Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают»





Скачать 310.69 Kb.
НазваниеЗакон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают»
страница1/3
Дата публикации01.08.2015
Размер310.69 Kb.
ТипЗакон
100-bal.ru > Математика > Закон
  1   2   3
Горбанева Л.В.,

старший преподаватель

кафедры физики ДВГГУ

Геометрическая оптика
Геометрическая оптика изучает распространение световых лучей.

Световой луч – это геометрическая линия, которая в каждой своей точке перпендикулярна волновому фронту, проходящему через эту точку. Направление светового луча совпадает с направлением распространения света. Или, проще говоря, световой луч можно представить как просто узкие пучки света наподобие солнечных лучей.

В основе геометрической оптики лежат четыре основных закона.

1. Закон независимости световых лучей.

2. Закон прямолинейного распространения света.

3. Закон отражения света.

4. Закон преломления света.

Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» при решении задач.

Закон независимости световых лучей. Если световые лучи пересекаются, то они не оказывают никакого влияния друг на друга. Каждый луч освещает пространство так, как если бы других лучей вообще не было.

Закон прямолинейного распространения света. В прозрачной однородной среде световые лучи являются прямыми линиями.

Среда называется однородной, если её свойства не меняются от точки к точке. Примеры оптически однородных сред – равномерно прогретый воздух, чистая вода, стекло без примесей. В таких средах понятие светового луча можно рассматривать и описывать при решении задач как понятие луч в геометрии.

При нарушении однородности среды закон прямолинейного распространения света не работает. О том, как ведет себя луч на границе раздела двух сред, рассказывают законы отражения и преломления. О них мы поговорим позднее.

Рассмотрим как поведет себя луч, встретив непрозрачное препятствие.

Луч, идущий мимо предмета, продолжает распространяться в прежнем направлении – как если бы данного предмета вообще не было. Луч, попадающий на предмет, не проникает внутрь предмета. Дальнейший ход такого луча в прежнем направлении пресекается. Так возникает геометрическая тень.

Поскольку свет распространяется прямолинейно, форма геометрической тени оказывается подобной контуру предмета.

Так, на рис. 1а источник света мал по сравнению с предметом. На экране видна четкая тень. При больших размерах источника создаются нерезкие тени (рис. 1б).

Закон прямолинейного распространения света позволяет объяснить, как возникают солнечные и лунные затмения.

Солнечное затмение – астрономическое явление, которое заключается в том, что Луна закрывает (затмевает) полностью или частично Солнце от наблюдателя на Земле.

Тень Луны на земной поверхности не превышает в диаметре 270 км, поэтому солнечное затмение наблюдается только в узкой полосе на пути тени. Если наблюдатель находится в полосе тени, он видит полное солнечное затмение (рис. 2) при котором Луна полностью скрывает Солнце, небо темнеет, и на нём могут появиться планеты и яркие звёзды. Вокруг скрытого Луной солнечного диска можно наблюдать солнечную корону, которая при обычном ярком свете Солнца не видна. При наблюдении затмения неподвижным наземным наблюдателем полная фаза длится не более нескольких минут. Минимальная скорость движения лунной тени по земной поверхности составляет чуть более 1 км/с. Во время полного солнечного затмения космонавты, находящиеся на орбите, могут наблюдать на поверхности Земли бегущую тень от Луны.

Наблюдатели, находящиеся вблизи полосы полного затмения, могут видеть его как частное солнечное затмение. При частном затмении Луна проходит по диску Солнца не точно по центру, скрывая только его часть. При этом небо темнеет гораздо слабее, чем при полном затмении, звёзды не появляются. Частное затмение может наблюдаться на расстоянии порядка двух тысяч километров от зоны полного затмения.

Лунное затмение – затмение, которое наступает, когда Луна входит в конус тени, отбрасываемой Землёй (Рис. 3). Диаметр пятна тени Земли на расстоянии 363000 км (минимальное расстояние Луны от Земли) составляет около 2,5 диаметров Луны, поэтому Луна может быть затенена целиком.
Закон отражения света

Если световой луч попадает на границу раздела двух прозрачных сред, то он может разделиться на два луча: отражённый и преломлённый (рис.4), то есть луч изменяет направление своего хода.

