Как на рисунке обозначен угол отражения

Отражение света. Закон отражения света

Свет — это видимое излучение. Вам уже известно, что тела, излучающие свет, называются источниками света. При этом в однородной среде он распространяется прямолинейно.

Мы видим свет и освещенные предметы в том случае, если лучи света попадают в наши глаза. Каждый день Солнце освещает наш мир. С наступлением ночи на небе появляется Луна. Для нас она тоже светит. Но мы знаем, что Луна не излучает собственный свет — мы видим часть ее поверхности, освещенную Солнцем.

Все это говорит нам о том, что, хоть свет и распространяется в однородной среде прямолинейно, при его столкновении с преградой происходит что-то новое для нас.

На данном уроке мы рассмотрим поведение света при его попадании на различные преграды, объясним видимость освещенных предметов для наших глаз и установим закономерности. Вы познакомитесь с законом отражения света и его свойствами.

Видимость освещенных предметов

В прошлых уроках уже было сказано, что мы видим окружающий нас мир благодаря свету. Давайте рассмотрим простой опыт, который подтвердит нам этот факт.

В затемненной комнате у нас имеется источник света (рисунок 1). Направим пучок света от этого источника (отмечен звездочкой) через щель на экран.

На экране появится световое пятно (рисунок 1, а). Но, кроме него, мы ничего не увидим вокруг себя.

Теперь поместим между источником света и экраном какой-нибудь предмет (ручку, карандаш, линейку, лист бумаги или др.). Мы увидим какую-то его часть, как на рисунке 1, б, или предмет полностью (зависит от его положения).

Как это объяснить со стороны физики? Излучение достигло поверхности предмета, отразилось, изменило свое направление и попало нам в глаза. Т.е., предмет стал виден для нас.

Запылим воздух между экраном и источником света (рисунок 1, в). Теперь мы видим весь пучок света, а не только пятно на экране. Летающие пылинки отражают свет и направляют его в глаза наблюдателя.

Подобную картину можно наблюдать в пыльном помещении, когда туда проникают солнечные лучи.

Этот простой опыт показал, что мы видим предметы, когда на них падает свет. Они его отражают, и свет достигает наших глаз.

Отражение света

Рассмотрим более яркий пример. Каждый пробовал пускать “солнечных зайчиков” в ясную погоду. Используя зеркало, можно получить яркое световое пятно.

Объясним эту детскую забаву с научной точки зрения. Пучок света падает на зеркало и отражается от него — меняет свое направление. Получается, что “солнечный зайчик” — это отраженный след света на каком-либо экране.

Отражение света в данном случае подобно отскоку мяча от стенки. Если мы бросим мяч перпендикулярно стене, то после удара он полетит обратно по той же прямой. А если мы бросим его под некоторым углом к стенке, то отскочит он тоже под каким-то углом.

Теперь рассмотрим отражение света от зеркальной поверхности (рисунок 2) более подробно.

Линия MN — это поверхность раздела двух сред: воздуха (сверху) и зеркала (снизу). На эту поверхность падает пучок света из точки S. Его направление задается лучом SO, а направление отраженного пучка света — лучом OB.

Эти лучи имеют свои названия:

Луч SO — падающий луч
Луч OB — отраженный луч

Точка O называется точкой падения луча. Чтобы мы могли оценить угол, из этой точки нужно провести перпендикуляр OC к поверхности MN — $ OC \perp MN$.

Так мы получаем два угла:

1. Угол SOC, образованный падающим лучом SO и перпендикуляром OC — это угол падения ($\alpha$)
2. Угол COB, образованный отраженным лучом OB и перпендикуляром OC — это угол отражения ($\beta$)

Закон отражения света

Рассмотрим подробнее углы падения и отражения. Будет ли меняться последний угол при изменении первого? Есть в этих изменениях какая-то закономерность?

Для этого мы будем использовать специальный прибор (рисунок 3). В основе прибора находится диск на подставке. Диск имеет круговую шкалу с ценой деления $10 \degree$. Также на краю диска закреплен фонарик, которые дает узкий пучок света. Его можно передвигать по краю диска.

Закрепим в центре диска зеркальную пластину. Направим на нее пучок света.

Установим фонарик так, чтобы пучок света падал на зеркальную поверхность под углом $50 \degree$. Мы увидим, что угол отражения тоже будет равен $50 \degree$.

Перемещая фонарик и изменяя угол падения пучка света, вы увидите, что каждый раз угол отражения будет равен углу падения. Эти углы всегда будут лежать в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным в точку падения.

Теперь мы можем сформулировать закон отражения света.

Падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред в точке падения луча. При этом угол падения $\alpha$ равен углу отражения $\beta$:
$\angle \alpha = \angle \beta$.

Обратимость световых лучей и виды отражения

Вернемся к рисунку 2. Если мы пустим световой луч в направлении OB, то отраженный луч пойдет в направлении OS.

Это простое свойство называется обратимостью световых лучей. Оно заключается в том, что падающий и отраженный лучи могут меняться местами.

В жизни нас постоянно окружают различные отражающие поверхности. Существует два основных критерия, по которым мы можем их разделить. Свет отражается от таких поверхностей тоже по-разному.

Рассмотрим в очень большом приближении параллельный пучок света (рисунок 4). Т.е., световые лучи, с помощью которых изображен такой пучок, не будут пересекаться — они параллельны друг другу. Также пучок может быть расходящимся (например, как на рисунке 1) и сходящимся.

