Версия 11:27, 23 октября 2012

Гипермаркет знаний>>Физика>>Физика 7 класс>> Плоское зеркало. Зеркальное и рассеянное отражение света

• Помните мультфильм  (сказку) о Крошке Еноте, который хотел доб­раться на другой берег пруда, но ужасно боялся Того, Кто Сидит в Пру­ду?  Что только Енот  ни делал:  и грозил  ему  кулаком,  и  замахивался палкой — все напрасно. Каждый раз Тот, Кто Сидит в Пруду, отвечал Крошке тем же. И только улыбка решила  все  проблемы. В  ответ  на улыбку Крошки Енота Тот, Кто Сидит в Пруду, тоже улыбнулся. Вы, конечно, догадались, что в пруду Енот видел свое отражение.

1. Строим изображение в плоском зеркале

Каждый  раз,  подходя  к  зеркалу,  мы, как и Крошка Енот,  видим в нем своего  «двой­ника».  Конечно,  никакого  «двойника»  там нет —  мы  говорим,  что  видим  в  зеркале  свое изображение.

Рассмотрим,  как  образуется  изображение в плоском зеркале.

Пусть  из  точечного  источника  света  S  на поверхность  плоского  зеркала  падает  расходя­щийся  пучок  света.  Из  множества  падающих лучей  выделим  лучи SA,  SB,  SC  (рис.  3.24).

Пользуясь  законами  отражения  света,  по­строим  отраженные  лучи  AA₁,  BB₁   ,  CC₁.   Эти лучи пойдут расходящимся пучком.  Если  про­должить  их  в  противоположном  направлении, за  зеркало,  все  они  пересекутся  в  одной  точ­ке —  S₁,  расположенной  за зеркалом.

Нам  будет  казаться,  что  эти  лучи  выходят из точки  S₁,  хотя в действительности никакого источника  света  в  точке  S1  не  существует.  По­этому точку  S₁  называют мнимым изображени­ем  точки  S.  Плоское  зеркало  всегда  дает  мни­мое изображение.  (Действительное изображение можно получить,  например,  с помощью собира­ющей  линзы,  с  которой  вы  познакомитесь  не­много позже,  или маленького отверстия.)

Рис.3. 24.  Получение изображе­ния точечного источника света S в плоском зеркале

2. Изучаем изображение в плоском зеркале

Проведем опыт,  с помощью которого вы­ясним,  как  расположены  предмет  и  его  изоб­ражение  относительно  зеркала.  Пусть  в  роли зеркала  будет  плоское  стекло,  закрепленное  вертикально. 

Рис. 3.25.  Опыт, показывающий особенности изображения предмета в плоском зеркале

С  одной  сторо­ны  стекла  установим  горящую  свечу  (в  стекле  появится  ее  изображение), а  с  другой  —  точно  такую  же,  но  не  зажженную  (рис.  3.25,  а).  Передви­гая незажженную свечу,  найдем  такое ее расположение,  что эта свеча,  если смотреть на нее сквозь стекло,  будет казаться горящей (рис.  3.25,  б). В этом случае незажженная  свеча окажется в месте,  где наблюдается изображение в  стекле зажженной  свечи.

Схематично изобразим на бумаге местоположение стекла (прямая MN), зажженной  и  незажженной  свечей:  S  —  зажженная  свеча,  S₁  —  неза­жженная  свеча (точка  S₁  в нашем случае  показывает также местоположе­
ние  изображения  зажженной  свечи)  (рис.  3.25,  в).  Если  теперь  соединить точки  S  и  S₁  и  провести  необходимые  измерения,  то  убедимся,  что  пря­мая MN  перпендикулярна  отрезку  SS₁,  а  длина  отрезка  SO  равна  длине отрезка  S₁O .

