"Физика", Перышкин А.В.
Отражение света происходит, когда луч встречает границу сред и меняет направление, возвращаясь в прежнюю среду. Благодаря отражению мы видим предметы и можем использовать зеркала в оптических приборах. Чтобы предсказать направление луча, проводят перпендикуляр к поверхности в точке падения и измеряют углы от него. Главный закон прост: угол отражения равен углу падения. Он работает и для зеркальной поверхности, и для каждого участка шероховатой поверхности.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Отражение света — изменение направления распространения света при падении на границу раздела сред с возвращением света в прежнюю среду. Иными словами, свет не проходит дальше в другую среду, а возвращается. Это явление помогает объяснить, почему мы видим предметы и можем пользоваться зеркалами.
Падающий луч — луч, показывающий направление распространения света к отражающей поверхности. Стрелка на таком луче направлена к точке, где свет встречает поверхность. Это обозначение помогает отличить свет, который ещё не отразился, от света, уже изменившего направление.
Отражённый луч — луч, показывающий направление распространения света после отражения. Он начинается в точке падения и направлен от поверхности. Если указать стрелки на обоих лучах, становится ясно, какой из них падающий, а какой отражённый.
Угол падения и угол отражения — углы между соответствующими лучами и перпендикуляром к поверхности в точке падения. Угол падения образован падающим лучом, а угол отражения — отражённым. Эти обозначения нужны, чтобы точно сравнивать направление лучей и применять закон отражения.
Сначала отметь точку, в которой луч попадает на отражающую поверхность. Через неё проведи прямую, перпендикулярную поверхности, то есть образующую с ней угол 90°. Эта прямая называется перпендикуляром к поверхности, или нормалью. Отсчёт углов от нормали удобен тем, что он задаёт одинаковое направление для падающего и отражённого лучей; угол от поверхности был бы другим и дополнял бы нужный угол до 90°.
Падающий луч, отражённый луч и нормаль лежат в одной плоскости. Это можно представить как чертёж на одном листе: все три направления помещаются в его плоскости, а не уходят в разные стороны пространства. Такое правило позволяет строить отражение на обычной схеме и находить направление луча без трёхмерной модели.
Закон отражения света формулируется так: угол отражения равен углу падения. Оба угла измеряют от нормали, проведённой в точке падения, а не от самой поверхности. Поэтому, если угол падения обозначить i, угол отражения тоже будет равен i. Закон описывает, как связаны направления лучей при отражении.
Чтобы построить отражённый луч, отметь точку падения и проведи в ней нормаль. Измерь угол между падающим лучом и нормалью, затем отложи такой же угол по другую сторону нормали. Луч, направленный от точки падения через полученное направление, и будет отражённым. Равенство углов помогает построить луч даже тогда, когда его направление заранее неизвестно.
Световой путь обратим: если направить луч вдоль прежнего отражённого пути к поверхности, он отразится и пойдёт по пути прежнего падающего луча. Причина в том, что при обратном ходе два луча меняются ролями, но углы с нормалью остаются равными. Поэтому путь распространения света можно проходить в обоих направлениях.
| Элемент или правило | Что обозначает | Как определяется или располагается |
|---|---|---|
| Падающий луч | Направление света до отражения | Направлен к поверхности и точке падения |
| Отражённый луч | Направление света после отражения | Выходит из точки падения |
| Перпендикуляр к поверхности в точке падения | Направление отсчёта углов | Проведён через точку падения под углом 90° к поверхности |
| Угол падения | Угол между падающим лучом и перпендикуляром | Измеряется от перпендикуляра в точке падения |
| Угол отражения | Угол между отражённым лучом и перпендикуляром | Измеряется от того же перпендикуляра |
| Расположение лучей и перпендикуляра | Плоскость, в которой рассматривают отражение | Все три направления лежат в одной плоскости |
| Соотношение углов по закону отражения | Связь углов падения и отражения | Угол отражения равен углу падения |
При решении задачи сначала найди точку падения и проведи в ней перпендикуляр. Затем определи, от чего дан угол: от нормали или от поверхности. По таблице проверь, какие направления и углы нужно сравнить, и только после этого строй отражённый луч.
Задача 1. Угол падения луча на плоское зеркало равен 30°. Найдите угол отражения.
Ответ: 30°.
Задача 2. Луч падает на зеркало под углом 20° к его поверхности. Найдите угол отражения и угол между падающим и отражённым лучами.
Ответ: угол отражения — 70°, угол между лучами — 140°.
Задача 3. Зеркало поворачивают на 10°, не меняя направления падающего луча. На какой угол поворачивается отражённый луч?
Ответ: отражённый луч поворачивается на 20°.
Первая ошибка — измерять углы падения и отражения от поверхности. Так делают, потому что поверхность кажется естественной линией отсчёта, но закон сравнивает углы с перпендикуляром. Проведи нормаль в точке падения и проверь, что обе дуги углов отложены именно от неё.
Вторая ошибка — считать угол между падающим лучом и поверхностью углом падения. Эти углы не равны: они в сумме дают 90°, поскольку нормаль перпендикулярна поверхности. Для проверки вычти угол к поверхности из 90° и получи угол падения.
Третья ошибка — путать падающий и отражённый лучи, не отмечая направление распространения света. Без стрелок легко применить закон не к тому углу или построить луч не в ту сторону. Поставь стрелки: падающий луч направлен к точке падения, отражённый — от неё.
Четвёртая ошибка — считать, что закон действует только для плоского зеркала. Зеркало просто наглядно показывает отражение, а сам закон применяют к каждому участку границы сред. На шероховатой поверхности направление нормали меняется от участка к участку, поэтому отдельные лучи отражаются по-разному; проверь рассуждение, рассматривая каждый участок отдельно.
До изучения отражения нужно знать, что свет распространяется прямолинейно, понимать, что луч изображает направление его движения, и уметь работать с углами. Также понадобится построение перпендикуляра к прямой, чтобы правильно задать направление отсчёта. Закон отражения применяют при построении изображений в плоском зеркале и объяснении работы зеркальных приборов. Представление о ходе лучей пригодится при изучении преломления и оптических систем.
Почему углы падения и отражения измеряют от перпендикуляра, а не от поверхности?
Перпендикуляр задаёт единое направление отсчёта для обоих углов и позволяет точно сформулировать закон отражения. Угол между лучом и поверхностью дополняет угол с перпендикуляром до 90°.
Может ли угол отражения быть больше угла падения?
Нет, при отражении от одной и той же поверхности эти углы всегда равны. Если они получились разными, проверьте, что оба отсчитаны от перпендикуляра в точке падения.
Как найти угол падения, если дан угол между лучом и зеркалом?
Вычтите данный угол из 90°, потому что поверхность и перпендикуляр к ней образуют прямой угол. Например, если луч составляет с зеркалом 20°, угол падения равен 70°.
Что происходит с отражённым лучом, если повернуть зеркало?
Перпендикуляр к зеркалу поворачивается вместе с ним, поэтому меняется и направление отражения. Если зеркало повернуть на 10°, отражённый луч повернётся на 20°, когда падающий луч остаётся неподвижным.
Одинаков ли закон отражения для зеркальной и шероховатой поверхности?
Да, для каждого участка поверхности угол отражения равен углу падения. На шероховатой поверхности участки наклонены по-разному, поэтому отражённые лучи расходятся в разных направлениях.
§ 65 Отражение света. Закон отражения света