При отражении он возвращается в исходную среду.

Рассмотрим явление отражения. На рисунке 5 угол AOC называется углом падения. Обратите внимание и запомните: угол падения отсчитывается от перпендикуляра к отражающей поверхности, а не от самой поверхности! Точно так же угол отражения – это угол BOC, образованный отражённым лучом и перпендикуляром к поверхности.

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.

Закон отражения один из самых древних законов физики. Он был известен грекам ещё в античности.http://optika8.narod.ru/images/zadacha4_1.jpg

Пример 1. Плоское зеркало АВ может вращаться вокруг горизонтальной оси О. Луч света падает на зеркало под углом α. На какой угол повернётся луч, если зеркало повернётся на угол β?

Решение. При повороте зеркала на угол β нормаль к зеркалу также повернётся на угол β, поэтому угол падения после поворота зеркала равен α+β, а угол между падающим и отраженным лучами равен 2(α+β). До поворота же зеркала угол между падающим и отраженным лучами был 2α. Следовательно, отраженный луч повернётся на угол γ=2(α+β)-2α=2β.http://optika8.narod.ru/images/zadacha4_2.jpg

 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. Неровной называют такую поверхность, у которой размеры её неровностей не меньше длины световых волн. В качестве примера на рисунке 6 показано отражение от неровной поверхности. Отражённые лучи идут в самых разных направлениях.

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. Само отражение от матовой поверхности называется поэтому рассеянным или диффузным.

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. 7).

Приблизительно зеркальной является гладкая поверхность воды, стекла или отполированного металла. Отражение от зеркальной поверхности называется соответственно зеркальным.

Частный случай зеркального отражения – отражение в плоском зеркале.

Плоским зеркалом называется часть плоскости, зеркально отражающая свет. Плоское зеркало – привычная вещь; таких зеркал несколько в вашем доме. Рассмотрим изображение предмета в плоском зеркале.

Пусть из светящейся точки S падают на зеркало MN расходящиеся лучи SО, SО1 и SO2. По закону отражения эти лучи отражаются под таким же углом: SO под углом 0°,  SO1  под углом β= α1,  SO2 под углом β= α2

В глаз попадает расходящийся пучок света. Если продолжить отраженные лучи за зеркало, то они сойдутся в точке S1. В глаз попадает расходящийся пучок света, как будто исходящий из точки S1. В действительности световые лучи не проходят сквозь зеркало. Нам только кажется, будто свет исходит от изображения, поскольку наш мозг воспринимает попадающий к нам в глаза свет как свет от источника, находящегося перед нами. Так как лучи в действительности не сходятся в изображении, поместив лист белой бумаги или фотоплёнку в то место, где находится изображение, мы не получим никакого изображения. Поэтому такое изображение называют мнимым. Его следует отличать от действительного изображения, через которое свет проходит и которое можно получить, поместив там, где оно находится, лист бумаги или фотоплёнку. Точки S и S1 симметричны относительно зеркала: SО = ОS1. Их изображение в плоском зеркале воображаемое, прямое (не обратное), одинаковое по размерам с предметом и расположено на таком же расстоянии от зеркала, что и сам предмет. Предмет и его изображение в зеркале представляют собой не тождественные, а симметричные фигуры. Например, зеркальное изображение левой руки представляет собой правую руку.

Пример 2. Сколько изображений получится от светящейся точки, находящийся между двумя плоскими зеркалами, расположенными под углом 45°.

Решение. Если между зеркалами 1 и 2 поместить светящуюся точку А0 , то выходящие из нее лучи будут падать на зеркала и, многократно отражаясь от них, давать мнимые изображения источников на своих продолжениях. Выполняя последовательно построения изображений точки А0 в зеркалах 1 и 2, найдем, что А1 является изображением точки А0 в зеркале 1, А2 и А3 являются изображениями точек А0 и А2 в зеркале 2, А4 и А5 являются изображениями точек А2 и А3 в зеркале 1 и, наконец, А7, и А0 являются изображениями точек А4 и А5 в зеркале 2. Все последующие изображения будут совпадать с ранее полученными. Таким образом, в зеркалах, установленных под углом 45°, получается семь изображений.http://optika8.narod.ru/images/zadacha4_3.jpg

Сферические зеркала

Отражающими поверхности не обязательно должны быть плоскими. Зеркала бывают сферическими, т. е. имеют форму сферического сегмента. Сферические зеркала бывают вогнутыми и выпуклыми. Сферическое вогнутое зеркало представляет собой тщательно отполированную шаровую поверхность. На рисунках далее точка О – центр сферической поверхности, которая образует зеркало. На рисунке 9 буквой С отмечен центр сферической зеркальной поверхности, точка О – вершина зеркала. Прямая линия СО, проходящая через центр зеркальной поверхности С и вершину зеркала О, называется оптической осью зеркала.

Пустим от фонаря на зеркало пучок лучей света, параллельных оптической оси зеркала. После отражения от зеркала лучи этого пучка соберутся в одной точке F, лежащей на оптической оси зеркала. Эта точка называется фокусом зеркала. Если источник света поместить в фокусе зеркала, то лучи отразятся от зеркала, как показано на рисунке 9. Расстояние OF от вершины зеркала до фокуса называется фокусным расстоянием зеркала, оно равно половине радиуса ОС сферической поверхности зеркала, то есть OF= 0,5 ОС.

Если приблизить к вогнутому зеркалу источник света (зажжённую свечу или электрическую лампу) настолько, чтобы в зеркале было видно его изображение, то поучается мнимое изображение (расположенное за зеркалом). По сравнению с предметом оно увеличенное и прямое. Если станем постепенно удалять источник света от зеркала, то при этом будет удаляться от зеркала и его изображение, размеры его будут увеличиваться, а затем мнимое изображение исчезнет. Но теперь изображение источника света можно получить на экране, расположенном перед зеркалом, то есть можно получить действительное изображение источника света.

Чем дальше будем отодвигать источник света от зеркала, тем ближе к зеркалу придётся располагать экран, чтобы получить на нём изображение источника. Размеры изображения при этом будут уменьшаться.

Все действительные изображения по отношению к предмету оказываются обратными (перевёрнутыми). Их размеры в зависимости от расстояния предмета до зеркала могут быть большими, меньшими, чем предмет, или равными размерам предмета (источника света) Таким образом, расположение и размеры изображения, получаемого с помощью вогнутого зеркала, зависят от положения предмета относительно зеркала.

Сферическое зеркало называется вогнутым, если отражающей поверхностью служит внутренняя сторона сферического сегмента, т. е. если центр зеркала находится от наблюдателя дальше его краёв. Если размеры вогнутого зеркала малы в сравнении с его радиусом кривизны, то есть на вогнутое сферическое зеркало падает пучок лучей, параллельный главной оптической оси, после отражения от зеркала лучи пересекутся в одной точке, которая называется главным фокусом зеркала F (рис. 9). Расстояние от фокуса до полюса зеркала называют фокусным расстоянием и обозначают той же буквой F. У вогнутого сферического зеркала главный фокус действительный. Он расположен посередине между центром и полюсом зеркала (центром сферической поверхности), значит фокусное расстояние: ОF = СF = R/2.

