Закон отражения света

Физика8 класс

§ 65. Отражение света. Закон отражения света

Вам уже известно, что свет от источника или от освещенного тела воспринимается человеком, если лучи света попадают в глаза. Как будет вести себя свет, если на его пути имеется преграда? Чтобы узнать это, проделаем следующий опыт.

От источника S направим через щель пучок света на экран. Экран будет освещен, но между источником и экраном мы ничего не увидим (рис. 134, а). Теперь между источником и экраном разместим какой-либо предмет: руку, листок бумаги. В этом случае излучение, достигнув поверхности предмета, отражается, изменяет своё направление и попадает в наши глаза, т. е. он становится виден.

Рис. 134. Падение лучей света на экран

Если запылить воздух между экраном и источником света, то становится видимым весь пучок света (рис. 134, б). Пылинки отражают свет и направляют его в глаза наблюдателя.

Это явление часто наблюдается, когда лучи солнца проникают в запылённый воздух комнаты.

Известно, что в солнечный день при помощи зеркала можно получить световой «зайчик» на стене, полу, потолке. Объясняется это тем, что пучок света, падая на зеркало, отражается от него, т. е. изменяет своё направление. Световой «зайчик» — это след отражённого пучка света на каком-либо экране. На рисунке 135 показано отражение света от зеркальной поверхности.

Рис. 135. Отражение света от зеркальной поверхности

Линия MN — поверхность раздела двух сред (воздух, зеркало). На эту поверхность из точки S падает пучок света. Его направление задано лучом SO. Направление отражённого пучка показано лучом ОВ. Луч SO — падающий луч, луч ОВ — отражённый луч. Из точки падения луча О проведён перпендикуляр ОС к поверхности MN. Угол SOC, образованный падающим лучом SO и перпендикуляром, называется углом падения (α). Угол СОВ, образованный тем же перпендикуляром ОС и отражённым лучом, называется углом отражения (β).

При изменении угла падения луча будет меняться и угол отражения. Это явление удобно наблюдать на специальном приборе (рис. 136). Прибор представляет собой диск на подставке. На диск нанесена круговая шкала с ценой деления 10°. По краю диска можно передвигать осветитель, дающий узкий пучок света. Закрепим в центре диска зеркальную пластинку и направим на неё пучок света (см. рис. 136).

Рис. 136. Прибор для наблюдения изменения угла падения света

Читайте так же:  Делаем абажур из обычных банок

Если пучок света падает под углом 45°, то под таким же углом он и отражается от зеркала. Передвигая осветитель по краю диска, будем менять угол падения луча и каждый раз отмечать соответствующий ему угол отражения. Во всех случаях угол отражения равен углу падения луча. При этом лучи отражённый и падающий лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведённым к зеркалу в точке падения луча. Таким образом, отражение света происходит по следующему закону: лучи падающий и отражённый лежат в одной плоскости с перпендикуляром, проведённым к границе раздела двух сред в точке падения луча.

Угол падения α равен углу отражения β.

∠ α = ∠ β.

Если луч падает на зеркало в направлении ВО (см. рис. 135), то отражённый луч пойдёт в направлении OS. Следовательно, падающий и отражённый лучи могут меняться местами. Это свойство лучей (падающего и отражённого) называется обратимостью световых лучей.

Всякая незеркальная, т. е. шероховатая, негладкая, поверхность рассеивает свет, так как на ней имеются небольшие выступы и углубления.

Такую поверхность можно представить в виде целого ряда малых плоских поверхностей, расположенных под разными углами друг к другу. Поэтому падающий на такую поверхность свет отражается по разным направлениям.

Вопросы

  1. Пользуясь рисунком 135, расскажите содержание опытов, на основании которых были установлены законы отражения света.
  2. Какой угол называют углом падения; углом отражения?
  3. Сформулируйте законы отражения света.
  4. Какое свойство лучей называется обратимостью?

Упражнение 45

  1. Угол падения луча на зеркало равен 45°. Начертите отражённый луч. На этом же чертеже покажите расположение лучей для случая, когда угол падения равен 60°.
  2. Угол падения луча на зеркало равен 0°. Чему равен угол отражения?
  3. Перечертите в тетрадь рисунок 137. Постройте для каждого случая положение отражённого или падающего луча.

    Рис. 137

  4. Высота солнца такова, что его лучи составляют с горизонтом угол 40°. Сделайте чертёж (рис. 138) и покажите на нём, как нужно расположить зеркало АВ, чтобы «зайчик» попал на дно колодца.

    Рис. 138

Отношение синусов углов падения и преломления равно обратному отношению показателей преломления

sinn2

sinn1

Представляет интерес прохождения луча
света через трёхгранную призму. При
этом, в любом случае наблюдается
отклонение луча после прохождения через
призму от первоначального направления:

У различных прозрачных тел показатель
преломления различен. У газов он очень
мало отличается от единицы. С повышением
давления он возрастает, следовательно,
показатель преломления газов зависит
и от температуры. Вспомним, что если
смотреть на отдалённые предметы сквозь
горячий воздух, поднимающийся от костра,
то видим, что всё, что вдали выглядит
как колышащееся марево. У жидкостей
показатель преломления зависит не
только от самой жидкости, но и от
концентрации растворённых в ней веществ.
Ниже приводится небольшая таблица
показателей преломления некоторых
веществ.