1. Если на поверхность зеркала падает параллельный пучок света, то после отражения пучок тоже остается параллельным (рисунок 4, а).
   Такие поверхности называются зеркальными или гладкими (полированными) , а отражение — зеркальным

1. Другие тела имеют шероховатую или негладкую поверхность. Ее можно представить в виде набора малых плоских поверхностей, расположенных под разными углами друг к другу (рисунок 4, б). Отражение от таких поверхностей называется диффузным.
   Свет, падающий от параллельного пучка света на такую поверхность, будет отражаться по разным направлениям — будет происходить его рассеивание

В жизни мы чаще встречаемся с диффузным отражением света. Благодаря ему мы видим предметы, которые сами не излучают свет.

Зеркальное отражение мы будем более подробно рассматривать в следующем уроке.

Тест по физике Отражение света 8 класс

Тест по физике Отражение света, Закон отражения света для учащихся 8 класса с ответами. Тест включает в себя 14 заданий с выбором ответа.

1. В каком случае виден тот или иной предмет?

1) Когда излучаемый или отражаемый им свет попадает в гла­за
2) Когда его не закрывают другие предметы
3) Когда он освещен

2. Углом падения светового луча называют

1) угол между лучом света и поверхностью, на которую он па­дает
2) угол, образованный падающим на поверхность лучом света и продолжением перпендикуляра к этой поверхности в точ­ке падения луча
3) угол, образованный падающим на поверхность световым лучом и перпендикуляром к ней в точке падения луча

3. На рисунках должны быть обозначены углы падения светово­го луча. На каком из них это обозначение сделано верно?

4. Углом отражения светового луча называют

1) угол между отраженным лучом света и отражающей по­верхностью
2) угол между отраженным световым лучом и перпендикуля­ром к отражающей поверхности в точке падения луча
3) угол между падающим и отраженным лучами света

5. На рисунках обозначены углы отражения светового луча. На каком из них обозначение сделано правильно?

6. Согласно закону отражения света

1) угол падения светового луча больше его угла отражения
2) угол падения светового луча равен его углу отражения
3) угол падения светового луча меньше его угла отражения

7. На рисунках изображены падающий и отраженный свето­вые лучи. На каком из них отраженный луч построен пра­вильно?

8. Углы падения двух световых лучей на зеркальную поверх­ность равны 70° и 20° . Чему равны их углы отражения?

1) 70° и 20°
2) 20° и 70°
3) 90° и 50°

9. Луч света падает перпендикулярно поверхности тела. равен его угол отражения?

10. Углы отражения двух лучей от поверхности тела равны 30° и 45°. Каковы их углы падения?

1) 60° и 45°
2) 30° и 45°
3) 30° и 90°

11. Луч света направлен на зеркальную поверхность под углом к ней,
а) равным 30°,
б) равным 60°.
Каковы его углы падения в том и другом случае? Чему стал равен угол отражения во втором случае?

1) 30° и 60°; 60°
2) 60° и 30°; 30°
3) 60° и 30°; 60°
4) 30° и 60°; 30°

12. Как отражает свет шероховатая поверхность?

1) Хаотично — во все стороны
2) По закону отражения света, но только на малых участках поверхности
3) Рассеивая его вследствие разной ориентации участков по­верхности

13. На поверхность тела падает пучок параллельных лучей света. В каком случае отраженные лучи будут тоже параллельными?

1) Если лучи падают под небольшим углом (почти перпенди­кулярно поверхности)
2) Если поверхность зеркальная
3) Если поверхность шероховатая

14. В чем состоит явление обратимости световых лучей?

1) В равноценности направлений падения и отражения луча
2) В возможности отражать лучи обратно к их источнику
3) В возможности

Законы отражения света

На границе раздела двух различных сред, если эта граница раздела значительно превышает длину волны, происходит изменение направления распространения света: часть световой энергии возвращается в первую среду, то есть отражается, а часть проникает во вторую среду и при этом преломляется. Луч АО носит название падающий луч, а луч OD – отраженный луч (см. рис. 1.3). Взаимное расположение этих лучей определяют законы отражения и преломления света.

Рис. 1.3. Отражение и преломление света.

Угол α между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела, восстановленным к поверхности в точке падения луча, носит название угол падения.

Угол γ между отражённым лучом и тем же перпендикуляром, носит название угол отражения.

Каждая среда в определённой степени (то есть по своему) отражает и поглощает световое излучение. Величина, которая характеризует отражательную способность поверхности вещества, называется коэффициент отражения. Коэффициент отражения показывает, какую часть принесённой излучением на поверхность тела энергии составляет энергия, унесённая от этой поверхности отражённым излучением. Этот коэффициент зависит от многих причин, например, от состава излучения и от угла падения. Свет полностью отражается от тонкой плёнки серебра или жидкой ртути, нанесённой на лист стекла.

Законы отражения света

1	Падающий луч, отражающий луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
2	Угол отражения γ равен углу падения α :

Законы отражения света были найдены экспериментально ещё в 3 веке до нашей эры древнегреческим учёным Евклидом. Также эти законы могут быть получены как следствие принципа Гюйгенса, согласно которому каждая точка среды, до которой дошло возмущение, является источником вторичных волн. Волновая поверхность (фронт волны) в следующий момент представляет собой касательную поверхность ко всем вторичным волнам. Принцип Гюйгенса является чисто геометрическим.

