Сообщение о зеркалах по физике 8 класс
Обновлено: 05.07.2024
Плоское зеркало — это незаменимый предмет домашнего и рабочего обихода. Но такие зеркала также являются очень важными оптическими деталями, которые применяются в конструкциях фото- и киноаппаратов, телескопов, лазеров и других оптических приборах. Рассмотрим физические характеристики этого вида зеркал.
Что такое зеркало с точки зрения физики
Оптическим зеркалом называется тело, обладающее полированной поверхностью правильной формы, способной отражать световые лучи с соблюдением равенства углов падения и отражения, и образующее оптические изображения предметов (в том числе источников света).
Рис. 1. Примеры различных зеркал.
Различают зеркала трех видов — плоские, выпуклые и вогнутые. Качество зеркала тем выше, чем ближе его форма и гладкость поверхности к идеальной. Микронеровности (шероховатости) отражающих поверхностей должны быть малы по сравнению с длиной падающей световой волны.
Основным свойством плоских зеркал является их способность отражать свет без каких-либо искажений и воспроизводить натуральные изображения, и размеры предметов.
История изготовления зеркал насчитывает много веков. Изначально их делали из металлов: серебра, меди, бронзы. Позднее, в XIII веке, появилась технология стеклянных зеркал, которые стали покрывать тонким слоем олова. В настоящее время эта технология усовершенствована с помощью использования высококачественных видов стекла и напыления (нанесения) разных отражающих металлов (серебра, алюминия и др.).
Как возникает изображение в плоском зеркале
Оптическое изображение — это визуализация (картинка), которая получается после прохождения световых лучей через оптическую систему от объекта.
Рис. 2. Мнимое изображение от точечного источника в плоском зеркале.
Представим себе точечный источник света S (свечу или маленькую светодиодную лампочку), стоящий перед зеркалом. Рассмотрим три луча, падающих на зеркало: SA, SB, и SC. С помощью закона отражения света можно построить отраженные лучи AA1, BB1 и СС1. Эти лучи будут расходящимися. Если продолжить эти лучи в противоположном направлении, то они пересекутся в одной точке S1, расположенной за зеркалом. Как будто эти лучи вышли из точки S1, хотя, на самом деле, источника света в этой точке нет. В связи с этим точка S1 называется мнимым (кажущимся) изображением точки S.
Это изображение является мнимым, так как оно образуется не пересечением самих отраженных лучей, а их пересечением в “зазеркалье”.
Действительное изображение получается, когда после всех преломлений и отражений световые лучи, вышедшие из одной точки объекта, собираются в одну точку. Действительное изображение создают оптические приборы (фотоаппараты, кинопроекторы), в которых применяются собирающие линзы.
Наряду с плоским зеркалом мнимое изображение получается с помощью биноклей и микроскопов.
Какой размер у изображения в плоском зеркале?
Ответ на этот вопрос дает простой эксперимент. Если взять кусок плоского, гладкого стекла, и установить его вертикально, то получится зеркало, через которое можно будет наблюдать предметы за ним, так как часть света будет проходить сквозь стекло, а часть отражаться.
Рис. 3. Размер мнимого изображения в плоском зеркале.
Перед стеклом ставится зажженная свеча. В стекле появляется ее изображение. За стеклом, где мы наблюдаем изображение, ставится еще одна, точно такая же, но незажженная свеча. Если эту свечу поместить в точку, где находится изображение, то она окажется как будто зажженной. Следовательно, реальная, потушенная свеча попала точно на место мнимого изображения.
Измерив два расстояния до стекла — от свечи и от ее изображения, мы убедимся, что они равны. Поскольку размеры свеч равны друг другу, то это означает, что размер изображения в плоском зеркале равен размеру исходного предмета.
Следовательно, при отражении не происходит ни уменьшения, ни увеличения плоским зеркалом размеров объектов.
Посмотрите на себя в обычное, домашнее зеркало. Помахав себе правой рукой, вы увидите, что ваше отражение машет левой рукой. Мало того — ваше правое ухо в зеркале стало “левым” и т.д. При этом в вертикальном направлении отражение все оставило на своих местах. Таким образом, в зеркале мы видим не точную копию предмета, а его зеркально-симметричное отражение.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что зеркала бывают плоскими, выпуклыми и вогнутыми. Плоское зеркало отражает падающий свет практически без искажений и формирует изображения предметов, не отличающиеся от исходных. Мнимое изображение в зеркале располагается симметрично относительно зеркальной поверхности.
Плоское зеркало представляет собой простейшее способное создавать изображение предмета оптическое устройство. Получаемое с помощью него изображение некоторого объекта формируется за счет отражаемых от зеркальной поверхности лучей.
Рисунок 3 . 2 . 1 . Ход лучей при отражении от плоского зеркала. Точка S ' является мнимым изображением точки S .
Мнимое изображение предмета расположено симметрично относительно плоскости зеркальной поверхности вследствие закона отражения света. Размер изображения эквивалентен размеру отражаемого объекта.
Виды зеркал
Обладающую формой сферического сегмента зеркально отражающую поверхность называют сферическим зеркалом.