Благодаря  описанному  опыту  (а  также  множеству  других,  направлен­ных  на  изучение  процесса  отражения  света)  можно  установить  общие  ха­рактеристики изображений в плоских зеркалах:

1)  плоское  зеркало дает мнимое  изображение  предмета;

2)  изображение  предмета  в  плоском  зеркале равно  по размеру  самому предмету  и  расположено  на  том  же  расстоянии  от  зеркала,  что и  предмет;

3)  прямая,  которая  совмещает  точку  на  предмете  с  соответствую­щей  ей точкой  на изображении  предмета  в зеркале,  перпендикуляр­на поверхности зеркала.

3. Различаем зеркальное и рассеянное отражение света

Вечером,  когда  в  комнате  горит  свет,  мы  можем  видеть  свое  изображение в оконном стекле. Ho изображение исчезает, если задернуть шторы:  глядя на ткань, мы своего изображения не увидим. Ho чем в этом случае отличается штора от стек­ла и почему на ней нельзя увидеть свое изображение?

Ответ  на  эти  вопросы  связан  по  меньшей  мере  с  двумя физическими  явления­ми. Первое из них —  отражение   света .  Чтобы появилось изображение,  свет должен отразиться  от  поверхности  зеркально.  После  зеркального  отражения  света,  посту­пающего  от  точечного  источника  S,  продолжения  отраженных  лучей  соберутся в одной  точке  S₁  ,  которая и  будет изображением  точки S  (рис.  3.26,  а).  Такой  вид отражения возможен не от всех поверхностей,  а только от очень гладких. Такая по­верхность отражения  называется  зеркальной  (рис.  3.26,  б,  в).  Кроме обычного  зер­кала,  примерами  зеркальных  поверхностей  являются  стекла  автомобилей,  витрин магазинов,  полированная  мебель,  ложки  и  лезвия  ножей  из  нержавеющей  стали, спокойная поверхность воды  (как  в случае  с Крошкой Енотом)  и  т.  п.

Если свет  отражается от неровной, шероховатой поверхности,  то  такое отраже­ние  называют  рассеянным.  В  этом  случае  отраженные  лучи  никогда  не  сойдутся в  одной  точке  и  никогда не сойдутся  в  одной  точке их  продолжения  (рис.  3.27,  а). Таким образом,  на такой поверхности нельзя получить изображение. Примеров по
верхностей, которые рассеивают свет, разумеется, намного больше, чем зеркальных. Это  и бетонная  стена,  и ствол  дерева,  и  асфальтированное шоссе.  Даже  некоторые гладкие  на  ощупь  поверхности,  например  кусок  пластика  или  обложка  книги (рис.  3.27,  б,  в),  для  света являются  недостаточно  гладкими, шероховатыми —  свет отражается от таких  поверхностей рассеянно.

Рис. 3.26  Зеркальное отражение света —  отражение света от гладкой поверхности
Рис. 3.27  Рассеянное отражение света —  отражение света от неровной, шероховатой поверхности

Рис. 3.28  Использование плоских зеркал: а —  применение зеркальной полосы в точных элект­
роизмерительных приборах (в случае правильного отсчета стрелка и ее зеркальное изображение
сливаются); 6 —  калейдоскоп  (многоразовое отражение в зеркалах мелких разноцветных стеклы­
шек приводит к созданию необычайно красивых узоров, изменяющихся вследствие поворачива­
ния калейдоскопа); в —  зеркало (зрительно расширяет пространство)

Другое  физическое  явление,  влияющее  на  возможность  видеть  изображение предметов  с  помощью  любых  физических  тел,  —  это  поглощение  света.  Оказыва­ется,  свет может не  только  отражаться от физических  тел,  но  и поглощаться  ими. Наилучший  отражатель  света —  зеркало:  оно  отражает  более  90  %  света,  падаю­щего на него. Хорошими отражателями являются также тела белого цвета. Именно поэтому  в  солнечный  зимний день,  когда  все  вокруг  бело  от  снега,  мы жмуримся, защищая  глаза  от  яркого  света.  А вот черная  поверхность поглощает практически весь  свет,  и,  например,  на  черный  бархат  можно  смотреть  не  жмурясь  даже  при очень ярком освещении.