На гладкую отражательную поверхность КМ (рис. 1.4) падает плоская волна, то есть волна, волновые поверхности которой представляют собой полоски.

Рис. 1.4. Построение Гюйгенса.

А₁А и В₁В – лучи падающей волны, АС – волновая поверхность этой волны (или фронт волны).

Пока фронт волны из точки С переместится за время t в точку В, из точки А распространится вторичная волна по полусфере на расстояние AD = CB, так как AD = vt и CB = vt, где v – скорость распространения волны.

Волновая поверхность отражённой волны – это прямая BD, касательная к полусферам. Дальше волновая поверхность будет двигаться параллельно самой себе по направлению отражённых лучей АА₂ и ВВ₂.

Прямоугольные треугольники ΔАСВ и ΔADB имеют общую гипотенузу АВ и равные катеты AD = CB. Следовательно, они равны.

Углы САВ = = α и DBA = = γ равны, потому что это углы со взаимно перпендикулярными сторонами. А из равенства треугольников следует, что α = γ .

Из построения Гюйгенса также следует, что падающий и отражённый лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром к поверхности, восстановленным в точке падения луча.

Законы отражения справедливы при обратном направлении хода световых лучей. В следствие обратимости хода световых лучей имеем, что луч, распространяющийся по пути отражённого, отражается по пути падающего.

Большинство тел лишь отражают падающее на них излучение, не являясь при этом источником света. Освещённые предметы видны со всех сторон, так как от их поверхности свет отражается в разных направлениях, рассеиваясь. Это явление называется диффузное отражение или рассеянное отражение. Диффузное отражение света (рис. 1.5) происходит от всех шероховатых поверхностей. Для определения хода отражённого луча такой поверхности в точке падения луча проводится плоскость, касательная к поверхности, и по отношению к этой плоскости строятся углы падения и отражения.

Рис. 1.5. Диффузное отражение света.

Например, 85% белого света отражается от поверхности снега, 75% — от белой бумаги, 0,5% — от чёрного бархата. Диффузное отражение света не вызывает неприятных ощущений в глазу человека, в отличие от зеркального.

Зеркальное отражение света – это когда падающие на гладкую поверхность под определённым углом лучи света отражаются преимущественно в одном направлении (рис. 1.6). Отражающая поверхность в этом случае называется зеркало (или зеркальная поверхность). Зеркальные поверхности можно считать оптически гладкими, если размеры неровностей и неоднородностей на них не превышают длины световой волны (меньше 1 мкм). Для таких поверхностей выполняется закон отражения света.

Рис. 1.6. Зеркальное отражение света.

Плоское зеркало – это зеркало, отражающая поверхность которого представляет собой плоскость. Плоское зеркало даёт возможность видеть предметы, находящиеся перед ним, причём эти предметы кажутся расположенными за зеркальной плоскостью. В геометрической оптике каждая точка источника света S считается центром расходящегося пучка лучей (рис. 1.7). Такой пучок лучей называется гомоцентрическим. Изображением точки S в оптическом устройстве называется центр S’ гомоцентрического отражённого и преломлённого пучка лучей в различных средах. Если свет, рассеянный поверхностями различных тел, попадает на плоское зеркало, а затем, отражаясь от него, падает в глаз наблюдателя, то в зеркале видны изображения этих тел.

Рис. 1.7. Изображение, возникающее с помощью плоского зеркала.

Изображение S’ называется действительным, если в точке S’ пересекаются сами отражённые (преломлённые) лучи пучка. Изображение S’ называется мнимым, если в ней пересекаются не сами отражённые (преломлённые) лучи, а их продолжения. Световая энергия в эту точку не поступает. На рис. 1.7 представлено изображение светящейся точки S, возникающее с помощью плоского зеркала.

Луч SO падает на зеркало КМ под углом 0°, следовательно, угол отражения равен 0°, и данный луч после отражения идёт по пути OS. Из всего множества попадающих из точки S лучей на плоское зеркало выделим луч SO₁.

Луч SO₁ падает на зеркало под углом α и отражается под углом γ ( α = γ ). Если продолжить отражённые лучи за зеркало, то они сойдутся в точке S₁, которая является мнимым изображением точки S в плоском зеркале. Таким образом, человеку кажется, что лучи выходят из точки S₁, хотя на самом деле лучей, выходящих их этой точки и попадающих в глаз, не существует. Изображение точки S₁расположено симметрично самой светящейся точке S относительно зеркала КМ. Докажем это.

Луч SB, падающий на зеркало под углом 2 (рис. 1.8), согласно закону отражения света отражается под углом 1 = 2.

Рис. 1.8. Отражение от плоского зеркала.

Из рис. 1.8 видно, что углы 1 и 5 равны – как вертикальные. Суммы углов 2 + 3 = 5 + 4 = 90°. Следовательно, углы 3 = 4 и 2 = 5.

Прямоугольные треугольники ΔSOB и ΔS₁OB имеют общий катет ОВ и равные острые углы 3 и 4, следовательно, эти треугольники равны по стороне и двум прилежащим к катету углам. Это означает, что SO = OS₁, то есть точка S₁ расположена симметрично точке S относительно зеркала.

