Плоское зеркало.
Плоское зеркало — это часть плоскости, зеркально отражающая свет. Плоское зеркало — привычная вещь; таких зеркал несколько в вашем доме. Но теперь мы сможем разобраться, почему, смотрясь в зеркало, вы видите в нём отражение себя и находящихся рядом с вами предметов.
Точечный источник света на рис. 5 испускает лучи в разных направлениях; давайте возьмём два близких луча, падающих на плоское зеркало. Мы уже знаем, что отражённые лучи пойдут так, будто они исходят из точки , симметричной точке относительно плоскости зеркала.
 |
| Рис. 5. Изображение источника света в плоском зеркале |
Самое интересное начинается, когда расходящиеся отражённые лучи попадают к нам в глаз. Особенность нашего сознания состоит в том, что мозг достраивает расходящийся пучок, продолжая его за зеркало до пересечения в точке . Нам кажется, что отражённые лучи исходят из точки — мы видим там светящуюся точку!
Эта точка служит изображением источника света Конечно, в реальности ничего за зеркалом не светится, никакая энергия там не сосредоточена — это иллюзия, обман зрения, порождение нашего сознания. Поэтому точка называется мнимым изображением источника . В точке пересекаются не сами световые лучи, а их мысленные продолжения «в зазеркалье».
Ясно, что изображение будет существовать независимо от размеров зеркала и от того, находится ли источник непосредственно над зеркалом или нет (рис. 6)
Важно только, что-бы отражённые от зеркала лучи попадали в глаз — а уж глаз сам сформирует изображение источника
 |
| Рис. 6. Источник не над зеркалом: изображение есть всё равно |
От расположения источника и размеров зеркала зависит область видения — пространственная область, из которой видно изображение источника. Область видения задаётся краями и зеркала . Построение области видения изображения ясно из рис. 7; искомая область видения выделена серым фоном.
 |
| Рис. 7. Область видения изображения источника S |
Как построить изображение произвольного предмета в плоском зеркале? Для этого достаточно найти изображение каждой точки этого предмета. Но мы знаем, что изображение точки симметрично самой точке относительно зеркала. Следовательно, изображение предмета в плоском зеркале симметрично предмету относительно плоскости зеркала (рис. 8).
 |
| Рис. 8. Изображение предмета AB в плоском зеркале |
Расположение предмета относительно зеркала и размеры самого зеркала не влияют на изображение (рис. 9).
 |
| Рис. 9. Изображение не зависит от взаимного расположения предмета и зеркала |
Отражение зеркальное и рассеянное
Встает вопрос, почему не дает изображения, например, белая бумага, ведь она тоже отражает свет, не являясь его источником.
Объясняется это тем, что зеркало обладает очень гладкой поверхностью. Попадая на него, поток параллельных лучей отражается тоже параллельными лучами, иначе, что падает, то и отражается.
На бумажной поверхности есть мельчайшие неровности. Попадая на них, параллельные лучи уже не будут отражаться параллельно друг другу.
В результате то, что отражается, не получается таким же, как при падении на гладкую поверхность. Когда параллельные лучи рассеиваются от поверхности в разных направлениях, отражение называется рассеянным.
Зеркальное и рассеянное отражение.
Чем глаже поверхность, тем ближе ее свойства к зеркальным.
Примеры поверхностей.
Геометрия помогает оптике. Изображения, даваемые линзами
При рассмотрении изображений, даваемых линзами, не учитывается преломление внутри линз
Важно, как пойдет свет за линзами. Поэтому используется чертеж, на котором указываются только основные лучи, а сами линзы представлены отрезками со стрелками на концах
Из каждой точки предмета выходят пучки расходящихся световых лучей. Точек бесконечно много, значит, и количество лучей бесконечно. После преломления за собирающей линзой лучи вновь сходятся в определенных точках. Перед рассеивающей линзой пересекаются линии, продолжающие лучи. Именно эти точки пересечения образуют в совокупности даваемое линзой изображение.
Всю массу лучей построить нереально, поэтому используется следующий геометрический прием:
Пусть предмет АВ (на чертеже красная стрелка) рассматривается сквозь собирающую линзу. Выполняя чертеж, от каждой точки предмета строят два основных луча.
