Конспект урока: Закон отражения света. Построение изображения в зеркалах

Построение изображений в зеркалах. Применение плоских зеркал в технике

Рис. 1. Построение изображения в плоском зеркале

Рассмотрим ход лучей при их попадании на плоское зеркало.

На рисунке 1 изображено плоское зеркало З. На расстоянии h от зеркала находится точечный источник света S. На плоское зеркало падают лучи SO, SA и SB. Луч SO падает на зеркало под углом 90°, поэтому после отражения он вернётся к источнику света.

 

Луч SA падает на зеркало под углом $\alpha$ и отражается под углом $\beta$.

Согласно закону отражения света, эти углы будут равны $\alpha =\beta$. С помощью геометрических законов можно определить, что угол SAO равен углу OAS₁. Треугольники SAO и OAS₁ равны, так как имеют общий катет ОА и две пары равных углов. Следовательно, SO = OS₁ = h. Аналогичными рассуждениями можно доказать, что треугольники SВO и OВS₁ также равны. 

Получается, что любой отражённый луч будет проходить таким образом, что его продолжение будет проходить через точку S₁. Следовательно, продолжения всех отражённых от плоского зеркала лучей пересекаются в некоторой точке S₁, симметричной источнику относительно плоскости зеркала.
 

Данная точка лежит на продолжении перпендикуляра, проведённого из источника света к плоскости зеркала, на расстоянии, равном расстоянию между зеркалом и источником света.
 

Таким образом, наш глаз воспринимает точку S₁ как источник света, как источник лучей S₁А и S₁В, попадающих на зрачок. Понятно, что в точке S₁ находится лишь изображение источника света.

В нашем примере точка S₁ является мнимым изображением источника S.
 

Действительное изображение получается при прохождении светового луча через некоторые линзы, подробнее о построении таких лучей вы узнаете в последующих параграфах.
 

Если перед плоским зеркалом расположен реальный предмет, каждой его точке соответствует только одна точка его изображения. Из принципа обратимости световых лучей следует обратное утверждение: каждой точке изображения, полученного с помощью плоского зеркала, соответствует только одна точка реального предмета. Изображения, для которых справедливо данное утверждение, называются стигматичными или точечными.

Рис. 2. Устройство перископа

Положение мнимого изображения любого предмета в плоском зеркале определяется только положением плоского зеркала в пространстве.

Изображение, получаемое при отражении любого предмета в плоском зеркале, всегда обладает следующими свойствами:

• изображение точечного источника в плоском зеркале — точка, симметричная источнику относительно плоскости зеркала;
• изображение является прямым (не перевёрнутым);
• размеры изображения равны размерам реального предмета;
• изображение стигматично.

Плоские зеркала широко используются в технике. На рисунке 2 изображена схема перископа — оптического прибора для наблюдения из укрытия. Простейший перископ состоит из двух зеркал 1 и 2, расположенных в длинной трубе. Луч света, попадая в перископ, два раза отражается и попадает в глаза наблюдателю.

Рис. 3. Устройство уголкового отражателя

На рисунке 3 показано устройство простейшего уголкового отражателя. Такой прибор состоит из двух зеркал, расположенных под углом 90° друг к другу. Падающий луч отражается от двух зеркал таким образом, что луч, выходящий из отражателя, будет параллелен исходному лучу.

Уголковый отражатель, состоящий из трёх взаимно перпендикулярных зеркал, будет проецировать луч, направленный обратно к источнику.

Рис. 4. Катафот

 

Уголковые отражатели используют для возврата излучения к источнику света, например, в катафотах (рис. 4), а также для оценки расстояний: измерив время между испусканием светового луча и его возвращением, можно точно рассчитать расстояние, пройденное световой волной.

Итоги

• Точка пересечения продолжений световых лучей от источника света называется мнимым изображением этого источника.
• Точка пересечения световых лучей от источника называется действительным изображением этого источника.
• Изображение, получаемое при отражении любого предмета в плоском зеркале, всегда обладает следующими свойствами: изображение является прямым (не перевёрнутым); размеры изображения равны размерам реального предмета; изображение стигматично.