Закон отражающие свет

Отражение света. Закон отражения света. Полное отражение света

Некоторые законы физики трудно представить без использования наглядных пособий. Это не касается привычного всем света, попадающего на различные объекты. Так на границе, разделяющей две среды, происходит смена направления световых лучей в том случае, если эта граница намного превышает длину волны. При этом отражение света возникает, когда часть его энергии возвращается в первую среду. Если часть лучей проникает в другую среду, то происходит их преломление. В физике поток световой энергии, попадающий на границу двух различных сред, называется падающим, а тот, что от нее возвращается в первую среду, – отраженным. Именно взаимное расположение данных лучей определяет законы отражения и преломления света.

Угол между падающим лучом и перпендикулярной линией к границе раздела двух сред, восстановленной к точке падения потока световой энергии, называется углом падения. Существует еще один важный показатель. Это угол отражения. Он возникает между отраженным лучом и перпендикулярной линией, восстановленной к точке его падения. Свет может распространяться прямолинейно исключительно в однородной среде. Разные среды по-разному поглощают и отражают излучение света. Коэффициентом отражения называют величину, характеризующую отражательную способность вещества. Он показывает, сколько принесенной световым излучением на поверхность среды энергии составит та, которая унесется от нее отраженным излучением. Данный коэффициент зависит от целого множества факторов, одними из самых важных являются угол падения и состав излучения. Полное отражение света происходит тогда, когда он падает на предметы или вещества с отражающей поверхностью. Так, например, это случается при попадании лучей на тонкую пленку серебра и жидкой ртути, нанесенных на стекло. Полное отражение света на практике встречается довольно часто.

Законы отражения и преломления света были сформулированы Евклидом еще в ІІІ в. до н. э. Все они были установлены экспериментально и легко подтверждаются чисто геометрическим принципом Гюйгенса. Согласно ему любая точка среды, до которой доходит возмущение, представляет собой источник вторичных волн.

Первый закон отражения света: падающий и отражающий луч, а также перпендикулярная линия к границе раздела сред, восстановленная в точке падения светового луча, расположены в одной плоскости. На отражательную поверхность падает плоская волна, волновые поверхности которой являются полосками.

Другой закон гласит о том, что угол отражения света равен углу падения. Это происходит потому, что они имеют взаимно перпендикулярные стороны. Исходя из принципов равенства треугольников, следует, что угол падения равен углу отражения. Можно легко доказать, что они лежат в одной плоскости с перпендикулярной линией, восстановленной к границе раздела сред в точке падения луча. Эти важнейшие законы справедливы и для обратного хода света. Вследствие обратимости энергии луч, распространяющийся по пути отраженного, будет отражаться по пути падающего.

Свойства отражающих тел

Подавляющее большинство объектов только отражают падающее на них световое излучение. При этом они не являются источником света. Хорошо освещенные тела отлично видны с любых сторон, поскольку излучение от их поверхности отражается и рассеивается в разных направлениях. Это явление называются диффузным (рассеянным) отражением. Оно происходит при попадании света на любые шероховатые поверхности. Для определения пути отраженного от тела луча в точке его падения проводится плоскость, касающаяся поверхности. Затем по отношению к ней строят углы падения лучей и отражения.

Диффузное отражение

Только благодаря существованию рассеянного (диффузного) отражения световой энергии мы различаем предметы, не способные испускать свет. Любое тело будет абсолютно невидимым для нас, если рассеивание лучей будет равно нулю.

Диффузное отражение световой энергии не вызывает у человека неприятных ощущений в глазах. Это происходит от того, что не весь свет возвращается в первоначальную среду. Так от снега отражается около 85% излучения, от белой бумаги – 75%, ну а от велюра черного цвета – всего 0,5%. При отражении света от различных шероховатых поверхностей лучи направляются хаотично по отношению друг к другу. В зависимости от того, в какой степени поверхности отражают световые лучи, их называют матовыми или зеркальными. Но все-таки эти понятия являются относительными. Одни и те же поверхности могут быть зеркальными и матовыми при различной длине волны падающего света. Поверхность, которая равномерно рассеивает лучи в разные стороны, считается абсолютно матовой. Хотя в природе таких объектов практически нет, к ним очень близки неглазурованный фарфор, снег, чертежная бумага.