Основные лучи.
На примере точек А и В видно, как получается их изображение. Точка В1 – это точка пересечения лучей, идущих из точки В. Точка А1 – это точка пересечения лучей, которые идут из точки А.
Если бы было возможно провести изо всех точек предмета АВ такие лучи, то после линзы они пересеклись бы на изображении А1В1.
Называют изображения по трем параметрам:
- действительное, если лучи сами пересекаются, мнимое, если пересекаются продолжения лучей;
- прямое, если изображение не переворачивается «к низу головой», перевернутое, если меняется его направленность;
- уменьшенное или увеличенное (сопоставляются размеры полученного изображения и рассматриваемого тела).
Изображения различны, и зависит это от расположения предмета по отношению к фокусам линзы F или двойным фокусам 2F.
В приведенном примере предмет находится дальше двойного фокуса, и поэтому изображение получается действительным перевернутым уменьшенным.
Вот еще несколько примеров построения изображений, даваемых линзами. Для упрощения чертежа пусть предмет стоит на главной оптической оси.
Действительное перевернутое увеличенное изображение дает собирающая линза, когда предмет находится между фокусом и двойным фокусом.
Если предмет поместить в точку фокуса, его изображение будет просто размытым, так как выходящие из линзы лучи пойдут параллельно.
Предмет в точке двойного фокуса – изображение перевернутое исходного размера.
А теперь, как строится изображение в рассеивающей линзе, которая на чертеже – это отрезок с расходящимися стрелками, остальные элементы чертежа остаются прежними.
Изображение образуется там, где пересекаются прямые, содержащие расходящиеся лучи, перед линзой. Это будет мнимое прямое уменьшенное изображение.
Поместив предмет в другое место, получим новое изображение.
Характеристики изображения аналогичны предыдущему случаю. Оно будет мнимым уменьшенным и прямым, не зависимо от расположения предмета перед линзой.
Закон отражения.
Сейчас мы сформулируем один из самых древних законов физики. Он был известен грекам ещё в античности!
Закон отражения.
1) Падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр к отражающей поверхности, проведённый в точке падения, лежат в одной плоскости.
2) Угол отражения равен углу падения.
Таким образом, , что и показано на рис. 1.
Закон отражения имеет одно простое, но очень важное геометрическое следствие. Давайте посмотрим на рис
2. Пусть из точки исходит световой луч. Построим точку , симметричную точке относительно отражающей поверхности .
 |
| Рис. 2. Отражённый луч выходит из точки |
Из симметрии точек и ясно, что . Кроме того, . Поэтому 
Закон отражения описывает ход отдельных световых лучей — узких пучков света. Но во многих случаях пучок является достаточно широким, то есть состоит из множества параллельных лучей. Картина отражения широкого пучка света будет зависеть от свойств отражающей поверхности.
Если поверхность является неровной, то после отражения параллельность лучей нарушится. В качестве примера на рис. 3 показано отражение от волнообразной поверхности. Отражённые лучи, как видим, идут в самых разных направлениях.
 |
| Рис. 3. Отражение от волнообразной поверхности |
Но что значит «неровная» поверхность? Какие поверхности являются «ровными»? Ответ таков: поверхность считается неровной, если размеры её неровностей не меньше длины световых волн. Так, на рис. 3 характерный размер неровностей на несколько порядков превышает величину длин волн видимого света.
Поверхность с микроскопическими неровностями, соизмеримыми с длинами волн видимого света, называется матовой. В результате отражения параллельного пучка от матовой поверхности получается рассеянный свет — лучи такого света идут во всевозможных направлениях. (Именно поэтому мы видим окружающие предметы: они отражают рассеянный свет, который мы и наблюдаем с любого ракурса.)
Само отражение от матовой поверхности называется поэтому рассеянным или диффузным. (Латинское слово diffusio как раз и означает распространение, растекание, рассеивание.)
Если же размер неровностей поверхности меньше длины световой волны, то такая поверхность называется зеркальной. При отражении от зеркальной поверхности параллельность пучка сохраняется: отражённые лучи также идут параллельно (рис. 4)
 |
| Рис. 4. Отражение от зеркальной поверхности |
Приблизительно зеркальной является гладкая поверхность воды, стекла или отполированного металла. Отражение от зеркальной поверхности называется соответственно зеркальным. Нас будет интересовать простой, но важный частный случай зеркального отражения — отражение в плоском зеркале.