Читайте так же:  Взрывозащищенные светильники

вещество

n

воздух

1,0028

вода

1,33

стекло

1,5 – 2,1

алмаз

2,4

Падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр, проведённый к точке падения, лежат в одной плоскости.

Следует отметить, что изображение,
которое мы видим по ту сторону зеркала,
создано не самими лучами, а их мысленным
продолжением. Такое изображение
называется мнимым.Его глазом видно,
но на экране его невозможно получить,
так как оно создано не лучами, а их
мысленным продолжением.

При отражении также соблюдается принцип
наименьшего времени распространения
света. Для того, чтобы попасть после
отражения в глаз наблюдателя, свет
должен прийти именно тот путь, который
указывает ему закон отражения. Именно
распространяясь по такому пути, свет
на свой путь потратит наименьшее время
из всех возможных вариантов.

Полное внутреннее отражение света.

Волоконная
оптика

Следует отметить, что световой луч,
распространяясь в пространстве, обладает
свойством обратимости. Это значит, что
по какому пути луч распространяется
от источника в пространстве, по такому
же пути он пойдёт обратно, если источник
и точку наблюдения поменять местами.

Представим себе, что луч света
распространяется из оптически более
плотной среды в оптически менее плотную.
Тогда, по закону преломления, он при
преломлении должен выйти, отклонившись
от перпендикуляра. Рассмотрим лучи,
исходящие от точечного источника света,
находящегося в оптически более плотной
среде, например, в воде.

Из данного рисунка видно, что первый
луч падает на поверхность раздела
перпендикулярно. При этом луч от
первоначального направления не
отклоняется. Часто его энергии отражается
от границы раздела и возвращается на
источник. Остальная часть его энергии
выходит наружу. Остальные лучи частично
отражаются, частично выходят наружу.
При увеличении угла падения растёт
соответственно и угол преломления, что
соответствует закону преломления. Но
когда угол падения принимает такое
значение, что, согласно закону преломления,
угол выхода луча должен составить 90
градусов, то луч на поверхность вообще
не выйдет: все 100% энергии луча отразятся
от границы раздела. Все остальные лучи,
падающие на поверхность раздела под
углом, большим, чем этот, будут полностью
отражены от поверхности раздела. Этот
угол называется предельным углом,
а явление называетсяполным внутренним
отражением.
То есть, поверхность
раздела в данном случае выступает как
идеальное зеркало. Значение предельного
угла для границы с вакуумом или воздухом
можно подсчитать по формуле:

Sinпр
= 1/
nЗдесьn– показатель преломления более плотной
среды.

Читайте так же:  Прямая подсветка Direct-LED с локальным затемнением и без него

Закон отражения света

Явление полного внутреннего отражения
широко используется в различных
оптических приборах. В частности,
используется в приборе для определения
концентрации растворённых веществ в
воде (рефрактометр). Там измеряется
предельный угол полного внутреннего
отражения, по которому определяется
показатель преломления и потом по
таблице определяют концентрацию
растворённых веществ.

Особенно ярко проявляется явление
полного внутреннего отражения в
волоконной оптике. Ниже на рисунке
изображено одно стекловолокно в разрезе:

Закон отражения света

Возьмём тонкое стеклянное волокно и в
один из торцов запустим луч света.
Поскольку волокно очень тонкое, то любой
луч, вошедший в торец волокна, будет
падать на его боковую поверхность под
углом, значительно превышающий предельный
угол и будет полностью отражён. Таким
образом, вошедший луч будет многократно
отражаться от боковой поверхности и
выйдет из противоположного конца
практически без потерь. Внешне это будет
выглядеть так, как будто противоположный
торец волокна ярко светится. К тому же
совсем необязательно, чтобы стекловолокно
было прямолинейным. Оно может изгибаться
как угодно, причём, никакие изгибы не
повлияют распространению света по
волокну.

В связи с этим, учёным пришла идея: а
что, если взять не одно волокно, а целый
их пучок. Но при этом надо, чтобы все
волокна в жгуте находились в строгом
взаимном порядке и на обеих сторонах
жгута торцы всех волокон находились в
одной плоскости. И если при этом на один
торец жгута с помощью линзы подать
изображение, то каждое волокно в
отдельности передаст на противоположный
торец жгута одну маленькую частичку
изображения. Все вместе волокна на
противоположном торце жгута воспроизведут
то же самое изображение, что было создано
линзой. Причём, изображение будет в
естественном свете. Таким образом, был
создан прибор, названный позже
фиброгастроскопом. Этим прибором
можно осмотреть внутреннюю поверхность
желудка, не производя оперативного
вмешательства. Фиброгастроскоп вводят
через пищевод в желудок и осматривают
внутреннюю поверхность желудка. В
принципе, данным прибором можно осмотреть
не только желудок, но и другие органы
изнутри. Данный прибор используется не
только в медицине, но и в различных
областях техники для осмотра недоступных
областей. И при этом сам жгут может иметь
всевозможные изгибы, которые при этом
никак не влияют на качество изображения.
Единственный недостаток данного прибора
– это растровая структура изображения:
то есть изображение состоит из отдельных
точек. Для того, чтобы изображение было
более чётким, нужно иметь ещё большее
количество стекловолокон, причём они
должны быть ещё более тонкими. А это
значительно увеличивает стоимость
прибора. Но с дальнейшим развитием
технических возможностей данная проблема
вскоре будет решена.

Список источников

  • as6400825.ru
  • StudFiles.net
Ссылка на основную публикацию