Для того чтобы найти изображение предмета АВ в плоском зеркале, достаточно опустить перпендикуляры из крайних точек предмета на зеркало и, продолжив их за пределы зеркала, отложить за ним расстояние, равное расстоянию от зеркала до крайней точки предмета (рис. 1.9). Это изображение будет мнимым и в натуральную величину. Размеры и взаимное расположение предметов сохраняются, но при этом в зеркале левая и правая стороны у изображения меняются местами по сравнению с самим предметом. Параллельность падающих на плоское зеркало световых лучей после отражения также не нарушается.

Рис. 1.9. Изображение предмета в плоском зеркале.

В технике часто применяют зеркала со сложной кривой отражающей поверхностью, например, сферические зеркала. Сферическое зеркало – это поверхность тела, имеющая форму сферического сегмента и зеркально отражающая свет. Параллельность лучей при отражении от таких поверхностей нарушается. Зеркало называют вогнутым, если лучи отражаются от внутренней поверхности сферического сегмента. Параллельные световые лучи после отражения от такой поверхности собираются в одну точку, поэтому вогнутое зеркало называют собирающим. Если лучи отражаются от наружной поверхности зеркала, то оно будет выпуклым. Параллельные световые лучи рассеиваются в разные стороны, поэтому выпуклое зеркало называют рассеивающим.

Отражение света в физике — формулы и определение с примерами

Можем ли мы увидеть друг друга темной ночью? А если мы приблизимся к светящемуся фонарю? Именно благодаря отраженному свету мы видим предметы, различаем цвет одежды, любуемся картиной художника. Известно, что свет отражается от самых разных предметов. Например, и от белой стенки, и от зеркала. Но почему только в зеркале мы видим свое изображение? И почему мы при этом почти не видим самого зеркала и в магазине можем ошибочно протянуть руку не к яблоку, а к его изображению в зеркальной витрине?

Каким бывает отражение света? Какими законами оно описывается? Проведем опыт. На оптическом диске (рис. 231), представляющем собой круг с делениями, укрепим зеркало. Направим из осветителя (лампочка в футляре с отверстием) на зеркало пучок света (луч АО).

От зеркала (гладкая отполированная поверхность) световой луч АО практически полностью отразится (луч ОВ). Опустим в точку падения луча АО перпендикуляр СО к поверхности зеркала. Угол между падающим лучом и перпендикуляром, проведенным в точку падения, называется углом падения. Обозначим этот угол буквой

Угол, образованный отраженным лучом и тем же перпендикуляром, называется углом отражения. Обозначим его буквой А теперь сравним эти углы. Из опыта видно, что углы отражения и падения равны:

Увеличим угол падения а, повернув осветитель влево. Угол отражения тоже увеличится (рис. 232, а). Ио по-прежнему

То, что мы на оптическом диске видим не только падающий луч, но и отраженный, говорит о том, что они оба лежат в одной плоскости — плоскости диска.

На основании результатов опыта можно сформулировать законы отражения света.

1. Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к отражающей поверхности, проведенный в точку падения, лежат в одной плоскости.
2. Угол отражения равен углу падения.

А теперь по направлению отраженного луча (см. рис. 232, а) пустим луч света от осветителя (см. рис. 232, б). Он отразится от зеркала и пойдет но направлению, по которому в предыдущем опыте шел падающий луч. Лучи и углы поменялись местами. Это свойство отраженного и падающего лучей называют обратимостью (или взаимностью) световых лучей.

Одинаково ли отражают свет различные поверхности

Пусть на поверхность зеркала падают направленные лучи света. После отражения от него свет попадает в глаз только тогда, когда глаз находится в положении 2 (рис. 233, а). Если он будет находиться в положениях 1 или 3, то отраженные лучи в глаз не попадут. В этом особенность зеркал. Зеркально отражает свет поверхность воды (рис. 234).

А если поверхность шероховатая? Направленные лучи света отражаются в различных направлениях (рис. 233, б). Такое отражение называется диффузным (иногда говорят: рассеянное отражение).

В случае диффузного отражения поверхность видна при любом положении глаза, так как в него попадают отраженные лучи. Шероховатыми поверхностями, отражающими свет диффузно, являются поверхности стен, потолков, тканей, ваты, снега (рис. 235), кожи лица, рук и т. д. Только благодаря диффузному отражению мы видим предметы, которые сами не излучают свет.

Диффузно отражающие поверхности называют матовыми, зеркально отражающие — блестящими.

Приведите сами примеры блестящих и матовых поверхностей. Чем больше света отражает поверхность (чем меньше поглощает),

тем она кажется светлее. Белый лист бумаги отражает света больше, чем серый картон, но этот же картон отражает света больше, чем черный бархат.

Главные выводы:

1. Отраженный луч лежит в той же плоскости, что и падающий луч, и перпендикуляр к поверхности, проведенный в точку падения.
2. Угол отражения светового луча равен углу падения.
3. Световые лучи обладают свойством обратимости.
4. Зеркальные поверхности отражают свет направленно, шероховатые (матовые) — диффузно, т. е. по всем направлениям.

Пример решения задачи:

Солнечные лучи образуют с горизонтом угол Как надо расположить плоское зеркало, чтобы отраженные лучи пошли вертикально вверх?
Дано:

Решение:

Проведем отраженный луч ОВ (рис. 236, а). Угол АОВ, равный — это сумма двух равных углов (падения и отражения от зеркала):

Проведя биссектрису OD этого угла, мы получим положение перпендикуляра к зеркалу (рис. 236, б). Изобразим и само зеркало (рис. 236, в). Из чертежа видно, что искомый угол

Ответ: = 25°.