Главные характеристики линзы
На практике используются линзы различных размеров, вогнутые и выпуклые, с маленьким радиусом кривизны и большим. Чаще других линзы встречаются в обыкновенных очках. Интересно то, что очки, хорошо помогающие видеть одному человеку, абсолютно не подходят другому. Почему? Объясняется это явление важнейшими характеристиками линз: фокусным расстоянием и оптической силой.
Различные линзы.
Фокусное расстояние связано с радиусами поверхностей, образующих линзу. Проще говоря, чем более выпуклыми являются поверхности, тем меньше фокусное расстояние. Такие линзы сильнее преломляют лучи и дают большее увеличение. Соответственно линзы с менее выпуклыми поверхностями имеют большее фокусное расстояние, слабее преломляют лучи и дают меньшее увеличение.
Собирающие линзы обладают положительной оптической силой.
Так как у рассеивающих линз фокус мнимый, условно принято считать фокусное расстояние отрицательным и оптическую силу таких линз тоже отрицательной.
В большинстве устройств оптики применяется сразу несколько линз, образующих систему. Общая оптическая сила определяется как сумма оптических сил всех входящих в систему линз.
D = D1 + D2 + D3 + … + Dn
Буквой n обозначено количество использованных линз.
Разнообразие линз беззеркальной камеры.
Зеркало. Как видит человек в зеркале?
Полезнейшая вещь есть в любом доме, и используется ежедневно – зеркало. Предметы находятся перед ним, и кажется, что и внутри зеркала есть точно такие же предметы. То, что видимо в зеркале называется изображением предмета.
Свеча перед зеркалом.
Почему человек видит то, чего за зеркальной плоскостью нет? Как это выходит?
Человеческий глаз воспринимает физические тела и вещества с помощью лучей, расходящихся от них во все стороны. Часть этих лучей направлена в глаз, и человек воспринимает окружающие предметы. А теперь, как человек видит что-то в зеркале?
От предмета не все лучи идут к глазу. Некоторая часть их идет на рядом стоящее зеркало. По закону оптики каждый из лучей отражается от зеркальной поверхности под таким же углом, под каким падает.
Пусть точка C стоит перед зеркалом MN. Лучи ведут себя одинаково, поэтому достаточно рассмотреть три из них, чтобы стал понятен их ход.
Точка С в зеркале MN.
Луч СО падает под углом 0о и отражается тоже под таким же углом (проявляется обратимость лучей света).
Лучи СО1 и СО2, отражаясь от зеркала, направляются к глазу, и вместе с ними пучок остальных лучей, которые просто не указаны на чертеже (они ведут себя так же).
Продолжения лучей (сделаны пунктиром) с обратной стороны зеркала пересекутся в точке С1.Это изображение точки С.
В действительности лучей там нет и точки С1 тоже нет. Такое изображение называется мнимым изображением.
Используя обычную линейку и свечу можно определить свойства мнимого зеркального изображения.
Для этого надо взять стекло, которое одновременно с отражением дает возможность увидеть за ним линейку.
Стекло вертикально ставится на линейку. Перед стеклом на расстоянии 2 см ставится свечка.
Свечка перед стеклом.
Мнимое изображение свечи находится через 2 см от стекла с обратной стороны. Причем, его высота совпадает с высотой рассматриваемой свечи.
Итак, плоское зеркало дает следующие свойства изображению:
Еще одна особенность зеркальных поверхностей в том, что они дают симметричное изображение. Это видно из простого примера. Если поднести к зеркалу правую руку, там будет видна будто бы левая рука.
Рука в зеркале.
Используя понятие симметрии, можно выполнять чертежи предметов, и их зеркальных изображений.
Симметрия в зеркальном отражении.
Глаз. Зрение. Очки
Когда человек надевает очки, оказывается, он создает систему линз, помогающую ему хорошо видеть. Глаз человека или животного – это не просто орган зрения, а оптическая система, созданная природой. Среди частей глаза есть роговица (передняя часть оболочки глаза), прозрачное тело в виде двояко-выпуклой линзы – хрусталик. За хрусталиком располагается стекловидное тело. Эти три составляющие элемента образуют оптическую систему глаза.