Оптическим центром зеркала называют использованный в процессе вырезания в качестве необходимого материала центр сферы.
Полюсом является вершина сферического сегмента.
Проходящая через оптический центр и полюс зеркала прямая, называется главной оптической осью сферического зеркала.
Главная оптическая ось выделена из всех других проходящих через оптический центр прямых только тем, что она является осью симметрии зеркала.
Сферические зеркала делятся на вогнутые и выпуклые.
Если на вогнутое сферическое зеркало падает параллельный главной оптической оси пучок лучей, то, отразившись от зеркала, лучи пересекутся в точке, которая носит название главного фокуса F зеркала.
Типы изображений в зеркалах
Расстояние от фокуса до полюса зеркала называют фокусным расстоянием. Оно, как главный фокус, обозначается буквой F .
У вогнутого сферического зеркала главный фокус является действительным. Он расположен в середине между центром и полюсом зеркала, как это проиллюстрировано на рисунке зеркала 3 . 2 . 2 .
Рисунок 3 . 2 . 2 . Отражение параллельного пучка лучей от вогнутого сферического зеркала. Точки O – оптический центр, P – полюс, F – главный фокус зеркала; O P – главная оптическая ось, R – радиус кривизны зеркала.
Стоит учитывать, что отраженные лучи пересекаются примерно в одной точке только тогда, когда падающий параллельный пучок, так называемый параксиальный пучок, достаточно узок.
Главный фокус выпуклого зеркала мнимый. В случае, если на выпуклое зеркало падает параллельный главной оптической оси пучок лучей, то, отразившись в фокусе, пересекаются продолжения лучей (рисунок 3 . 2 . 3 ).
Рисунок 3 . 2 . 3 . Отражение параллельного пучка лучей от выпуклого зеркала. F – мнимый фокус зеркала, O – оптический центр, O P – главная оптическая ось.
Фокусные расстояния сферических зеркал характеризуются определенным знаком: в случае вогнутого зеркала F = R 2 , выпуклого же – F = - R 2 , где R представляет собой радиус кривизны зеркала.
Изображение каждой конкретной точки A предмета в сферическом зеркале может быть построено благодаря любой паре стандартных лучей:
- Луч A O C , который проходит сквозь оптический центр зеркала. Отраженный луч C O A идет по этой же прямой;
- Луч A F D , проходящий через фокус зеркала. Отраженный луч параллелен главной оптической оси;
- Луч A P , падающий на полюс зеркала. Отраженный луч относительно главной оптической оси симметричен с падающим.
- Параллельный главной оптической оси луч A E . Отраженный луч E F A 1 проходит через принадлежащий зеркалу фокус.
Приведенные в списке выше стандартные лучи на рисунке 3 . 2 . 4 проиллюстрированы для случая вогнутого зеркала. Данные лучи проходят через являющуюся изображением точки A точку A ' . Оставшиеся отраженные лучи тоже проходят через точку A ' .
Такой ход лучей, при котором все вышедшие из одной точки лучи пересекаются в другой точке, называется стигматическим.
Отрезок A ' B ' представляет собой изображение объекта A B . Аналогичны построения и для случая с выпуклым зеркалом.
Рисунок 3 . 2 . 4 . Построение изображения в вогнутом сферическом зеркале.
С помощью формулы сферического зеркала могут быть определены размер и положение изображения объекта:
В данном соотношении d играет роль расстояния от предмета до зеркала, а f представляет собой расстояние от зеркала до изображения. Величины d и f подчиняются определенному правилу знаков:
- d > 0 и f > 0 – для действительных изображений и предметов;
- d 0 и f 0 – для мнимых изображений и предметов.
Для проиллюстрированного на рисунке 3 . 2 . 4 случая мы имеем: F > 0 , то есть зеркало вогнутое; d = 3 F > 0 (действительный предмет).
Из формулы сферического зеркала получаем: f = 3 2 F > 0 , соответственно, изображение является действительным.
Если вместо вогнутого зеркала взять выпуклое, с аналогичным по модулю фокусным расстоянием, мы получим приведенный ниже результат:
F 0 , d = – 3 F > 0 , f = 3 4 F 0 – изображение мнимое.
Величина линейного увеличения, принадлежащая сферическому зеркалу, может быть определена в виде отношения линейных размеров предмета h и изображения h ' .
В зависимости от того, является ли изображение перевернутым или прямым, h ' приписывают определенный знак, ( h ' 0 ) минус в первом случае и плюс во втором ( h ' > 0 ) . Величина h всегда считается положительной. В случае подобного определения линейное увеличение сферического зеркала выражается в виде формулы, легко получаемой из рисунка 3 . 2 . 4 :
В первом из рассмотренных ранее примеров Г = - 1 2 0 – соответственно, изображение является перевернутым, уменьшенным в 2 раза. Во втором Г = 1 4 > 0 – то есть изображение прямое и уменьшенное в 4 раза.
Обычное плоское зеркало, которое висит в каждой квартире, с точки зрения физики является простейшим оптическим устройством, способным воспроизводить изображения предметов. Изображение создается лучами света, отраженными от зеркальной поверхности. Иначе говоря, свет, попадая на зеркало, не проходит внутрь него, а отражается и уходит в другую сторону.