Белый  лист  хорошо  отражает  свет,  но  мы  не  видим  в  нем  своего  изображения, так как поверхность бумаги шероховатая, значит, в этом случае мы имеем дело с рас­сеянным отражением света. А вот поверхность черного автомобиля в основном погло­щает свет,  но некоторую его часть отражает, причем зеркально,  так как поверхность
автомобиля полированная, т. е. довольно гладкая. Именно поэтому мы можем видеть свое изображение, правда,  не очень яркое,  в поверхности черного автомобиля.

Зеркальные поверхности широко  используются  еще  с  глубокой  древности.  Не­которые  из примеров применения  зеркал сегодня показаны на рис.  3.28.

4. Учимся решать задачи

Задача 1.  Предмет был расположен на расстоянии 30 см от плоского зеркала (положение  I).  Потом  предмет  передвинули  от  зеркала  на  10  см в  направлении,  перпендикулярном  поверхности  зеркала,  и  на 15  см  —  параллельно  ей  (положение  2).  Каким  было  расстояние между  предметом  и  его  изображением  в  положении  предмета  I и каким  оно стало в положении  2?

Задача  2.  На рис.  3.31.  схематически изображен предмет  BC  и  зеркало  NM.  Найдите графически область, из которой изображение предмета видно полностью.

Анализ физической  проблемы

Чтобы видеть изображение определенной точки предмета в зеркале, необходимо, чтобы в глаз наблюдателя отразилась хотя бы часть из тех лу­чей,  которые падают из этой точки на зеркало.

В  нашем  случае  в  глаз  должны  отразиться лучи, выходящие из крайних точек предмета BC (понятно, что при этом условии в глаз отражаются и лучи, выходящие из всех остальных точек предмета).

Решение и  анализ результатов

1.  Построим  лучи BM  и BN,  которые  падают  на  крайние  точки  зерка­ла MN из точки В  (рис.  3.32,  а).  Эти лучи ограничивают пучок  всех лучей, которые  после  отражения  в  зеркале  пойдут  расходящимся  пучком  и  дадут на  своем  продолжении  точку B₁,  которая  является  изображением  точки В в плоском зеркале. Область,  ограниченная поверхностью зеркала и лучами, отраженными от крайних точек зеркала (луче MA и NF), и будет областью, из которой видно изображения  B₁   точки В в  зеркале.

2.  Аналогично построив изображение  C₁  точки  С в  зеркале,  найдем  об­ласть,  из которой  видно это изображение  (рис.  3.32,  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.  3.32,  в).  Итак,  оранжевая  область —  это  область,  из  которой изображение предмета видно полностью.

• Подводим итоги

Изображение предмета в плоском зеркале является мнимым,  равным по размерам предмету, расположенному на таком же расстоянии от зеркала, что и сам предмет.

Различают зеркальное и рассеянное отражения света.  В случае зеркаль­ного  отражения  мы  можем  видеть изображение  предмета  в  зеркале,  в  слу­чае рассеянного отражения изображение не наблюдается.

• Контрольные вопросы

1. Какое  отражение  света называется  зеркальным? 

2.  В  каком  слу­чае  изображение  называют  мнимым? 

3.  Каковы  характеристики изображения  предмета в  плоском  зеркале? 

4 .  Чем рассеянное  отра­жение  света отличается от  зеркального?

• Упражнения

1.  Человек  стоит  на расстоянии  1,5  м  от  плоского  зеркала.  На  каком расстоянии  от  человека  расположено  его  изображение?  Охаракте­ризуйте  это изображение.

2.  Водитель  автомобиля,  взглянув  в  зеркало  заднего  обзора,  увидел в нем пассажира,  сидящего на заднем сиденье. Может ли пассажир в этот момент,  глядя  в  то же  зеркало,  увидеть  водителя?

3. Вы направляетесь к зеркальной витрине со скоростью 4 км/ч. С ка­кой скоростью к вам приближается ваше изображение? На сколько сократится  расстояние  между  вами  и  вашим  изображением,  когда вы  пройдете 2  м?