Чтобы построить изображение предмета в вогнутом зеркале, достаточно построить изображение двух крайних точек этого предмета. Изображения остальных точек расположатся между ними. На рисунке 10 предмет изображён в виде стрелки АВ. Построим изображение точки В в вогнутом зеркале. Для этого проведем из точки В два луча. Один параллельно оптической оси зеркала – после отражения он пройдет через фокус зеркала F. Другой луч проведем через фокус зеркала – отразившись от зеркала он пройдет параллельно оптической оси. В точке В` оба отраженных луча пересекутся. Эта точка и будет изображением точки В. Если провести еще один произвольный луч, проходящий через точку В и отразившийся от зеркала, то он также пересекается в точке В`. Так как точка А лежит на главной оптической оси. Луч, идущий через точку не отражается. Построив изображения точек А и В, получим изображение всего предмета А1В1. Предмет АВ находится за центром шаровой поверхности зеркала (за точкой О). Его изображение А1В1 оказалось между фокусом F и центром шаровой поверхности зеркала О. По отношению к предмету оно уменьшенное и перевёрнутое. Изображение А1В1действительное, так как отражённые от зеркала лучи действительно пересекаются в точках А1 и В1. Такое изображение можно получить на экране.

Сферическое зеркало называется выпуклым, если отражение происходит от внешней поверхности сферического сегмента, т. е. если центр зеркала находится к наблюдателю ближе, чем края зеркала (рис. 11). Если параллельный пучок лучей падает на выпуклое зеркало, то отраженные лучи рассеиваются, но их продолжение (пунктир) пересекаются в главном фокусе выпуклого зеркала. То есть главный фокус выпуклого зеркала является мнимым. Фокусным расстояниям сферических зеркал приписывается определенный знак, для выпуклого, где R – радиус кривизны зеркала: OF = CF = – R/2.
  1   2   3

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» iconПланирование по физике в 12 "А,Б" классе. Заочное обучение. I полугодие:...
Электромагнитная природа света. Закон прямолинейного распространения света. Скорость света. Закон отражения света
Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» iconМетодическая разработка урока физики с использованием информационных...
Задачи. — Познакомить учащихся с многообразием пресмыкающихся, их значением в природе и жизни человека, сформировать знания о характерных...
Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Познакомить учащихся с историей развития взглядов на природу света, привести их к выводу о законе прямолинейного распространения...
Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» iconУрок1 Тема урока Свет. Источники света. Прямолинейное распространение...
Научить определять условия образования тени и полутени на основе закона прямолинейного распространения света
Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» iconЦель урока: Формирование у учащихся представление о световых явлениях...
Свет. Источники света. Прямолинейное распространение света. Солнечные и лунные затмения
Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» iconТема «Отражение света»
Образовательная – сформировать понятие отражения света, раскрыть сущность законов отражения
Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» iconУрок по физике в 8-м классе на тему: "Свет. Источники света. Распространение света"
Обучающая: показать на конкретных примерах роль света в жизни человека; сформировать представление о естественных и искусственных...
Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Повторение закона преломления и отражения света и особенностей его распространения в средах разной оптической плотности
Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» iconПроектная работа
На тему: «Методика формирования понятий: световой луч, точечный источник света, действительное и мнимое изображение, законы отражения...
Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» iconПрограмма по формированию навыков безопасного поведения на дорогах...
Закон последствий: что посеешь, то и пожнёшь. Закон причины и следствия основной закон жизни
Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» icon1. Важнейшие понятия и законы химии
Закон сохранения массы веществ, закон сохранения и превращения энергии при химических реакциях
Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» iconТест по физике для 8 класса Тема: Источники света. Распространение света к
В трудах какого учёного были обнаружены первые высказывания о прямолинейном распространении света?
Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» iconУрок математики во 2 классе Учитель 2Б класса моу сош №19 Дубина...
Проверить выполняется ли сочетательный закон сложения. Формировать вычислительный навык, используя сочетательный закон сложения
Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» iconКонтрольная работа №2 «Механические колебания и волны. Звук»
«Законы Ньютона. Закон всемирного тяготения. Движение тела по окружности. Импульс тела. Закон сохранения импульса.»
Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» iconРеферат Тема: «Оптика и оптические явления»
Оптика – учение о природе света, световых явлениях и взаимодействии света с веществом. И почти вся ее история – это история поиска...
Закон независимости световых лучей. Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Закон преломления света. Рассмотрим по порядку эти законы, и посмотрим как они «работают» iconТемы вашего учебного проекта
Семь чудес света (или Семь чудес света Древнего Мира) — знаменитый список самых прославленных достопримечательностей античной культуры....


Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
100-bal.ru
Поиск