Сетчатка, расположенная за стекловидным веществом, является экраном для этой системы.
Пройдя через такую систему, световые лучи преобразуются в действительное уменьшенное перевернутое изображение.
Строение глаза.
Человек же получает информацию и другими органами чувств, не только глазами. В результате анализа и корректировки мозгом полученных сведений видит изображение прямым.
Здоровый глаз дает разборчивое изображение прямо на сетчатке. По правилам построения изображений можно сказать, что их характеристики должны быть различными в зависимости от того, где находится рассматриваемый предмет. Так, как же глаз видит при переводе взгляда с близкого предмета на удаленный или наоборот?
В результате эволюционного развития человека глаз приобрел очень полезное свойство приспосабливаться к видению на различных расстояниях. Это свойство называется аккомодацией. При взгляде на удаленные предметы кривизна хрусталика невелика, мышцы глаза его не сдавливают. При этом оптическая сила «живой» линзы слабая.
Механизм аккомодации.
Взгляд переводится на близкий предмет, мышцы напрягаются, кривизна хрусталика увеличивается, и оптическая сила глаза становится больше.
Так здоровым глазом контролируется видение в различных точках окружающего пространства.
Использовать очки приходится человеку, у которого есть нарушения в оптической системе глаза. Например, это может быть дальнозоркость или близорукость.
С помощью очков глаз получает дополнительные линзы, которые вместе с глазом дают четкое изображение на сетчатке.
Система глаз + очки.
Близорукий глаз дает изображение внутри стекловидного тела перед сетчаткой. Для исправления этого дефекта нужно ослабить оптическую силу глаза, применив рассеивающую линзу.
Наоборот, дальнозоркому глазу нужно увеличение оптической силы, что и делает собирающая линза. Даваемое за сетчаткой изображение переносится на сетчатку.
Итак, близорукий человек носит очки с оптической силой, например, — 0,5 дптр, -2 дптр (рассеивающие линзы). Дальнозорким людям врачи назначают собирающие линзы. Их оптическая сила положительна, например, + 0,5 дптр, + 3 дптр.
С возрастом способность к аккомодации у глаза ослабевает. Мышцам труднее сжимать хрусталик, и поэтому пожилые люди становятся дальнозоркими.
Какой размер у изображения в плоском зеркале?
Ответ на этот вопрос дает простой эксперимент. Если взять кусок плоского, гладкого стекла, и установить его вертикально, то получится зеркало, через которое можно будет наблюдать предметы за ним, так как часть света будет проходить сквозь стекло, а часть отражаться.
Рис. 3. Размер мнимого изображения в плоском зеркале.
Перед стеклом ставится зажженная свеча. В стекле появляется ее изображение. За стеклом, где мы наблюдаем изображение, ставится еще одна, точно такая же, но незажженная свеча. Если эту свечу поместить в точку, где находится изображение, то она окажется как будто зажженной. Следовательно, реальная, потушенная свеча попала точно на место мнимого изображения.
Измерив два расстояния до стекла — от свечи и от ее изображения, мы убедимся, что они равны. Поскольку размеры свеч равны друг другу, то это означает, что размер изображения в плоском зеркале равен размеру исходного предмета.
Следовательно, при отражении не происходит ни уменьшения, ни увеличения плоским зеркалом размеров объектов.
Посмотрите на себя в обычное, домашнее зеркало. Помахав себе правой рукой, вы увидите, что ваше отражение машет левой рукой. Мало того — ваше правое ухо в зеркале стало “левым” и т.д. При этом в вертикальном направлении отражение все оставило на своих местах. Таким образом, в зеркале мы видим не точную копию предмета, а его зеркально-симметричное отражение.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что зеркала бывают плоскими, выпуклыми и вогнутыми. Плоское зеркало отражает падающий свет практически без искажений и формирует изображения предметов, не отличающиеся от исходных. Мнимое изображение в зеркале располагается симметрично относительно зеркальной поверхности.
Тест по теме
-
Вопрос 1 из 5
Начать тест(новая вкладка)
Зеркала не только дома
Отражающие свойства зеркал используются в перископах – приборах для просмотра местности из укрытий. Так, не поднимаясь на поверхность воды из подводной лодки можно увидеть берег или надводные корабли.
Перископ.
Ход лучей в перископе.
Зеркала перископа установлены под таким углом, чтобы изображение передавалось сверху вниз наблюдателю через смотровое отверстие.
По принципу устройства перископа можно решить задачу об освещении длинного коридора с помощью одной свечи и нескольких зеркал.
Одна свеча на весь коридор.
Поставив зеркала на таком расстоянии друг от друга, чтобы лучи попадали из одного зеркала в другое, нужно запустить поток света по всему коридору. Конечно, эта задача не практическая, и никто не будет освещать комнаты таким способом, но теоретически это возможно и интересно.
Еще одним интересным примером, где используются свойства зеркал, является красивая легенда об Архимеде. Спасая город Сиракузы от врагов, Архимед велел так отполировать щиты своих воинов, чтобы они блестели, как зеркала.
Зеркало Архимеда.
Изучая свойства отражения, Архимед пришел к выводу, что с помощью зеркала можно сконцентрировать световую энергию солнца так, чтобы произошло воспламенение. Собрав большое число зеркал, и направив солнечные лучи на деревянные корабли противника, сиракузцы сожгли вражеский флот.
Как зажечь зеркалами деревянный корабль.
В современном мире зеркала плоские и сферические (округлой формы) применяются довольно широко:
- домашние зеркала и зеркала больших залов;
- зеркала заднего вида в транспорте;
- прожекторы, фары, фонари;
- микроскопы и телескопы;
- проекторы;
- медицинские устройства (например, лобный рефлектор, стоматологическое зеркало и др.);
И это далеко не полный список применения зеркал в разных отраслях жизни человека.
Презентация на тему: » Вопросы 1. Какое зеркало называют плоским зеркалом? Ответ: Плоским зеркалом называют плоскую поверхность, зеркально отражающую свет. 2. Что такое изображение.» — Транскрипт:
2
Вопросы 1. Какое зеркало называют плоским зеркалом? Ответ: Плоским зеркалом называют плоскую поверхность, зеркально отражающую свет. 2. Что такое изображение предмета? Ответ : То, что мы видим за зеркалом, называется изображение предмета.
3
3. Пользуясь рисунком 132, объясните, как строится изображение точки в зеркале? Рис.132
4
4. Почему изображение точки в плоском зеркале называется мнимым? Ответ: Термин «мнимое» выражает тот факт, что там где мы видим это изображение, пучки света на самом деле не сходятся, и лишь свойство нашего глаза собирать на сетчатке расходящиеся пучки света дает ощущение видимости «мнимой» светящей точки. 5. Какие особенности имеет изображение предмета в плоском зеркале? Ответ: В плоском зеркале изображение предмета – мнимое, прямое, равное по размеру предмету – находится на таком же расстоянии от зеркала за ним, как и сам предмет перед зеркалом.
5
1. Девочка стоит в полутора метрах от плоского зеркала. На каком расстоянии от себя она увидит в нем своё изображение? 2. Девочка стоит перед плоским зеркалом. Как изменится расстояние между ней и ее изображением в зеркале, если она отступит от зеркала на 1 м? Качественные задачи 3 метра Увеличится на 2 метра
6
3. В плоском зеркале вы видим мнимое изображение глаз своего товарища, смотрящего на нас. Видит ли он в зеркале изображение ваших глаз? 4. 2/3 угла между падающим и отраженным лучами составляет 80. Чему равен угол падения луча? 5. Угол между зеркалом и падающим на него лучом составляет 30. Чему равен угол отражения луча? Чему равен угол падения луча? Ответ: Да, видит Ответ: 60 Ответ: 90-30=60
7
Среда, в которой скорость распространения света меньше, является более плотной средой. Оптическая плотность среды характеризуется различной скоростью распространения света. При переходе из одной среды в другую луч света изменяет направление на границе раздела этих сред (рис. 137, б). Это явление называется преломлением света. Рис 137, б Рис 137, а
8
На рисунке показаны: падающий луч АО, преломленный луч ОВ и перпендикуляр к поверхности раздела двух сред, проведенный в точку падения О. Угол АОС – угол падения (α), угол DОВ – угол преломления (γ)
9
ЗАКОНЫ ПРЕЛОМЛЕНИЯ СВЕТА 1. Луч падающий и луч преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром восстановленным к границе раздела двух сред в точке падения; 2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для данных двух сред есть величина постоянная, зависящая только от оптических свойств этих сред n 2,1
10
Абсолютный показатель преломления Относительный показатель преломления Отсюда: С= км/с Показатель преломления вещества относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления.