Световые явления и скорость распространения света

Из пяти органов чувств больше всего информации об окружающем мире дает нам зрение. Но видеть мир вокруг мы можем только потому, что нам в глаза попадает свет. Итак, начинаем изучение световых, или оптических (греч. optikos — зрительный), явлений, то есть явлений, связанных со светом.

Со световыми явлениями мы сталкиваемся каждый день, ведь они являются частью природной среды, в которой мы живем.

Некоторые оптические явления кажутся нам настоящим чудом, например миражи в пустыне, полярные сияния. Но согласитесь, что и более привычные световые явления: блеск капельки росы в солнечном луче, лунная дорожка на воде, семицветный мост радуги после летнего дождя, молния в грозовых облаках, мерцание звезд в ночном небе — тоже удивительны, ведь они делают мир вокруг нас прекрасным, полным волшебной красоты и гармонии.

Что такое источники света

Источники света — это физические тела, частицы (атомы, молекулы, ионы) которых излучают свет.

Посмотрите вокруг, обратитесь к своему опыту — и вы, без сомнения, назовете много источников света: звезда, вспышка молнии, пламя свечи, лампа, монитор компьютера и т. д. (см., например, рис. 9.1). Свет могут излучать и организмы: светлячки — яркие точки света, которые можно увидеть теплыми летними ночами в лесной траве, некоторые морские животные, радиолярии и др.

В ясную лунную ночь можно достаточно хорошо видеть предметы, освещенные лунным светом. Однако Луну нельзя считать источником света, ведь она не излучает, а только отражает свет, идущий от Солнца.

Рис. 9.1. Некоторые источники света

Различаем источники света:

В зависимости от происхождения различают естественные и искусственные (созданные человеком) источники света.

К естественным источникам света относятся Солнце и звезды, раскаленная лава и полярное сияние, некоторые живые организмы (глубоководная каракатица, светящиеся бактерии, светлячки) и т. д.

Еще в древности люди начали создавать искусственные источники света. Сначала это были костры, лучины, позже — факелы, свечи, масляные и керосиновые лампы; в конце XIX в. была изобретена электрическая лампа. Сегодня разные виды электрических ламп используются повсюду (рис. 9.2, 9.3).

Рис. 9.2. Мощные источники искусственного света — галогенные лампы в фарах современного автомобиля

Рис. 9.3. Сигналы современных светофоров хорошо заметны даже при ярком солнце. В таких светофорах лампы накаливания заменены светодиодными

Различают также тепловые и люминесцентные источники света.

Тепловые источники излучают свет благодаря тому, что имеют высокую температуру (рис. 9.4).

Для свечения люминесцентных источников света не нужна высокая температура: световое излучение может быть достаточно интенсивным, а источник при этом остается относительно холодным. Примерами люминесцентных источников света могут быть полярное сияние и морской планктон, экран телефона, лампа дневного света, покрытый люминесцентной краской дорожный знак и т. д.

Рис. 9.4. Некоторые тепловые источники света

Точечные и протяженные источники света

Источник света, который излучает свет одинаково во всех направлениях и размерами которого, учитывая расстояние до места наблюдения, можно пренебречь, называют точечным источником света.

Наглядный пример точечных источников света — звезды: мы наблюдаем их с Земли, то есть с расстояния, которое в миллионы раз превышает размеры самих звезд.

Источники света, которые не являются точечными, называют протяженными источниками света. В большинстве случаев мы имеем дело именно с протяженными источниками света. Это и лампа дневного света, и экран мобильного телефона, и пламя свечи, и огонь костра.

В зависимости от условий один и тот же источник света может считаться как протяженным, так и точечным.

Характеризуем приемники света

Приемники света — это устройства, которые изменяют свои свойства под действием света и с помощью которых можно выявить световое излучение.

Приемники света бывают искусственные и естественные. В любом приемнике света энергия светового излучения преобразуется в другие виды энергии — тепловую, которая проявляется в нагревании тел, поглощающих свет, электрическую, химическую и даже механическую. В результате таких преобразований приемники определенным образом реагируют на свет или его изменение.

Например, некоторые системы охраны работают на фотоэлектрических приемниках света — фотоэлементах. Пучки света, пронизывающие пространство вокруг охраняемого объекта, направлены на фотоэлементы (рис. 9.6). Если перекрыть один из таких пучков, фотоэлемент не получит световую энергию и сразу об этом «сообщит».

Рис. 9.6. В современных системах охраны используют чувствительные фотоэлементы

В солнечных батареях фотоэлементы преобразуют энергию света в электрическую энергию. Многие современные солнечные электростанции — это большие «энергетические поля» из солнечных батарей.

Долгое время для получения фотографий применяли только фотохимические приемники света (фотопленку, фотобумагу), в которых в результате действия света происходят определенные химические реакции (рис. 9.7).

Рис. 9.7. Фотопленка и фотобумага — фотохимические приемники света

В современных цифровых фотоаппаратах вместо фотопленки используют матрицу, состоящую из большого количества фотоэлементов. Каждый из таких элементов принимает «свою» часть светового потока, преобразует ее в электрический сигнал и передает этот сигнал в определенное место экрана.

Естественными приемниками света являются глаза живых существ (рис. 9.8). Под воздействием света в сетчатке глаза происходят определенные химические реакции, возникают нервные импульсы, вследствие чего мозг формирует представление об окружающем мире.

Рис. 9.8. Глаза живых существ — это естественные приемники света

Скорость распространения света

Когда вы смотрите на звездное небо, то вряд ли догадываетесь, что некоторые звезды уже погасли. Более того, несколько поколений наших предков любовались этими же звездами, а эти звезды не существовали уже тогда! Как может быть так, что свет от звезды есть, а самой звезды нет?

Дело в том, что свет распространяется в пространстве с конечной скоростью. Скорость с распространения света огромна, и в вакууме она составляет около трехсот тысяч километров в секунду:

Свет преодолевает многокилометровые расстояния за тысячные доли секунды. Именно поэтому, если расстояние от источника света до приемника невелико, кажется, что свет распространяется мгновенно. А вот от далеких звезд свет идет к нам тысячи и миллионы лет.

При решении задач мы будем использовать приблизительное значение скорости распространения света в вакууме:

От ближайшей к нам звезды Альфа Центавра свет идет к Земле почти 4 года. Значит, когда мы смотрим на эту звезду, на самом деле видим, какой она была 4 года назад. А ведь существуют галактики, удаленные от нас на миллионы световых лет (то есть свет идет к ним миллионы лет!). Представьте себе, что в такой галактике существует высокотехнологичная цивилизация. Тогда получается, что они видят нашу планету такой, какой она была во времена динозавров!

Подводим итоги:

Физические тела, атомы и молекулы которых излучают свет, называют источниками света. Источники света бывают тепловые и люминесцентные; естественные и искусственные; точечные и протяженные. Например, полярное сияние — естественный протяженный люминесцентный источник света.

Устройства, которые изменяют свои параметры в результате действия света и с помощью которых можно выявить световое излучение, называют приемниками света. В приемниках света энергия светового излучения преобразуется в другие виды энергии. Органы зрения живых существ — естественные приемники света.

Свет распространяется в пространстве с конечной скоростью. Скорость распространения света в вакууме составляет примерно:

Световой луч и световой пучок. Закон прямолинейного распространения света. Солнечное и лунное затмения

Оказывается, когда вы играете в прятки или пускаете «солнечных зайчиков», то пользуетесь законом прямолинейного распространения света. Выясним, в чем заключается этот закон и какие явления он объясняет.

Для наблюдения световых пучков нам не нужно никакого специального оборудования (рис. 10.1). Достаточно, например, или открыть дверь в темный коридор из освещенной комнаты, или включить в темноте фонарик, или в ясный солнечный день неплотно сдвинуть в комнате шторы. Пучки света в первом случае падают на пол через дверной проем; во втором случае свет направляется рефлектором фонарика; в последнем случае пучки света попадают в комнату через щель между шторами.

Рис. 10.1. Пучки солнечного света, пробивающиеся сквозь тучи

В реальной жизни мы имеем дело только с пучками света. При этом для нас привычно, когда говорят: луч солнца, луч прожектора, зеленый луч и т. п. На самом деле, с точки зрения геометрической оптики, которую вы будете изучать в этом учебном году, правильно было бы говорить: пучок солнечных лучей, пучок зеленых лучей и т. д. А вот для схематического изображения световых пучков используют световые лучи (см. рис. 10.2).

Рис. 10.2. Световой пучок — это совокупность световых лучей. Световые пучки: а — сходящийся; б — расходящийся; в — параллельный

Световой луч — это линия, указывающая направление распространения энергии света.

Таким образом, если далее в тексте будут встречаться фразы, словосочетания типа «луч света падает», «преломление луча» и т. п., следует иметь в виду, что речь идет о пучке света, направление которого задано данным лучом.

Рис. 10.3. Опыт, демонстрирующий прямолинейное распространение света

Прямолинейность распространения света

Проведем простой опыт. Расположим источник света, несколько листов картона с отверстиями (диаметром примерно 5 мм) и экран так, чтобы на экране появилось пятно света (рис. 10.3). Если теперь взять, например, спицу, она легко пройдет сквозь все отверстия, то есть окажется, что отверстия расположены на одной прямой.

Данный опыт демонстрирует закон прямолинейного распространения света

B прозрачной однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Об этом законе еще более 2500 лет назад писал древнегреческий ученый Евклид. В геометрии понятия луча и прямой линии возникли на основе представления о световых лучах.

Полная тень и полутень

Прямолинейностью распространения света можно объяснить тот факт, что любое непрозрачное тело, освещенное источником света, отбрасывает тень.

Если источник света точечный, тень от предмета будет четкой. В данном случае образуется только полная тень (рис. 10.4).

Рис. 10.5. Образование полной тени O₁ и полутени O2 от предмета О, освещенного протяженным источником света S

Полная тень — это область пространства, в которую не попадает свет от источника.

Если тело освещено протяженным источником света, образуется тень с нечеткими контурами, то есть образуется не только полная тень, а еще и полутень (рис. 10.5).

Полутень — это область пространства, освещенная некоторыми из имеющихся точечных источников света или частью протяженного источника.

Образование полной тени и полутени в космических масштабах мы наблюдаем во время солнечных и лунных затмений.