4.. У щенка,  который  сидит  перед  зеркалом, поднято  правое  ухо.  Какое  ухо  поднято у изображения щенка в  зеркале?

5. На  рисунке  изображена  светящаяся  точ­ка S  и  зеркало MN.  Постройте изображе­ние  точки  в  зеркале,  укажите  область,  из которой  видно  это  изображение.  Какие изменения  будут  наблюдаться,  если  зер­кало  постепенно  заслонять  непрозрачным экраном?

6. Постройте изображение отрезка  AB в плос­ком  зеркале  MN  (см.  рисунок).  Найдите графически  область,  из  которой  отрезок видно полностью.

7.  Зимой,  когда земля покрыта снегом,  лунные ночи намного светлее, чем летом.  Почему?

8. Почему  ночью  в  свете  фар  автомобиля  лужа  на  асфальте  кажется водителю  темным  пятном на более  светлом фоне?

9  .Представьте,  что  поверхности  всех  тел  отражают  свет  зеркально. Что  бы мы увидели  вокруг?

• Экспериментальное  задание  

Возьмите  любой  предмет  (например  карандаш)  и  два  плоских  зерка­ла.  Расположите  зеркала  под  прямым  углом  преломляющими  поверхнос­тями  друг  к  другу  и  положите  между  ними  предмет.  Выясните,  сколько
изображений  предмета  можно  получить  с  помощью  такой  системы  зеркал. Результат  опыта  объясните  с  помощью  схематического  рисунка.  Как  будет изменяться количество изображений предмета в случае увеличения  (умень­шения) угла между  зеркалами?

• Физик  и техника в Украине

Крымская  (Симеизская) обсерватория

В  начале XX  века астрономия  вплотную  подошла  к изу­чению физической  природы  звезд.  Возникла  новая  область науки —  астрофизика. Тем не менее выяснилось, что для ас­трофизических исследований  главная обсерватория Россий­ской  империи  (Пулковская  в  Петербурге)  является  непри­годной  из-за  погодных  условий:  темными  зимними  ночами небо почти всегда закрыто тучами, а летом, в период «белых ночей», оно  настолько  светлое,  что  невозможно  применить основной метод астрофизики —  спектроскопию звезд.

Поэтому была создана обсерватория  на юге —  Крымс­кая  (Симеизская). Сначала основным  направлением ее ра­боты  было  наблюдение малых планет. Хотя  обсерватория в  Симеизе  имела  очень  маленький  астрограф,  по  числу наблюдений малых планет и открытых астероидов она за­нимала  второе место в мире, уступая лишь  Гейдельбергской  обсерватории  (Германия).

После  Второй  мировой  войны  главным  телескопом  обсерватории  стал  рефлектор  с  зер­калом  диаметром  2,5  м.  Он  начал  работать  в  1961  году  и  со  временем  получил  имя  своего разработчика —  академика  Г. А. Шайна. Успешная работа автоматических систем на телескопе Шайна и других телескопах Крымской обсерватории привела к идее создания полностью авто­матизированного телескопа с зеркалом диаметром  1,25 м, введенного в действие в  1980  году.

Ныне обсерватория принимает участие в международной программе «Спектр», исследова­ние которой охватывают очень широкий диапазон  волн —  от рентгеновских до радиоволн.

Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. — X.: Издательство «Ранок», 2007. — 192 с.: ил.

Содержание урока
 конспект урока и опорный каркас
 презентация урока
 интерактивные технологии 
 акселеративные методы обучения

Практика
 тесты, тестирование онлайн
 задачи и упражнения 
 домашние задания
 практикумы и тренинги
 вопросы для дискуссий в классе

Иллюстрации
 видео- и аудиоматериалы
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты

Дополнения
 рефераты
 шпаргалки 
 фишки для любознательных 
 статьи (МАН)
 литература основная и дополнительная
 словарь терминов

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 календарные планы
 учебные программы
 методические рекомендации  
 обсуждения

 Идеальные уроки-кейсы

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.