11
Вопросы на закрепление 1. Какая среда называется оптически более плотной средой? 2. Какое явление называется преломлением света? 3. Какой показатель преломления называется абсолютным?
12
Задача 1 Угол падения луча из воздуха в стекло равен 0 0. Чему равен угол преломления?
13
Задача 2 Луч света падает на плоскую границу раздела двух сред. Угол падения равен 400, угол между отраженным лучом преломленным Чему равен угол преломления?
14
1. § 65, вопросы к параграфу. 2. Выполнить упражнение 32, задание 2,3,4.
Линзы. Какими они бывают?
Управлять световыми пучками можно еще с помощью одного изобретения. Это очки – не только помогающие хорошо видеть, вставленные в оправу линзы, а устройства, управляющие светом.
Схематически с использованием геометрических построений линзу можно представить так:
У элементов линзы есть специальные названия:
Тут на картинке
Если с точки зрения геометрии сферические поверхности пересекаются, такая линза называется выпуклой. Края ее много тоньше середины.
По-другому образуется вогнутая линза. Геометрические поверхности ее не пересекаются, а отдалены на некоторое расстояние.
Сочетание закругленных поверхностей определяет свойства различных линз. Они по-разному изменяют направления лучей.
Световые лучи дважды преломляются, проходя линзу. Первый раз на входе в линзу, второй раз при выходе из нее. Дальше лучи или пересекаются, или расходятся в разные стороны.
Прохождение лучей сквозь линзы.
У всех линз есть важнейшая характеристика.
Выпуклая линза собирает лучи в одну точку, называемую фокусом линзы (F).
Из вогнутой линзы лучи выходят расходящимся пучком. Но и здесь есть фокус, только мнимый. Он находится перед линзой в точке, где пересекаются продолжения расходящихся лучей. Название «мнимый» фокус получил, потому что пересекаются не сами лучи, а прямые, на которых они располагаются.
Линзы бывают различными. Их свойства зависят от вида образующих поверхностей.
Собирающие:
1 – двояко-выпуклая;
2 – плоско-выпуклая;
3 – вогнуто-выпуклая.
Рассеивающие:
1 – двояко-вогнутая;
2 – плоско-вогнутая;
3 – выпукло-вогнутая.
Основной особенностью собирающих линз является то, что расстояние между поверхностями в центре больше, чем по краям. У рассеивающих линз, наоборот, в центре расстояние между поверхностями меньше, чем по краям.
Главное отличие линз.
Такое строение и определяет ход лучей на выходе из линз (лучи пересекаются или расходятся).
Ход лучей в линзах разного типа.
Что такое зеркало с точки зрения физики
Оптическим зеркалом называется тело, обладающее полированной поверхностью правильной формы, способной отражать световые лучи с соблюдением равенства углов падения и отражения, и образующее оптические изображения предметов (в том числе источников света).
Рис. 1. Примеры различных зеркал.
Различают зеркала трех видов — плоские, выпуклые и вогнутые. Качество зеркала тем выше, чем ближе его форма и гладкость поверхности к идеальной. Микронеровности (шероховатости) отражающих поверхностей должны быть малы по сравнению с длиной падающей световой волны.
Основным свойством плоских зеркал является их способность отражать свет без каких-либо искажений и воспроизводить натуральные изображения, и размеры предметов.
История изготовления зеркал насчитывает много веков. Изначально их делали из металлов: серебра, меди, бронзы. Позднее, в XIII веке, появилась технология стеклянных зеркал, которые стали покрывать тонким слоем олова. В настоящее время эта технология усовершенствована с помощью использования высококачественных видов стекла и напыления (нанесения) разных отражающих металлов (серебра, алюминия и др.).