Давным-давно стало известно, что свет распространяется по прямой линии, если ему ничего не встречается на пути. А вот если по дороге попадется зеркало, то свет упадет на него под углом к поверхности. Угол этот принято отсчитывать от перпендикуляра к поверхности в точке падения луча. Тогда оказывается, что угол падения 0а (фита) равен углу отражения 02. Это закон отражения света.
Благодаря этому закону мы, глядя в зеркало на предмет (источник света), видим неискаженное его изображение.
Совсем другие изображения получаются в кривых зеркалах, где лучи уже не будут отражаться параллельно друг другу. Но и им нашлось применение. Огромное вогнутое зеркало телескопа-рефлектора позволяет сфокусировать свет далеких звезд. Выгнутое зеркало заднего вида в автомобиле расширяет обзор водителю. Кривые зеркала в комнате смеха превращают человека в карикатуру на самого себя.
Закону отражения подчиняется не только свет. Радиоволны, рентгеновские лучи, как, впрочем, и любые электромагнитные волны, ведут себя так же. Именно потому огромные радиоантенны и спутниковые телевизионные антенны имеют вогнутую форму. Это делается для того, чтобы фокусировать сигнал падающих на антенну волн.
На этом уроке мы поговорим о том, как образуется отражение в зеркале и как отличить плоское зеркало от кривого.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Плоское зеркало"
Сегодня мы поговорим о плоском зеркале. Не трудно догадаться, что плоское зеркало — это поверхность, которая зеркально отражает свет.
Все мы много раз видели зеркала. В зеркале образуется точная копия реального предмета.
Также, мы знаем, что чем дальше мы от зеркала, тем дальше изображение. Но как получается так, что в зеркале образуется изображение, которое как будто находится за зеркалом? Зная закон отражения света, который мы изучили на прошлом уроке, понять это довольно легко. Рассмотрим простой пример. На рисунке вы видите плоское зеркало и источник света, который традиционно обозначается буквой S.
Этот источник испускает лучи света, которые падают на зеркало. Угол падения равен углу отражения. Как строить отражённые лучи, мы уже научились. Итак, лучи света падают на зеркало от источника света и, отражаясь, попадают нам в глаза. А теперь, давайте продолжим все отражённые лучи за зеркало. Если мы внимательно и аккуратно начертим все линии, то они обязательно сойдутся в одной точке. Эта точка называется мнимым изображением точки S. То есть, эти лучи попадают в глаз, как будто исходя из мнимого источника света, который мы обозначим S1. Точки S и S1 будут находиться на прямой перпендикулярной зеркалу. Это очевидно, потому что луч SO отражается от зеркала под углом 0 o (то есть падает перпендикулярно плоскости зеркала). Рассмотрим два треугольника, образованные первыми двумя лучами и их мнимыми изображениями. У треугольников есть общая сторона. Оба треугольника прямоугольные, потому что прямая SS1 перпендикулярна зеркалу. Так как угол падения равен углу отражения, мы легко можем доказать, что угол SO1O равен углу S1O1O. Тогда получается, что у обоих треугольников есть общая сторона и два прилежащих к ней угла равны. Это признак равенства треугольников, значит, треугольники равны. Точно таким же способом можно доказать равенства остальных треугольников. А раз все эти треугольники равны, значит, мнимые изображения располагаются за зеркалом на том же расстоянии, на котором реальные предметы находятся от зеркала.
Равенство этих треугольников также доказывает, что и высота мнимого изображения равна высоте реальных предметов перед зеркалом. То есть, размеры предметов сохраняются. Но всё равно, у зеркального изображения есть одно отличие, как вы знаете. Оно путает право и лево. То есть, в зеркале, правая сторона изображения кажется левой. В этом нет ничего удивительного: ведь если вы и ваш друг стоите напротив друг друга, то напротив вашей правой руки находится его левая рука.
Ну, в общем-то, вы итак всё знаете про зеркало, но сегодня мы ещё и объяснили, как и почему образуется зеркальное отражение.
Ну а теперь, как мы и договаривались, продолжим игру в сталкера. Сегодня у него совсем простая задача: нужно найти настоящее плоское зеркало среди фальшивых.
На рисунке вы видите два зеркала, в каждом из которых отражается сталкер. Но ни одно из них не является настоящим. Во-первых, плоское зеркало должно сохранять размер. Во-вторых, расстояние от объекта до зеркала должно быть равно расстоянию на котором располагаются мнимые изображения за зеркалом.
Идем дальше. Здесь мы видим зеркало, где и высота и расстояние до зеркала одинаковы как для реального объекта, так и для мнимого изображения.
Но, дело в том, что отражение искажено, поэтому здесь мы имеем дело с кривым зеркалом. Наконец, последнее зеркало является настоящим плоским зеркалом по трём причинам: расстояние от объекта до зеркала равно расстоянию, на котором мнимый объект располагается за зеркалом. Высота объекта равна высоте мнимого изображения. Мнимое изображение является точной копией реального объекта.
Читайте также: