Геометрическая оптика. Законы отражения и преломления света. Плоское зеркало

2-тема

Геометрическая оптика. Законы отражения и преломления света. Плоское зеркало.

содержание

Геометрическая оптика.
Законы отражения и преломления света.
Плоское зеркало.

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА.

Оптика – раздел физики, изучающий свойства и физическую природу света, а также его взаимодействие с веществом. Учение о свете принято делить на три части:
геометрическая или лучевая оптика, в основе которой лежит представление о световых лучах;
волновая оптика, изучающая явления, в которых проявляются волновые свойства света;
квантовая оптика, изучающая взаимодействие света с веществом, при котором проявляются корпускулярные свойства света.

Закон прямолинейного распространения света:

В оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно.
Опытным доказательством этого закона могут служить резкие тени, отбрасываемые непрозрачными телами при освещении светом источника достаточно малых размеров («точечный источник»).
Другим доказательством может служить опыт по прохождению света далекого источника сквозь небольшое отверстие, в результате чего образуется узкий световой пучок.
Этот опыт приводит к представлению о световом луче как о геометрической линии, вдоль которой распространяется свет.

Закон прямолинейного распространения света:

Отметим, что закон прямолинейного распространения света нарушается и понятие светового луча утрачивает смысл, если свет проходит через малые отверстия, размеры которых сравнимы с длиной волны. Границы применимости геометрической оптики будут рассмотрены в разделе о дифракции света.
На границе раздела двух прозрачных сред свет может частично отразиться так, что часть световой энергии будет распространяться после отражения по новому направлению, а частично пройти через границу и распространяться во второй среде.

Закон отражения света : 

1.Падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
2.Угол отражения β равен углу падения α, т.е β= α.

Закон преломления света: 

1.Падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. (рис.19.1)
2.Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления γ есть величина, постоянная для двух данных сред:
или n1 sin α = n2 sin γ.
Закон преломления был экспериментально установлен голландским ученым В. Снеллиусом (1621 г.).

Закон преломления света: 

Закон преломления света: 

Постоянную величину n называют относительным показа-телем преломления второй среды относительно первой.
Показатель преломления среды относительно вакуума назы-вают абсолютным показателем преломления.
Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления: .

Законы отражения и преломления находят объяснение в волновой физике. Согласно волновым представлениям, преломление является следствием изменения скорости распространения волн при переходе из одной среды в другую. Физический смысл показателя преломления – это отношение скорости распространения волн в первой среде υ1 к скорости их распространения во второй среде υ2: .

. Плоское зеркало.

Простейшим оптическим устройством, способным создавать изображение предмета, является плоское зеркало. (рис.)

Изображение предмета, даваемое плоским зеркалом, формируется за счет лучей, отраженных от зеркаль-ной поверхности. Это изображение является мнимым, так как оно обра-зуется пересечением не самих отра-женных лучей, а их продолжений в «зазеркалье». Точка S' является мнимым изображением точки S.
Вследствие закона отражения света мнимое изображение предмета располагается симметрично относительно зеркальной поверхности. Размер изображения равен размеру самого предмета.

. Плоское зеркало.

1.Что называют лучом? Можно ли считать лучом очень узкий пучок света?
2.В чем состоит закон прямолинейного распространения света? Какие явления подтверждают справедливость данного закона?
3.Что называют падающим лучом? Углом падения? Отраженным лучом? Углом отражения? Ответы поясните рисунками.
4.Сформулируйте закон отражения света.
5.Какое отражение называют зеркальным? Сделав чертеж, объясните, как строится изображение предмета в плоском зеркале, выпуклом зеркале и вогнутом зеркале.
6.Что называют мнимым изображением?
7.На каком расстоянии от плоского зеркала находится мнимое изображе-ние предмета и каков его размер?

8.Что называют преломлением светя?
9.Сделав чертеж, покажите ход лучей при преломлении света на границе раздела двух прозрачных сред.
10.Сформулируйте и запишите закон преломления света.
11.Каков физический смысл относительного показателя преломления? абсолютного показателя преломления?
12.Сделайте чертеж и дайте объяснение, в каком случае угол преломления больше угла падения?
13.Сделав чертеж, объясните сущность явления полного внутреннего отражения света.
14.Что называют предельным углом полного внутреннего отражения света? Какая формула отражает смысл этого понятия?
15.Каково практическое применение полного внутреннего отражения света? Что такое световод?
……

Тестовые задания.

1.(96/7-51). Мальчик видит свое изображение в плоском зеркале. С какой скоростью (м/с) будет приближаться к зеркалу это изображение, если мальчик приближается к зеркалу со скоростью 0,6 м/с?
А) 0,6. В) 0,9. С) 1. D) 1,1. Е) 1,2.
2.(97/5-50). Как изменится расстояние между человеком и его изображением в вертикально расположенном плоском зеркале, если человек удалится от его плоскости на 3 м?
А) не изменится. В) увеличится на 1,5 м
С) увеличится на 3 м. D) увеличится на 6 м. Е) НПО

Тестовые задания.

3.(97/6-47). На сколько градусов отклонится отраженный от зеркала луч, если зеркало повернуть на угол α=15°?
А) 15. В) 45. С) 30. D) 60. Е) 0
 
4.(97/3-51). Как изменится расстояние между человеком и его изображением в плоском зеркале, расположенном вертикально, если он приблизится к плоскости зеркала на 2 м?
А) не изменится. В) уменьшится на 4 м. С) уменьшится на 2 м.
D) уменьшится на 1 м. Е) НПО.

Тестовые задания.

5.(97/2-53). Два плоских зеркала расположены под углом 60° друг к другу. Каким должен быть угол падения луча на первое зеркало, чтобы, отразившись от него, он был направлен перпендикулярно поверхности второго зеркала?
А) 15°. В) 30°. С) 45°. D) 60°. Е) 90°
6.(03/7-60). Угловая высота Солнца над горизонтом составляет 46°. Под каким углом должны падать солнечные лучи на зеркало, чтобы отраженные лучи направились вертикально вверх?
А) 22° В) 26°. С) 28°. D) 60°. Е) 68°.

Тестовые задания.

7.(96/5-49). Солнечный луч составляет с поверхностью земли угол 40°. Под каким углом к горизонту следует расположить плоское зеркало, чтобы направить луч внутрь узкой трубы, врытой в землю вертикально?
А) 60° В) 65°. С) 70°. D) 80°. Е) 40°.
8.(98/4-66). Отраженный от плоского зеркала луч вследствие поворота зеркала поворачивается на угол α. На какой угол повернули зеркало?
А) 2 α. В) α. С) 0. D) 0,25 α. Е) 0,5 α