Зеркало: предмет и его продолжение
Меняй расстояние предмета и угол. Сравни реальные лучи с пунктирными продолжениями.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Плоское идеальное зеркало. Два луча симметричны; пунктирные продолжения за зеркалом сходятся в мнимом изображении.
Лучи и границы применимости
В однородной прозрачной среде световые лучи прямолинейны. Луч обозначает направление переноса энергии, а не тонкую материальную нить. Такое описание удобно, если размеры деталей значительно больше длины волны и дифракцией можно пренебречь.
На границе сред часть света обычно отражается, часть проходит и преломляется. Гладкая поверхность даёт зеркальное отражение; шероховатая распределяет отражённый свет по многим направлениям. Закон отражения выполняется и на малых участках шероховатой поверхности.
| Поверхность | Что происходит с пучком |
|---|---|
| Гладкая | Параллельные лучи отражаются упорядоченно |
| Шероховатая | Разные местные нормали рассеивают пучок |
| Поглощающая | Часть энергии переходит во внутреннюю |
Геометрическая оптика описывает направления лучей при пренебрежимо малой дифракции.
Почему лист бумаги виден с разных сторон?
Его поверхность рассеивает свет. На разных участках нормали различаются, поэтому отражённые лучи идут к разным наблюдателям.
Закон отражения и нормаль
Падающий луч, отражённый луч и нормаль к поверхности в точке падения лежат в одной плоскости. Угол отражения равен углу падения. Оба угла отсчитываются от нормали, а не от поверхности.
Если луч образует с поверхностью угол 30°, угол падения равен 60°. При нормальном падении угол равен нулю и свет возвращается вдоль той же линии. Обратимость хода позволяет поменять направление распространения на противоположное.
Нормаль
Перпендикуляр к поверхности
Углы
α = β, от нормали
Обратный ход
Тот же геометрический путь
В законе отражения оба угла измеряют от нормали.
Луч составляет 20° с зеркалом. Каков угол отражения?
Угол падения от нормали равен 90° − 20° = 70°. Угол отражения также 70°.
Отражения в зеркальных поверхностях
Зеркальная поверхность формирует изображение упорядоченным отражением. Мнимую точку определяют по продолжениям отражённых лучей.
Basile Morin · CC BY-SA 4.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Отражение горы в спокойной воде
Спокойная поверхность воды даёт зеркальное отражение. Рябь меняет местные нормали и нарушает чёткую картину.
Oregon's Mt. Hood Territory. · Public domain · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Как возникает мнимое изображение
От каждой точки предмета к зеркалу идут лучи. После отражения они расходятся; глаз продолжает их назад по прямым и воспринимает источник в точке за зеркалом. В этой точке пересекаются продолжения лучей, а не сами лучи.
Изображение симметрично предмету относительно плоскости зеркала: расстояния до плоскости равны, размеры одинаковы, изображение прямое. Получить его на экране за зеркалом нельзя, потому что там не сходится реальный свет от предмета.
Точка предмета
Посылает свет к зеркалу
Отражённые лучи
Попадают в глаз
Продолжения назад
Пересекаются в мнимой точке
Плоское зеркало даёт прямое мнимое изображение того же размера на равном расстоянии за зеркалом.
Почему изображение кажется удалённым от поверхности?
Глаз определяет направление прихода лучей и воспринимает их продолжения как выходящие из точки за плоскостью зеркала.
Модель и задачи на перемещение
Передвигай предмет и меняй угол падающего луча. Сплошные отрезки показывают реальный ход света, пунктир за зеркалом — геометрическое продолжение. Их роли принципиально различны.
Если предмет находится в 0,80 м от неподвижного зеркала, расстояние между ним и изображением 1,60 м. При приближении предмета на 0,10 м изображение приближается к плоскости на 0,10 м, а расстояние между ними уменьшается на 0,20 м.
Поставить плоскость
Она делит отрезок предмет–изображение пополам
Отложить равное расстояние
Изображение находится за плоскостью
Сравнить перемещения
Оба расстояния до зеркала изменяются одинаково
Расстояние между предметом и его изображением в плоском зеркале равно удвоенному расстоянию до зеркала.
Меняет ли зеркало местами верх и низ?
Нет. Симметрия относительно плоскости меняет направление перпендикулярной координаты; привычное впечатление перестановки левого и правого связано со сравнением ориентаций.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 11 класс», § 17. Тема и содержание сверены с файлом «11 класс. Физика — § 17. Прямолинейное распространение и отражение света. Зеркала.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Размеры и цвета учебных схем условны; ограничения каждой модели указаны рядом.