Дело в том, что из-за вращения Луны вокруг Земли бывает так, что Луна, Солнце и Земля оказываются на одной прямой. Если при этом Луна расположена между Солнцем и Землей, то тень от Луны падает на Землю, — на Земле наблюдается солнечное затмение (рис. 10.7). В тех местах Земли, на которые упала полная тень Луны, наблюдается полное солнечное затмение, а в местах полутени — частичное солнечное затмение. За год на Земле наблюдается 2-5 солнечных затмений.

Когда Луна, вращаясь вокруг Земли, попадает в зону тени, которую отбрасывает Земля, наступает лунное затмение (рис. 10.8). За год на Земле наблюдается 2-4 лунных затмения.

Рис. 10.7. Солнечное затмение: а — полное (в области полной тени), б — частичное (в области полутени)

Рис. 10.8. Лунное затмение: а — полное (Луна в положении 1); б— частичное (Луна в положении 2).

Пример №1

В солнечный день длина тени от вертикально поставленной метровой линейки равна 24 см, а длина тени от дерева — 3,6 м. Определите высоту дерева.

Анализ физической проблемы. Для решения задачи воспользуемся законом прямолинейного распространения света. Выполним пояснительный рисунок; отметим, что пучок света, идущий от Солнца, является параллельным.

Поиск математической модели, решение

Из рисунка видим, что

Из подобия треугольников имеем:

Проверим единицу, найдем значение искомой величины:

Ответ:

Подводим итоги:

В прозрачной однородной среде свет распространяется прямолинейно. Линию, указывающую направление распространения энергии света, называют световым лучом.

Из-за того что свет распространяется прямолинейно, непрозрачные тела отбрасывают тень (полную тень, полутень).

Полная тень — область пространства, в которую не попадает свет от источника (источников) света. Полутень — область пространства, освещенная некоторыми из имеющихся точечных источников света или частью протяженного источника.

Во время солнечных и лунных затмений наблюдается образование тени и полутени в космических масштабах.

Первыми приборами для измерения времени были солнечные часы. Действие солнечных часов основано на том, что длина и расположение тени от освещаемого солнцем предмета изменяются в течение дня.

Любые солнечные часы состоят из кадрана (плоская поверхность с нанесенным на нее циферблатом) и гномона (небольшой стержень из металла, пластика или дерева, закрепленный на кадране).

Отражение света

Большинство окружающих вас объектов: дома, деревья, ваши одноклассники и т. д. — не являются источниками света. Но вы их видите. Ответ на вопрос «Почему так?» вы найдете в этом параграфе.

Почему мы видим тела, не являющиеся источниками света

Вы уже знаете, что в однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно. А что происходит, если на пути пучка света находится какое-то тело? Часть света может пройти сквозь тело, если оно прозрачное, часть поглотится, а часть обязательно отразится от тела. Некоторые отраженные лучи попадут нам в глаза, и мы увидим это тело (рис. 11.1).

Рис. 11.1. При отсутствии источника света невозможно ничего увидеть. Если есть источник света, мы видим не только сам источник, но и предметы, которые отражают свет, идущий от источника

Законы отражения света

Чтобы установить законы отражения света, воспользуемся специальным прибором — оптической шайбой*. В центре шайбы закрепим зеркало и направим на него узкий пучок света так, чтобы он давал на поверхности шайбы светлую полосу. Видим, что пучок света, отраженный от зеркала, тоже дает светлую полосу на поверхности шайбы (см. рис. 11.2).

Рис. 11.2. Установление законов отражения света с помощью оптической шайбы: — угол падения; — угол отражения

Направление падающего пучка света зададим лучом СО (рис. 11.2). Этот луч называют падающим лучом. Направление отраженного пучка света зададим лучом ОК. Этот луч называют отраженным лучом.

Из точки О падения луча проведем перпендикуляр ОВ к поверхности зеркала. Обратим внимание на то, что падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр лежат в одной плоскости, — в плоскости поверхности шайбы.

Угол между падающим лучом и перпендикуляром, проведенным из точки падения, называют углом падения; угол между отраженным лучом и данным перпендикуляром называют углом отражения.

Измерив углы и можно убедиться, что они равны.

* Оптическая шайба — белый диск с нанесенными делениями; на краю диска установлен осветитель. отражения

Рис. 11.3. С изменением угла падения света изменяется и угол отражения. Угол отражения всегда равен углу падения

Если перемещать источник света по краю диска, угол падения светового пучка будет изменяться и соответственно будет изменяться угол отражения, причем каждый раз угол падения и угол отражения света будут равны (рис. 11.3). Итак, мы установили законы отражения света:

1. Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к поверхности отражения,проведенный из точки падения луча, лежат в одной плоскости.
2. Угол отражения равен углу падения:

Законы отражения света установил древнегреческий ученый Евклид еще в III в. до н. э.

С помощью зеркала на оптической шайбе можно продемонстрировать также обратимость световых лучей: если падающий луч направить по пути отраженного, то отраженный луч пойдет по пути падающего (рис. 11.5).

Рис. 11.5. Демонстрация обратимости световых лучей: отраженный луч идет по пути падающего луча

Изображение в плоском зеркале:

Рассмотрим, как создается изображение в плоском зеркале (рис. 11.6).

