической шайбы. Потом направим на зеркало узкий пучок света от осветителя так, чтобы он давал на поверхности шайбы светлую полоску. Мы увидим, что отраженный пучок также даст на поверхности шайбы светлую полоску (рис. 3.21).

Зададим направление падающего пучка света лучом СО. Этот луч называют падающим лучом. Луч ОК, который задает направление отраженного пучка света, называют отраженным лучом. Из точки О падения луча восстановим перпендикуляр ОВ к поверхности зеркала, на которую падает свет. Обратите внимание на то, что перпендикуляр ОВ. падающий луч СО и отраженный луч ОК лежат в плоскости поверхности шайбы.

Угол а , образованный падающим лучом СО и перпендикуляром ОВ. называют углом падения.

*Оптическая шайба — это белый диск, по кругу которого нанесены деления, а на краю установлен осветитель.

Угол образованный отраженным лучом ОК и перпендикуляром OR. называют углом отражения.

Если измерить угол и и угол , то можно убедиться, что эти углы являются равными. Передвинув источник света по краю диска, изменим угол падения светового пучка. Соответственно изменится и угол отражения (рис. 3.22). Передвигая источник света дальше и измеряя время от времени углы падения и отражение света, убеждаемся: они каждый раз являются равными.

Итак, мы установили законы отражения света:

Первый закон: луч падающий, луч отри женный и перпендикуляр к поверхности отражения, восставленный из точки падения луча, лежат в одной плоскости.

Второй закон: угол отражения света равен углу падения.

Законы отражения света еще в III в. до нашей эры установил Эвклид.

Обратимость световых лучей

С помощью зеркала на оптической шайбе можно продемонстрировать также обратимость световых лучей. Если падающий луч направить по пути отраженного луча, то отраженный луч пойдет по пути падающего (рис. 3.23).

Итоги:

Все видимые тела отражают свет. Во время отражения выполняются два закона отражения света.

Первый закон: луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к поверхности отражения, восставленный из точки падения луча, лежат в одной плоскости.

Второй закон: угол отражения равен углу падения.