Зеркальное отражение

Зеркальное отражение лучей света отличается от других видов тем, что при падении пучков энергии на гладкую поверхность под определенным углом они отражаются в одном направлении. Это явление знакомо всем, кто когда-то пользовался зеркалом под лучами света. В этом случае оно является отражающей поверхностью. К этому разряду относятся и другие тела. К зеркальным (отражающим) поверхностям можно отнести все оптически гладкие объекты, если размеры неоднородностей и неровностей на них составляют меньше 1 мкм (не превышают величину длины волны света). Для всех таких поверхностей действительны законы отражения света.

Отражение света от разных зеркальных поверхностей

В технике нередко используются зеркала с изогнутой отражающей поверхностью (сферические зеркала). Такие объекты представляют собой тела, имеющие форму сферического сегмента. Параллельность лучей в случае отражения света от таких поверхностей сильно нарушается. При этом существует два вида таких зеркал:

• вогнутые — отражают свет от внутренней поверхности сегмента сферы, их называют собирающими, поскольку параллельные лучи света после отражения от них собираются в одной точке;

• выпуклые — отражают свет от наружной поверхности, при этом параллельные лучи рассеиваются в стороны, именно поэтому выпуклые зеркала называют рассеивающими.

Варианты отражения световых лучей

Луч, падающий практически параллельно поверхности, только немного касается ее, а далее отражается под сильно тупым углом. Затем он продолжает путь по очень низкой траектории, максимально расположенной к поверхности. Луч, падающий практически отвесно, отражается под острым углом. При этом направление уже отраженного луча будет близко к пути падающего луча, что полностью соответствует физическим законам.

Преломление света

Отражение тесно связано с иными явлениями геометрической оптики, такими как преломление и полное внутреннее отражение. Зачастую свет проходит через границу между двумя средами. Преломлением света называют изменение направления оптического излучения. Оно происходит при прохождении его из одной среды в другую. Преломление света имеет две закономерности:

• луч, прошедший через границу между средами, расположен в плоскости, которая проходит через перпендикуляр к поверхности и падающий луч;

• угол падения и преломления связаны.

Преломление всегда сопровождается отражением света. Сумма энергий отраженного и преломленного пучков лучей равна энергии падающего луча. Их относительная интенсивность зависит от поляризации света в падающем пучке и угла падения. На законах преломления света основывается устройство многих оптических приборов.

fb.ru

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

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 S1 расположено 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.

av-physics.narod.ru

Закон отражения света

Презентация к уроку «Закон отражения света» для 8 класса. Цель урока: познакомиться с законом отражения света, с диффузным и зеркальным отражением; научиться строить изображения в плоском зеркале. К учебнику А.В. Перышкина, Е.М. Гутник. В презентации показан алгоритм поллучения изображений.

Просмотр содержимого документа
«Закон отражения света »

Закон отражения света.

Учитель физики: Карпова Татьяна Анатольевна

МКУ СОШ № 9 г. Нижнеудинск

  • с законом отражения света;
  • с диффузным и зеркальным отражением;
  • применять закон отражения для построения изображения в плоском зеркале
  • Что такое свет? Виды источников света.
  • Что такое луч света?
  • В чем состоит закон прямолинейного распространения света?
  • Какое явление является доказательством прямолинейного распространения света?
  • Что такое тень? полутень? При каких условиях наблюдается тень? полутень?
  • Точечный и протяженный источник света.
  • Солнечные и лунные затмения. Причина.
  • Попадая в глаз человека,

    свет вызывает зрительные ощущения, но это не значит, что свет можно видеть.

    Можно ли видеть свет?

    Виден не сам свет,

    а отражающие и рассеивающие его частицы пыли.

    Хорошей отражательной способностью обладает зеркало (90% световой энергии)

    Закон отражения был открыт древнегреческим ученым Евклидом

  • SO— падающий луч
  • OB– отраженный луч
  • ОC– перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча
  • α– угол падения ( угол между падающим лучом и перпендикуляром восстановленным в точке падения луча)
  • β– угол отражения (угол между O В и О C )
  • Закон отражения света

    Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча лежат в одной плоскости; угол падения равен углу отражения.