Пусть из точечного источника света S на поверхность плоского зеркала падает расходящийся пучок света. Из этого пучка выделим лучи SA, SB и SC. Используя законы отражения света, построим отраженные лучи и (рис. 11.7, а). Эти лучи пойдут расходящимся пучком. Если продлить их в противоположном направлении (за зеркало), все они пересекутся в одной точке — расположенной за зеркалом.

Если часть отраженных от зеркала лучей попадет в ваш глаз, вам будет казаться, что отраженные лучи выходят из точки хотя в действительности никакого источника света в точке нет. Поэтому точку называют мнимым изображением точки Плоское зеркало всегда дает мнимое изображение.

Выясним, как расположены предмет и его изображение относительно зеркала. Для этого обратимся к геометрии. Рассмотрим, например, луч SC, который падает на зеркало и отражается от него (рис. 11.7, б).

Рис. 11.7. Получение изображения точечного источника света в плоском зеркале: S — источник света; — мнимое изображение источника света

Из рисунка видим, что — прямоугольные треугольники, имеющие общую сторону и равные острые углы (так как по закону отражения света ). Из равенства треугольников имеем, что то есть точка и ее изображение симметричны относительно поверхности плоского зеркала.

То же можно сказать и об изображении протяженного предмета: предмет и его изображение симметричны относительно поверхности плоского зеркала.

Итак, нами установлены общие характеристики изображений в плоских зеркалах.

1. Плоское зеркало дает мнимое изображение предмета.

2. Изображение предмета в плоском зеркале и собственно предмет симметричны относительно поверхности зеркала, и это означает:

• изображение предмета равно по размеру самому предмету;
• изображение предмета расположено на том же расстоянии от поверхности зеркала, что и сам предмет;
• отрезок, соединяющий точку на предмете и соответствующую ей точку на изображении, перпендикулярен поверхности зеркала.

Зеркальное и рассеянное отражение света

Вечером, когда в комнате горит свет, мы можем видеть свое изображение в оконном стекле. Но изображение исчезает, если задернуть шторы: на ткани мы своего изображения не увидим. А почему? Ответ на этот вопрос связан по меньшей мере с двумя физическими явлениями.

Первое такое физическое явление — отражение света. Чтобы появилось изображение, свет должен отразиться от поверхности зеркально: после зеркального отражения света, идущего от точечного источника S, продолжения отраженных лучей пересекутся в одной точке S₁, которая и будет изображением точки S (рис. 11.8, а). Такое отражение возможно только от очень гладких поверхностей. Их так и называют — зеркальные поверхности. Кроме обычного зеркала примерами зеркальных поверхностей являются стекло, полированная мебель, спокойная гладь воды и т. п. (рис. 11.8, б, в).

Если свет отражается от шероховатой поверхности, такое отражение называют рассеянным (диффузным) (рис. 11.9). В этом случае отраженные лучи распространяются в разных направлениях (именно поэтому мы видим освещенный предмет с любой стороны). Понятно, что поверхностей, рассеивающих свет, намного больше, чем зеркальных.

Рис. 11.8. Зеркальное отражение света — это отражение света от гладкой поверхности

Рис. 11.9. Рассеянное (диффузное) отражение света — это отражение света от шероховатой поверхности

Второе физическое явление, влияющее на возможность видеть изображение, — это поглощение света. Ведь свет не только отражается от физических тел, но и поглощается ими. Лучшие отражатели света — зеркала: они могут отражать до 95 % падающего света. Хорошими отражателями света являются тела белого цвета, а вот черная поверхность поглощает практически весь свет, падающий на нее.

Пример №2

На рис. 1 схематически изображены предмет и зеркало Найдите графически участок, из которого изображение предмета видно полностью.

Анализ физической проблемы. Чтобы видеть изображение некоторой точки предмета в зеркале, необходимо, чтобы в глаз наблюдателя отразилась хотя бы часть лучей, падающих из этой точки на зеркало. Понятно, что если в глаз отразятся лучи, исходящие из крайних точек предмета, то в глаз отразятся и лучи, исходящие из всех точек предмета.

Решение, анализ результатов

1. Построим точку B₁ — изображение точки B в плоском зеркале (рис. 2, а). Область, ограниченная поверхностью зеркала и лучами, отраженными от крайних точек зеркала, и будет той областью, из которой видно изображение B₁ точки B в зеркале.

2. Аналогично построив изображение C₁ точки C, определим область ее видения в зеркале (рис. 2, б).

3. Видеть изображение всего предмета наблюдатель может только в том случае, если в его глаз попадают лучи, которые дают оба изображения — B₁ и C₁ (рис. 2, в). Значит, участок, выделенный на рис. 2, в оранжевым, и есть тот участок, из которого изображение предмета видно полностью.

Подводим итоги:

Все видимые тела отражают свет. При отражении света выполняются два закона отражения света: 1) луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к поверхности отражения, проведенный из точки падения луча, лежат в одной плоскости; 2) угол отражения равен углу падения.

Изображение предмета в плоском зеркале мнимое, равное по размеру самому предмету и расположено на том же расстоянии от зеркала, что и сам предмет.

* Различают зеркальное и рассеянное отражения света. В случае зеркального отражения мы можем видеть мнимое изображение предмета в отражающей поверхности; в случае рассеянного отражения изображение не возникает.

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Telegram и логотип telegram являются товарными знаками корпорации Telegram FZ-LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.