    Свойство световых лучей

    луч, идущий по пути отраженного луча, отражается затем по пути падающего.

    Изобразить падающий луч

    2. Восстановить перпендикуляр в точке падения луча

    Алгоритм применения закона

    3. Показать угол падения

    4. Применить закон отражения света α= γ

    5. Изобразить отраженный луч

    Построение изображения в зеркале

  • плоская поверхность, зеркально отражающая свет.
  • Мнимое
  • Прямое
  • Равное по размеру самому предмету
  • Находится на таком же расстоянии за зеркалом, на каком предмет перед зеркалом
  • «Кинь лед зебре, бобер, бездельник»

    Всегда меняет правое на левое и наоборот

    Каждая точка поверхности отражает свет только в «своем» направлении

  • Перископ – оптический прибор, служащий для наблюдения из танков, подводных лодок и различных укрытий
  • Применение плоского зеркала

  • Можно ли видеть свет?
  • Сформулировать закон отражения. Когда и кем он был открыт?
  • Какой угол называют углом падения?
  • Какой угол называют углом отражения?
  • Какое свойство называют обратимостью световых лучей?
  • Почему тени даже при одном источнике света никогда не бывают совершенно темными?
    • В глаз человека попадают лучи света, отраженные от тел, окружающих предмет, на который падала тень.
    • 2. Почему в комнате светло и тогда когда прямые солнечные лучи в ее окна не попадают?

      • Через окна в комнату попадают лучи, отраженные от домов, деревьев, а также рассеянный свет
      • 3 . Почему одни обои кажутся светлыми, а другие при том же освещении более темными?

      • Светлые обои отражают больше света, темные обои – больше поглощают
      • 4. Почему пучки света автомобильных фар видны в тумане, в пыльном воздухе?

      • Пучки света отражаются и рассеиваются частичками воды (из которых состоит туман) и пыли
      • 5. Почему лица фехтовальщика, смотрящего через частую сетку, мы не видим, а он видит хорошо?

      • Свет отражается и рассеивается металлической защитной сеткой и лица спортсмена нам не видно. Сам фехтовальщик видит т.к. через сетку свет попадает в глаза
      • 6. Для чего при съёмках внутри зданий фотографы применяют белые экраны?

        7. Являетесь ли вы источником света? Какого?

        Дневное лунное небо в отличие от земного черного цвета. Это явление следствие того, что на Луне:

      • нет океанов, отражающих солнечный свет;
      • очень холодно;
      • нет атмосферы;
      • почва черного неба;
      • днем жарко
      • Почему голубоватый дым сигареты становится светлым при его выдыхании курильщиком?

      • Голубоватый химический компонент поглощается в легких.
      • Дым охлаждается при выдыхании и становится беловатым.
      • Полость рта изменяет химический состав дыма.
      • Капли воды из полости рта образуют крупные частицы, объединяясь с молекулами дыма, рассеивая белый свет.
      • Среди ответов нет правильного.
      • Изображение в плоском зеркале всегда:

      • меньше предмета;
      • больше предмета;
      • дальше от зеркала, чем предмет;
      • ближе к зеркалу, чем предмет;
      • Человек находится от зеркала на расстоянии 5 м. На сколько метров изменится расстояние между ним и его изображением, если человек приблизится к зеркалу на 2 м?

      • Увеличится на 3 м.
      • Уменьшится на 2 м.
      • Увеличится на 2 м.
      • Уменьшится на 3 м.
      • среди ответов нет правильного.
      • Человек движется к зеркалу со скоростью 1 м/с. Его изображение приближается к нему со скоростью:

        • 1 м/с;
        • 2 м/с;
        • 4 м/с;
        • 0,5 м/с;
        • среди ответов нет правильного
        • Постройте изображение в плоском зеркале

        • Определить минимальный размер зеркала, которое следует повесить на вертикальной стене. Где должен быть его верхний край, чтобы человек видел себя в нем в полный рост, находясь от него на любом расстоянии? Рост человека h .
        • § 63-64 прочитать
        • Вопросы устно
        • Упр. 30 (3)
        • Упр. 31 (2)

        kopilkaurokov.ru